3.5 Тепловой режим

Тепловой режим является одним из важнейших факто­ров микроклимата. Каждому виду овощных растений и даже отдельным сор­там соответствует определенная оптимальная, максимальная и минимальная температуры.

Оптимальная температура воздуха t_opt является наиболее благоприятной

для роста, развития и формирования урожая. Агротехническим минимумом t_o называют наименьшую положительную температуру, не оказывающую от­рицательного влияния на рост, развитие растения и формирование урожая и допускаемую не более чем в течение 24 ч. Агротехнический максимум t — это наивысшая температура, не оказывающая вредного воздействия на рас­тение и допускаемая в течение не более 4—6 часов.

Биологическим минимумом t_min и биологическим максимумом tmax яв­ляются соответственно низкая (около 0,5 °С) и высокая (свыше 40 °С) темпе­ратуры, вызывающие гибель растений.

Значение оптимальной температуры различно для разных видов расте­ний и, кроме того, даже для одного и того же вида изменяется в зависимости от освещенности (на протяжении суток и года), фазы роста и развитая, спо­собов выращивания, а также и от других условий, о чем будет сказано ниже.

Задачей работников защищенного грунта является постоянное поддер­жание оптимальной температуры. Даже в аварийных ситуациях нельзя пе­реступать нижнего (t_a) и верхнего (L) агротехнических температурных поро­гов.

Овощные культуры защищенного грунта по требовательности к теплу с учетом способа выращивания делятся на 3 группы (по В. А. Брызгалову).

1-я группа — теплолюбивые растения (t = 23 + 5°С). К ним относятся при выращивании посевом семян и рассадным методом семейства тыквен­ных, семейства пасленовых, фасоль; при выращивании методом выгонки — все выгоночные культуры.

2-я группа — растения, требующие умеренной температуры (t_opl =14 ± 2°С). К ним относятся растения семейства крестоцветные: укроп, салат, шпи­нат, а также томат при консервации рассады, грибы.

3-я группа — растения, требующие пониженной температуры (t_opt =4 ± 2°С). К ним относятся все доращиваемые культуры; при консервации расса­ды и задержанной культуре — все культуры, кроме томата.

Нарушение требуемого растениями теплового режима приводит к ано­малиям в росте и развитии. Так, при падении температуры ниже t отмечает­ся ускорение образования генеративных органов, не обладающих товарными качествами (огурец, салат, цветная капуста, шпинат); в плодах огурца накап­ливаются глюкозиды, обусловливающие горький вкус; усиливается образо­вание клетчатки, покровных тканей, что приводит к огрубению листьев са­латов и пряновкусовых растений; отмирает корневая система, развиваются заболевания.

При высоких температурах снижается содержание крахмала и Сахаров, пыльца становится стерильной, наблюдается вытягивание стебля и т. п.

Не все овощные и цветочные растения и сорта одинаково реагируют на колебания температуры в культивационных сооружениях.

Некоторые овощные культуры — томат, перец, огурец — в особенности в первой половине вегетационного периода, реагируют крайне отрицательно на резкие колебания температуры. Резкие колебания температуры во время цветения и плодоношения ведут к тому, что большое количество цветков и молодых завязей опадает, у гвоздики наблюдается растрескивание чашечек. Поэтому не следует допускать больших температурных перепадов.

Овощные и цветочные растения в зависимости от вида, сорта, проис­хождения, фазы роста, интенсивности освещения и способов выращивания предъявляют различные требования к температуре.

Каждая фаза роста и развития растения протекает нормально при опре­деленной для данного вида или сорта температуре. К сожалению, мы все еще очень мало знаем о температурном оптимуме различных фаз роста и разви­тия ряда овощных и цветочных культур. Если набухание семян может проис­ходить при низкой положительной температуре, то прорастание их начина­ется только при определенном минимуме тепла. Такой минимальной для холодостойких культур является температура 2—5°С; для огурца и томата и клубнелуковицы фрезии —12—15°С; для баклажана, перца, дыни и арбуза — 16—17°С. Лучше они прорастают при температуре 25—30 °С, поскольку про­цессы превращения сложных органических соединений в более простые про­ходят значительно быстрее.

