doi: 10.15389/agrobiology.2021.5.934rus
УДК 635.63:581.132:631.588.5
Работа выполнена по государственному заданию № 0574-2019-0002.
О ВЛИЯНИИ РАЗЛИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА
НА ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОДУКЦИОННОГО
ПРОЦЕССА У Cucumis sativus L. (ГИБРИД ТРИСТАН F1) В УСЛОВИЯХ АЭРОПОННОГО ФИТОТРОНА
Л.Ю. МАРТИРОСЯН1, 3, А.А. КОСОБРЮХОВ1, 2, В.В. МАРТИРОСЯН1,
Ю.Ц. МАРТИРОСЯН1, 3 ✉
Глобальные изменения климата и антропогенное загрязнение окружающей среды создают серьезные проблемы для сельскохозяйственных производителей, и последствия этих процессов влияют на производство продуктов как прямо, так и косвенно. Засуха или подтопление полей, появление новых болезней и вредителей, сокращение площадей для сельскохозяйственного производства создают серьезные проблемы в обеспечении продовольствием в условиях роста населения. При этом более половины населения мира проживает в городах, и ожидается, что к 2050 году эта доля увеличится до 67 %. Для удовлетворения потребностей мегаполисов необходимы нестандартные подходы и технологии для увеличения объемов производства свежих овощей, фруктов, ягод. Вертикальное растениеводство, или так называемая «городская ферма», — перспективный ресурсосберегающий способ компактного, многоярусного выращивания растений, особенно зеленных культур, овощей, лекарственных и декоративных растений. С использованием гидропоники и аэропоники становится возможным ведение сельского хозяйства нового типа (без применения почвы), которое сочетает в себе биотехнологию, промышленную архитектуру, дизайн, успешно интегрируется в городскую инфраструктуру. Существенное увеличение производства и повышение урожайности основных продовольственных овощных культур, особенно в условиях «городской фермы», невозможно без изучения потребностей растений в свете, минеральном питании и в других, не менее важных (температура, влажность, содержание СО2) факторах. В условиях фитотрона, имитирующего модель «городская ферма», мы исследовали возможности применения традиционных для защищенного грунта источников света (ДНаТ-600) и альтернативных светодиодных фитосветильников (СДО) для выращивания растений огурца (Cucumis sativus L., гибрид Тристан F1) как коммерчески значимой культуры защищенного грунта (всего четыре варианта опыта). На примере реакции растений огурца изучали влияние светового излучения на фотосинтез и, в конечном итоге, на продукционный процесс. При интенсивности облучения 305 и 413 мкмоль фотонов·м -2· с-1 (во 2-м и 3-м вариантах опыта, соответственно светодиодный облучатель и лампы ДНаТ-600) и температуре 25 и 26 °С формируется фотосинтетический аппарат, способный эффективно работать при повышении интенсивности света до 1200 мкмоль фотонов·м -2·с-1. Было показано, что СДО (2-й вариант) можно использовать как единственный источник света при выращивании растений огурца в условиях «городская ферма». Эти облучатели характеризуются меньшей долей синего (λmax = 450 нм) и дальнего красного (λmax = 730 нм) света и большей долей красного (λmax = 660 нм) света в спектре. Однако для получения раннего урожая предпочтительнее использовать ДНаТ-600 с применением стандартного приема приспускания стебля. Вегетационный период при облучении ДНаТ-600 в условиях аэропонного фитотрона, моделирующих «городскую ферму» (с ограничением по высоте размещения фитосветильника 1,5 м), без использования приема приспускания, заканчивался на 12 сут раньше, чем под светодиодными облучателями. Тем не менее выход урожая за время вегетации в варианте с ДНаТ-600 был выше, чем в вариантах опыта, где использовались светодиодные облучатели, при одинаковых энергозатратах. Полученные данные могут быть полезными для проектирования и создания современных биотехнологических предприятий типа «городская ферма» (производство продуктов питания) и предприятий, занимающихся биофармингом.
Ключевые слова: Cucumis sativus L., фотосинтетический аппарат, светодиодные фитосветильники, ростовые процессы, аэропонный фитотрон, городская ферма.
L.Yu. Martirosyan1, 3, A.A. Kosobryukhov1, 2, V.V. Martirosyan1,
Yu.Ts. Martirosyan1, 3 ✉
Global climate change and anthropogenic pollution of the environment pose serious problems for agricultural producers. Drought or flooding of fields, the emergence of new diseases and pests, and reduction of agricultural land pose serious problems in providing food for the growing population. Moreover, more than half of the world’s population lives in cities, and this proportion is expected to increase to 67 % at 2050. To meet the growing needs of the population of megacities, new non-standard approaches and technologies are needed to increase the production of fresh vegetables, fruits, and berries. Vertical plant growing in the so-called “city farms” is a promising resource-saving method of compact multi-tier cultivation of various plants, especially greens, vegetables, medicinal and ornamental plants. The use of hydroponics and aeroponics allows a new type of agriculture that combines biotechnology, industrial architecture, design and successfully integrates into urban infrastructure. A significant increase in the production and yield of basic food vegetable crops, especially in “city farms” necessitates understanding needs of plants for light, mineral nutrition and other equally important factors, e.g., temperature, humidity, CO2 content. Under the conditions of a phytotron that imitates a “city farm” model, we compared the effects of high-pressure sodium lamps (HPSLs) DNaT-600 traditional for greenhouse plant lighting and alternative light-emitting diode phytolamps (LEDs) on photosynthesis and, ultimately, the production process in Cucumis sativus L. Tristan F1 hybrid as a cucumber crop usually cultivated in greenhouses. In treatments 2 and 3, LED irradiators and DNaT-600 lamps at a radiation intensity of 305 and 413 mmol photons·m-2·s-1 and a temperature of 25 and 26 °С, respectively, provided formation of an effective photosynthetic apparatus capable of performing at an increase in light intensity up to 1200 mmol photons·m-2·s-1. The LEDs of treatment 2 can serve as a single light source when growing cucumbers in a “city farm”. These irradiators are characterized by a smaller proportion of blue (λmax = 450 nm) and far red (λmax = 730 nm) light and a larger proportion of red (λmax = 660 nm) light in the spectrum. However, for early harvesting, the DNaT-600 lamps with the standard plant lowering method are preferable. The period of growing plants under DnaT-600 irradiation in the “city farm” simulating aeroponic phytotron with a limitation of the phytolamp height of 1.5 m without plant lowering, ended 12 days earlier than under LED irradiators. Nevertheless, the yield during the growing season was higher for DNaT-600 than for LED irradiators with the same energy consumption. The data obtained are helpful in the design and creation of modern biotechnological enterprises, such as vertical “city farms” for the food production and biotechnological enterprises for production of biopharmaceuticals.
Keywords: Cucumis sativus L., photosynthetic apparatus, LED phyto lamps, growth processes, aeroponic phytotron, city farms.
1ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной |
Поступила в редакцию |
