WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 18 |

Повышение эффективности облучения меристемных растений с использованием светодиодных установок

-- [ Страница 5 ] --

1.1.5 Фотосинтетическая активная радиация, спектры, и их Существует два способа применения электрооблучательных установок в растениеводстве защищенного грунта: для удлинения естественного светового дня (электрооблучения) и электросветокультура, т. е. выращивание растений только под электрооблучательными установками. Экономически выгодно облучать только рассаду, т. к. период вегетации у рассады 25…50 дней и облучению подвергаются сразу большое количество растений. При этом продукцию получают на 20...30 дней раньше и урожайность рассадных культур повышается на 20…25 % [43].

У растений имеются системы фоторецепторов, обеспечивающие поглощение энергии по всей области ФАР, т. к. они являются единственными организмами на Земле, которые самостоятельно синтезируют органические вещества из неорганических.

Анализ специальной литературы показывает, что растения усваивают только около 0,2% энергии ФАР, приходящей на Землю. Вместе с этим теоретически возможно усвоить 5 % и даже 10 % энергии ФАР. По данным Ничипоровича А.А.

максимальный к.п.д. фотосинтеза (но не более 5 %) имеет место при излучении с длиной волны 680 нм [12]. Основная причина низкой продуктивности биосферы, как биорегенеративной системы, заключается в том, что громадное количество приходящей энергии ФАР обесценивается как фактор фотосинтеза неблагоприятными сочетаниями ее с другими условиями продуктивности: теплом, влажностью, условиями почвенного плодородия. Кроме того, известно, что при выращивании растений на электрическом свете необходимо знать, каким должен быть спектральный состав излучения для получения наибольшего урожая сельскохозяйственных культур.

По данным Протасовой Н.Н. [54] различные части спектра оказывают характерное только им воздействие на растения.

Отсутствие в излучении ламп отдельных участков спектра может привести к нарушению нормального роста растений при длительном выращивании их под этими источниками. Влияние спектра излучения на формирование растений (по Протасовой Н.Н.).показано в таблице 1. Таблица 1. 1 Длина волн и их влияние на растения Диапазон длин волн, Формирование низкорослых растений с низкой продуктивностью вследствие накопления в листьях ингибитосиний свет) ров роста. При этом стебли укорочены, листья утолщены, но мелкие.

500…600 Формирование растений с вытянутыми осевыми органазеленый свет) ми и тонкими листьями, с низкой продуктивностью 600…780 Формирование у растений высокого ростового эффекта (красный свет) (интенсивный рост листьев, осевых органов). При недосособенно важна зона татке этого излучения у растений формируются неполнм ноценные генеративные органы, что приводит к низкой По мнению Протасовой Н.Н. целесообразно создать такой источник излучения, у которого соотношение потоков по спектру ФАР будет следующее:

380…490 нм – 20…25%; 490…500 нм – 20…25%; 600…700 нм – 60…50%. Таким образом, каждая из трех основных областей ФАР, взятая в отдельности, не позволяет вырастить полноценные растения, и только излучение с определенным соотношением энергии по этим трем диапазонам длин волн может обеспечить выращивание полноценных растений.

Аналогичное мнение высказывает, Малышев В.В. Он предлагает, в основу анализа относительного спектрального распределения положить модель, в которой любое излучение со сплошным или линейчатым спектром области ФАР представляется сложным и состоящим из трех квазимонохроматических излучений по числу спектральных участков, на которых они сосредоточены. Относительное спектральное распределение излучения оценивается сочетанием усредненных относительных энергий излучения в процентах относительно общего излучения ФАР. Например, 30% - 50% - 20%, т.е. для 1=380…500 нм усредненная относительная энергия излучения составляет SОТН.1=30%, для 2=500…600 нм SОТН.2=50%, для 3=600…720 нм - SОТН.3=20%.

В течение дня спектральная плотность солнечного излучения изменяется.

При уменьшении солнцестояния солнечный спектр обогащается длинноволновыми оранжево-красными лучами, а при нахождении солнца в зените – максимум приходится на коротковолновые сине-фиолетовые лучи.