После появления всходов растениям нужна более низкая температура, чем во время их появления. В первый период жизни, не имея достаточного запаса хлорофилла, растения питаются в основном веществами, отложенны­ми в семенах. Повышенная температура в этот период усиливает ростовые процессы, в результате чего надземные органы растения вытягиваются, а корневая система развивается слабо.

Вытянувшиеся растения имеют большие клетки с тонкостенными обо­лочками и они менее стойкие к неблагоприятным воздействиям, больше по­ражаются болезнями и повреждаются вредителями, плохо растут, поздно всту­пают в пору плодоношения и дают низкие урожаи. Незначительные снижения температуры после появления всходов способствуют относительно более силь­ному росту корней, чем надземной массы.

После появления первых настоящих листочков, способных ассимилиро­вать углекислоту, темпы роста корневой и надземной системы резко возрас­тают, в связи с чем растения нуждаются в более высокой температуре. Высо­кая температура необходима растениям также во время формирования реп­родуктивных органов — цветков, плодов, семян в период плодоношения огурца — около 25 °С. При хорошей освещенности и относительно высокой влаж­ности воздуха можно с успехом повышать температуру до 29 °С. Наилучшая температура ночью 18—19°С. Снижение ее до 12—14°С сильно задерживает рост побегов и налив плодов огурца.

Прирост побегов, цветение, формирование растений, налив плодов у то­мата хорошо проходят при температуре 20—22 °С. Однако повышение темпе­ратуры до 26—29 °С в сочетании с хорошей освещенностью способствует быс­трому накоплению пластических веществ, ускоряет прирост плодов и их соз­ревание. При очень высокой температуре в культивационных сооружениях расход углеводов на дыхание превышает приход от ассимиляции. Растения в это время находятся в состоянии "простоя", они не увеличивают, а даже уменьшают массу. При этом нарушается водный баланс растений.

Нарушение водного баланса в жаркие дни уменьшает степень открыва­ния устьиц, снижает интенсивность фотосинтеза, что отрицательно сказыва­ется на продуктивности растений. Так, для огурца опасность перегрева воз­никает при повышении температуры до 36 °С, для гвоздики —25 °С.

Исследованиями установлено, что даже в самых современных теплицах бывает немало дней, когда температура листьев выше предельной.

Чрезвычайно высокие температуры отрицательно влияют не только на ассимиляцию, но и на процесс опыления. При низкой относительной влаж­ности и высокой температуре пыльца не успевает созревать и быстро теряет свою способность к прорастанию. Цветки томата, баклажана и цветной ка­пусты чаще опадают в сухую и жаркую погоду. Во избежание перегрева в теплицах, вызнанных солнечным излучением, кровлю притеняют, разбрыз­гивая суспензию мела.

Побелка кровли культивационных сооружений суспензией мела снижает освещенность в теплицах, а также нагревание ее, вызванное солнечной ин­соляцией, на 4—5 °С.

Недостатком этого способа притенения является то, что суспензия мела на поверхности стекла остается довольно продолжительное время. В пасмур­ную погоду от такого притенения ухудшается освещенность, что в свою оче­редь снижает интенсивность фотосинтеза тепличных растений. Кроме того, во время интенсивных дождей мел полностью смывается.

Одним из наиболее эффективных способов снижения температуры воз­духа в летний период, кроме притенения, является система испарительного охлаждения в теплицах. Важное условие работы системы — мелкокапельный распыл (диаметр капель менее 10 мкм). При этом часть воды испаряется в воздухе сразу, остальная вода испаряется после осаждения на растения или почву. Для испарения воды расходуется тепло — охлаждается почва и воздух. За счет испарения увеличивается относительная влажность воздуха, которая благоприятно действует на транспирацию растений и способствует хороше­му росту и плодоношению огурца. Такая система позволяет эффективно бо­роться с перегревами в теплицах. Установка понижает температуру листа на 4—6°С без вентиляции.

Температурный режим является важным фактором управления ростом и плодоношением растения. Температура определяет интенсивность таких про­цессов растений, как фотосинтез, дыхание, транспирапия, перемещение ве­ществ, метаболизм (метаболизм — совокупность процессов обмена веществ в организме), рост и плодоношение. Температурный оптимум для фото­синтеза у теплолюбивых овощных культур лежит между 20 и 35 °С. До 20 °С процесс идет медленно, затем усиливается, а выше 35 °С снижает­ся. При 45 °С происходит угнетение растений (рис. 3.7).

В отличие от фотосинтеза дыха­ние с повышением температуры неп­рерывно усиливается. Расход ассими-лятов при дыхании не должен пре­вышать их приход от фотосинтеза, чтобы рост и плодоношение расте­ний не пострадали.

Повышение температуры может вызывать у растений свертывание бел­ка; у таких теплолюбивых культур, как дыня, арбуз, фасоль, это происходит при температуре выше 45 °С.

Температура воздуха в теплице не совпадает с температурой растения. При сильной солнечной радиации температура листа огурца может быть (по данным Д. О. Лёбла и А. М. Лузика) на 5—14°С выше температуры воздуха и наоборот в других условиях — ночью — может быть ниже на 2—3°С. Первое явление приводит к ожогам, а второе — к конденсации водяных паров на листьях.

Чтобы предупредить выпадение конденсата на растениях, за час до вос­хода солнца постепенно повышают температуру воды в отопительной систе­ме, стремясь нагреть до одинаковой температуры растения и воздух.

Такое повышение температуры теплоносителя при переходе с ночного режима к дневному называют температурным толчком, его продолжитель­ность около 2 часов — 1 час до и 1 час после восхода солнца. Вечером также постепенно осуществляют переход от дневного режима к ночному.

Изменение температуры растения в воздушной и корнеобитаемой средах может происходить в различных направлениях. Так, при более высоких тем­пературах грунта у растений усиливается поступление воды, ускоряется пе­редвижение фосфора и кальция и может иметь место нарушение водного режима и питания, появление ожогов, растрескивание стеблей и плодов; при температурах грунта ниже оптимума затрудняется поступление воды и эле­ментов питания. При быстром увеличении интенсивности солнечной радиа­ции и дефиците влаги в воздухе расход воды листовой массой не успевает восполняться корневой системой даже при достаточно увлажненном грунте и тогда наблюдается явление физиологической сухости.

Путем транспирации растение регулирует свою температуру, которая оп­ределяет интенсивность всех биохимических процессов. Когда процесс транс­пирации у растения нарушается, устьица закрывается, температура растении становится значительно выше температуры воздуха, наступает температурный максимум, при котором возникает опасность появления солнечных ожогов.

Дневные температуры в культивационном помещении устанавливаются в зависимости от интенсивности поступающего потока солнечной радиации, а уровень ночных — в зависимости от освещенности предыдущего дня. Обычно режим температуры дифференцируют в зависимости от погоды: один — для солнечной, другой — для пасмурной. При наличии автоматического обору­дования задают определенные для видов и сортов температурные режимы, непрерывно изменяемые в зависимости от уровня освещенности.

Ночные температуры являются важным средством для регулирования от­тока ассимилятов в вегетативные и генеративные органы растения. На приме­ре культуры партенокарпического огурца можно проследить влияние низких и оптимальных ночных температур. Низкая ночная температура (17— 18°С) усиливает рост корней и листовой поверхности, приводит к образованию большого числа завязей, но налив идет медленно и у всех плодов одновре­менно, в ущерб качеству. Относительно высокая температура (21—22°С) дает меньшее количество завязей, но обеспечивает их быстрый налив и высокое качество. Поэтому температуру периодически изменяют.