Анализ специальной литературы показывает, что солнечный свет (величина облученности, длительность воздействия в течение суток, сезонов года, высота стояния солнца над горизонтом) оказывают огромное влияние на длительность вегетации.

Энергия света используется растениями для фотосинтеза и регуляции своего развития (прорастание, цветение, плодоношение). При этом на регуляцию требуется в 100…1000 раз меньше энергии, чем на фотосинтез.

Спектральные диапазоны света имеют следующие физиологические значения:

280…320 нм: оказывает вредное воздействие;

320…400 нм: регуляторная роль, необходимо несколько процентов;

400…500 нм («синий»): необходим для фотосинтеза и регуляции;

500…600 нм («зеленый»): полезен для фотосинтеза оптически плотных листьев, листьев нижних ярусов, густых посевов растений благодаря высокой проникающей способности;

600…700 нм («красный»): ярко выраженное действие на фотосинтез, развитие и регуляцию процессов;

700…750 нм («дальний красный»): ярко выраженное регуляторное действие, достаточно несколько процентов в общем спектре;

1200…1600 нм: поглощается внутри и межклеточной водой, увеличивает скорость тепловых биохимических реакций.

Соотношение ИК и ФАР – 50…85% в зависимости от угла падения солнечных лучей и состояния атмосферы.

Интенсивность света влияет на скорость фотосинтеза. При низкой интенсивности света преобладают процессы дыхания растений (энергия для жизнедеятельности черпается за счет распада ранее синтезированных веществ). При повышении интенсивности света линейно увеличивается фотосинтез. При дальнейшем росте интенсивности фотосинтез увеличивается медленнее, потом не увеличивается, наступает «фаза насыщения». Если продолжать увеличивать интенсивность света, фотосинтез начинает снижаться.



При низкой интенсивности света растения получаются вытянутые. У корнеплодных (например, редиса) корнеплоды образуются плохо, растения формируют цветоносные стебли. У томатов и огурца цветы опадают, плоды невелики, вкусовые качества низкие. Интенсивный свет позволяет увеличить урожай, получать крупные плоды высокого качества, значительно снизить сроки вегетации. Интенсивный свет позволяет скоординировать фотосинтез, рост и развитие растений. В то же время для выращивания зелени сильный свет вреден, так как рост листовой поверхности замедляется, качества листьев снижается, они желтеют и становятся жесткими.

Согласно разработкам Института Гипронисельпром оптимальная норма облученности в теплице для выращивании рассады – 40 Вт/м2 ФАР с фотопериодом 14 часов, для выращивания на продукцию – 100 Вт/м2 с фотопериодом 16 часов средняя суточная интенсивность естественного света – 100 Вт/м2 [27].

Основные пигменты листьев - хлорофиллы a и b, поглощают свет синего и красного диапазонов, каротиноиды поглощают свет синего диапазона. Обобщение данных поглощения света листьями разных растений позволяет рассчитать спектральную кривую поглощения «среднего» зеленого листа. Поглощение в синей и красной области спектра составляет 80…90% излучения ФАР. Зеленые лучи хорошо проникают к листьям нижних ярусов, куда синие и красные лучи почти не проникают.

В инфракрасное излучение (ИК) диапазоне полоса поглощения 1200… нм связана с водой, содержание которой в клетках листьев может достигать 90%.

Начиная с 2000 нм начинается неселективное тепловое поглощение [33].Существуют предельные значения концентрации поглощающих пигментов, толщины листьев, содержания воды, при которых поглощение света средним листом в области ФАР ограничивается величиной 80…85%.

При среднесуточной интенсивности света 100 Вт/м2 ФАР соотношение синих, зеленых и красный лучей в спектре не имеет особого значения. При высокой интенсивности ФАР синие лучи продолжают хорошо усваиваться растениями, тогда как интенсивные красные могут привести к пожелтению листьев и даже гибели растения.

Фитоценоз как фотосинтезирующая система отличается от среднего листа.

К оптическим характеристикам света прибавляются такие как направление излучения (вертикальное, боковое), степень рассеянности (диффузности света). Листья растений так располагаются в пространстве, чтобы при нехватке света максимально собирать рассеянный свет, а при избытке уменьшать световое поглощение. Например, у ценозов пшеницы верхние листья, получающие много света, имеют вертикальную ориентацию, а листья средних и нижних ярусов, где света мало, ориентируются по горизонтали. Растения с вертикальной ориентацией листьев имеют более высокие показатели продуктивности при боковом освещении, чем при облучении сверху [44].