Для гармоничного роста и плодоношения необходимо умело регулиро-

вать уровень ночных температур в зависимости от периода года, фазы роста и развития, а также от состояния и массы вегетативных и генеративных ор­ганов растения. Выбор того или иного значения температуры в ночной пе­риод до и после начала плодоношения пока точно не отрегулирован, сущес­твуют разные мнения. Одни авторы рекомендуют до начала плодоношения пониженные, а в период плодоношения — высокие температуры. При этом происходит ослабление дыхания и уменьшение расхода питательных веществ на этот процесс. Однако это приводит к ослаблению налива плодов. Поддер­жание более высоких ночных температур до плодоношения ускоряет начало плодоношения и повышает урожай.

Скандинавские овощеводы считают, что чем короче ночь, тем ниже дол­жна быть ночная температура, т. е. ночные температуры от зимы к лету должны постепенно понижаться. Эти рекомендации основываются на ис­следованиях, доказывающих эффективность чередования через каждые 2 не­дели высоких и низких температур на фоне постепенного понижения ноч­ной температуры. Известно, что если плоды достигают в росте половины их стандартного размера, то снижение температуры на них не влияет отрица­тельно, а заложение новых завязей благополучно продолжается. Чередова­нием высоких и низких ночных температур обеспечивается равномерное пос­тупление урожая.

Чередование низких и высоких ночных температур в последнее время проводят не только по фазам, сезонам и двухнедельным периодам, но и в течение одной ночи. Экспериментами, проведенными в Нидерландах и Япо­нии, установлено, что для налива плода огурца достаточно определенного числа часов высоких температур, затем температура может быть снижена до минимума для сбережения ассимилятов и тепловой энергии.

Работы X. Чалла (Нидерланды) показали, что в течение ночи при высоких температурах воздуха (25 °С) расходуются все запасы углеводов из листьев.

Молодые растения растут более интенсивно, чем старые, соотношение "листовая поверхность — корневая система" у них более благоприятно. Поз­же, когда листовая поверхность увеличивается и подача воды затрудняется из-за удлинения расстояния до испаряющих органов, температуру воздуха снижают для обеспечения нормальной работы корневой системы.

Температура воздуха и температура грунта взаимосвязаны. При низких ночных температурах воздуха в теплице температура почвы должна быть оп­тимальной, чтобы обеспечить нормальную работу корней. Английские ис­следователи в условиях малообъемной культуры получили высокие урожаи и добились снижения затрат энергии, сочетая низкие ночные температуры воз­духа с высокими температурами грунта.

В нидерландских технологических рекомендациях подчеркивается, что пониженные ночные температуры воздуха при культуре огурца и томата до­пустимы только при температуре грунта не менее 21 °С.

В теплицах без применения подпочвенного обогрева днем воздух в сред­нем на несколько градусов теплее почвы. Температура грунта в данном слу­чае составляет среднее между дневной и ночной температурой воздуха. При малом поступлении солнечной радиации температура воздуха и грунта мо­жет оказаться ниже оптимальных значений. В связи с данным обстоятельст-

вом наличие подсубстратного обогрева является необходимым даже в юж­ных тепличных комбинатах в условиях теплых зим. Все теплолюбивые и выгоночные овощные культуры реагируют положительно на подпочвенный и подсубстратный обогрев в теплицах.