Интересно, что интенсивный свет, падающий на одну сторону листа, производит такое же действие на фотосинтез, как и половинные интенсивности света, падающего на обе стороны листа. Это означает, что для ценоза важен также свет, рассеянный листьями и отраженный от листьев.

Выигрыш в урожае, полученный в работе В.М. Лемана [35], указывает, что в реальных ценозах при одинаковых мощностях лучистых потоков боковое освещение более эффективно, чем освещение сверху, поскольку оно более объемно и лучше распределяется по ассимилирующей поверхности ценоза. Диффузный свет более эффективен, чем прямой, т.к. лучше распределяется в ценозе.

Интенсивность вертикального света резко падает после прохождения света через лист. Верхний лист получит 100% света, следующий за ним 20%, третий лист – только 4%. Обеднение спектрального состава света еще более существенно. При искусственном освещении целесообразно располагать источники излучения так, чтобы излучение падало на ценозы под определенными углами.

Энергетическая эффективность фитоценоза [36] или КПД фитоценоза [57] позволяют соотнести количество света на площадь фитоценоза и полученную биомассу растений.

Считается, что белый солнечный свет является лучшим освещением, поскольку филогенетическое развитие растений происходило на нем, растения лучше к нему приспособлены. Чем ближе спектральный состав излучателей к естественному спектру, тем выше эффективность фитоценоза.

Однако кроме солнечного света (рисунок 1.4) для очень многих растений существуют уникальные условия освещенности, температуры, плодородности почвы: на высокогорье, под пологом леса, в тропиках и на севере, на черноземье и в пустыне.

Рисунок 1. 4 Спектрограмма солнечного света в видимом диапазоне Свет существенно отличается как по интенсивности, так и по спектральному составу. Например, в горных районах в спектре падающего света присутствует значительная доля сине-фиолетовых лучей, влажная равнина освещается рассеянным белым светом, под водой опять преобладают синие лучи.

Универсальность и эффективность часто не совпадают, поэтому белый свет не может обеспечить максимальную продуктивность любых растений. И.И. Свентицкий предложил метод определения универсального спектра ФАР, наиболее благоприятный для фотосинтеза абсолютного большинства зеленых растений. На рисунке 1.5 показан универсальный спектральный состав света с интенсивностью 10-30 Вт/м2, вызывающий максимальный фотосинтез в зеленом листе.

Рисунок 1. 5 Усредненная кривая фотосинтеза зеленого листа по McCree Известно, что спектральная эффективность действия излучения ФАР зависит от ее интенсивности. Однако при росте интенсивности до 100…150 Вт/м 2 и выше при неизменном спектре излучателя усиливается действие синих лучей и ослабляется действие красных. Исследования на ценозах показывают, что у растений разных видов различны требования к оптимальному сочетанию спектральных и энергетических характеристик светового режима. Критерием оценки оптимального сочетания стала реакция растений на долю красного света в спектре.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 18 |
 


Похожие материалы:

« Нигматулин Ильдар Дагиевич ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТРАКТОРОВ, ОСНАЩЕННЫХ ГАЗОБАЛЛОННЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ Специальность 05.20.03 – Технологии и средства технического обслуживания в сельском хозяйстве ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук. Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Володин В.В. Саратов – 2014 2 Содержание СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1 1.1 Системы ...»

« Кожевников Юрий Александрович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ УСТАНОВКИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИТНОГО КОТЕЛЬНОГО БИОТОПЛИВА ИЗ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ И НЕФТЕХОЗЯЙСТВ 05.20.01 – технологии и средства механизации сельского хозяйства Диссертация на соискание степени кандидата технических наук научный руководитель: д.т.н., профессор, академик РАСХН, заслуженный деятель науки РФ Стребков Д.С. Москва – 2014 2 СОДЕРЖАНИЕ Введение ………………………………………………………………………………………. 6 Актуальность ...»




 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.