Несмотря на наличие системы отопления температурный режим теплиц подвергается влиянию наружных факторов. В зимнее время в теплицах ста­рого ангарного типа усиливаются различия в температуре по вертикали, а в блочных теплицах площадью 1 или 1,5 га — по горизонтали, особенно в морозные ночи. Для поддержания равномерной температуры в блочных теп­лицах обычно устанавливают временное пленочное ограждение внутри по периметру теплицы. В последнее время, путем разделения нижней и верхней частей отопительной системы и разбивки на сектора бокового и торцового отопления, создана возможность поддерживать различные температуры теп­лоносителя по зонам. Это позволяет снимать влияние ветра в одной части теплицы и создавать более выровненное температурное поле, экономить тепло. В летний период температурные нарушения происходят из-за перегревов, вследствие избыточной солнечной радиации. Чем меньше доля отопления в тепловом режиме теплиц, тем больше колебания температуры в течение су­ток. В необогреваемых пленочных теплицах дневные перегревы и ночные переохлаждения вызывают наиболее острые нарушения роста, плодообразо-вания и фитосанитарного состояния овощных культур.

Распределение тепла внутри теплиц зависит от конструкции теплиц, спо­соба их отопления и размещения отопительных приборов. Водяное трубное отопление обеспечивает наиболее равномерное распределение тепла. Боль­шое значение имеет и режим работы отопительной системы. Как показали наши исследования, необходимо максимально уменьшать амплитуды коле­бания температур и обеспечивать плавность переходов от ночного к дневно­му режиму и наоборот.

Качество управления температурным режимом зависит во многом от авто­матического оборудования системы отопления. Современные системы автома­тики учитывают условия наружной среды на основе сигналов, получаемых с метеостанции, которая входит в систему автоматики теплиц. Учет наружных условий и управление с помощью ЭВМ, с выдачей команд регулирования до наступления нарушений параметров среды в теплицах, создает возможность более точного регулирования микро­климата и экономии энергии.

В настоящее время ЭВМ для ре­гулирования микроклимата в тепли­цах находит широкое применение, что позволяет дифференцировать тем­пературную программу непрерывно: днем — в зависимости от освещен­ности; ночью — для налива плодов и экономии энергии; в переходные пе­риоды — для избежания выпадении конденсата (рис. 3.8).

Температурный режим создается на основе работы не только отопитель­ной, но и вентиляционной системы (рис. 3.9).

Учитывая, что температурный режим и режим влажности тесно и нераз­рывно связаны друг с другом, и правильнее будет говорить о температурно-влажностном режиме. При управлении температурным режимом и особенно режимом влажности необходимо стремиться избежать лишних теплопотерь при открывании фрамуг. Поддержание параметров микроклимата с учетом притока солнечной радиации, соответственное ограничение температуры теплоносите­ля и степени открывания фрамуг дают возможность экономить топливо.

Биологически допустимым минимумом температуры для большинства тепличных культур является 5 °С. В процессе активной вегетации минималь­ной температурой, при которой жизненные процессы замедляются, но рас­тения не страдают, считается температура 15 "С. Интенсивность фотосинтеза возрастает при увеличении температуры примерно до 25 °С, затем происхо­дит, стабилизация процесса, определяемая соотношением компонентов, учас­твующих в реакции.

При температуре 35—40 "С перегрев растения, приводит к обезвожива­нию и нарушению обмена веществ. Влияние температуры окружающей сре­ды на респирацию растений показано на (рис. 3.10). При температуре более 25 °С интенсивность фотосинтеза прак­тически не поменяется, в то же время интенсивность респирации растет вы­сокими темпами и вскоре начинает пре­обладать. Эти процессы приводят к то­му, что в итоге разлагается больше са­хара, чем производится.

Оптимальным для растений явля­ется тот температурный режим, при ко­тором сохраняется максимальная про­дуктивность фотосинтеза. В ночное вре-

мя для того, чтобы сократить расход углеводов на дыхание, уменьшают тем­пературу, замедляя тем самым обменные процессы, происходящие в расте­нии. Однако в определенные фазы развития растений, когда необходимо увеличить прирост биомассы, поддерживают достаточно высокие ночные тем­пературы, таким образом стимулируя образование новых клеток.