Роль микроклимата в формировании урожая в теплицах.
Меры контроля качества воздуха для получения хорошего урожая.
Создание и регулирование микроклимата теплиц невозможны без учета воздействия факторов наружного климата и погодных усло¬вий. Современные системы управления микроклиматом работают с учетом параметров метеорологических (погодных) условий, поэтому команды для изменения заданных параметров в теплицах выполняются гораздо быстрее, чем в старых системах, где сигналы получали только после появления нару¬шений микроклимата в культивационном сооружении.
Большое влияние на микроклимат оказывают также и сами растения. В объеме воздуха и почвы, занятом тепличной культурой, создается микроклимат зоны обитания растений — фитоклимат.
Закономерности изменения фитоклимата имеют свои особенности. Эти особенности тем значительнее, чем больше площадь теплицы и масса растений. Уровень освещенности, температура, влажность, концентрация СО2 меняются по ярусам внутри растительного ценоза.
В балансе тепловом, влажности воздуха и почвы, теплицы и растения играют важную роль. Например, основным фактором, определяющим влаж¬ность воздуха теплицы, является интенсивность транспирации растений. Рас¬тения влияют на микроклимат по разному, в зависимости от биологических особенностей, фаз роста и развития. Низкорослые растения или высокорослые, молодые или взрослые требуют различных параметров всех факторов микроклимата в теплицах.
Оптимальный уровень влажности — в пределах 60–80%. Слишком низкая влажность может привести к увяданию и засыханию листьев, а слишком высокая — к развитию грибковых заболеваний.
Но будьте осторожны! Из-за повышенной влажности к вам могут нагрянуть незваные гости в виде листовых плесневых грибов (Botrytis и мучнистая роса, мы смотрим на вас) и не самых приятных почвенных грибов (Rhizoctonia, Fusarium и Pythium, фу!). Даже надоедливая тля любит влажную среду. С другой стороны, если влажность будет слишком низкой, листья могут стать ломкими, а в растении могут завестись паутинные клещи.
Оптимальная температура зависит от выращиваемых культур, но в среднем — от 18 до 25 градусов Цельсия днём и от 10 до 15 градусов Цельсия ночью. Например, для томатов и перцев днём оптимальная температура — около 22–25 градусов, а ночью — 15–18 градусов.
В пленочных теплицах большое влияние на растения оказывает и температура почвы, которая должна быть в пределах 18-25 °С. Температура ниже 18 °С приводит к резкому сокращению поглощения корневой системой фосфора, который играет важную роль в образовании генеративных органов. Корневая система огурца отмирает при понижении температуры грунта ниже 14-16 °С. Поглощение элементов минерального питания зависит от температуры корней. При низких температурах они слабо поглощают азот и фосфор.
И не забудьте немного повысить температуру, чтобы поддержать высокий метаболизм.
Микроклимат в свою очередь определяет все процессы формирования урожая от прорастания семян до конца плодоношения. В связи с этим возникает необходимость дифференцировать режимы микроклимата: в течении суток, по фазам роста и развития, и в зависимости от состояния растений возрастного, фитосанитарного, интенсивности роста и пр.). Режимы учитывают прежде всего особенности видов и сортов, технологий выращивания и периодов выращивания культур в течении года.
Дифференциация режимов в течении суток проводится в дневной период. в зависимости от интенсивности освещенности, а в переходные периоды от ночного к дневному и от дневного к ночному — в связи с относительной важностью воздуха. Особенно важное значение в переходные периоды имеет предупреждение выпадения конденсата на растениях в утренние часы, так как конденсат вызывает нарушение плодообразования и заболевания.
Основная дифференциация по фазам роста и развития относится к рассадному периоду и периодам до и после начала плодоношения у взрослых растений. В периоды с неблагоприятными погодными условиями, когда возникают нарушения общего состояния растений (роста, плодоношения или фитосанитарного состояния), в режим микроклимата вносят изменения.
Длительный период пасмурной погоды может вызвать "изнеживание" и ослабление растений, ухудшение плодообразования, появление заболеваний. В такой период, с целью повышения мощности и устойчивости растений, усиливают движение воздуха в теплице путем вентилирования, при включении системы надпочвенного обогрева.
При управлении формированием урожая тепличных культур необходимо обратить внимание на создание условий для оптимальной фотосинтетической деятельности растений. Важнейшей задачей регулирования условий микроклимата является обеспечение высокого уровня чистой продуктивности фотосинтеза. Чистая продуктивность фотосинтеза — это разница между поглощенным и выделенным количеством СО2 в единицу времени с площади ассимиляционной поверхности растения. Чистая продуктивность фотосинтеза зависит от согласованности процессов фотосинтеза и дыхания.
Фотосинтез обеспечивает энергией растения в процессе их роста, а также поставляет сахара, необходимые для дыхания растений. Уравнение фотосинтеза представляется в следующем виде:
6СО2 + 6Н20 + свет = С6Н1206 + 602
Интенсивность фотосинтеза определяется как количество полученного в единицу времени фотосинтетического вещества — сахара и измеряется количеством граммов сухого вещества, получаемого на 1 м2 площади за сутки.
Фотосинтетические процессы можно регулировать целенаправленным влиянием на факторы, непосредственно участвующие в процессах роста, (интенсивность света, концентрация углекислого газа, водоснабжение), и на параметры, создающие условия для роста (температура воздуха и почвы, интенсивность воздухообмена в теплице).
Респирация (диссимиляция) — процесс дыхания растений, сопровождаемый окислением углеводов и выделением углекислоты и паров воды. Основной параметр, влияющий на интенсивность дыхания, — это температура.
Количество углекислого газа, поглощаемого при фотосинтезе, намного больше, чем выделение его при дыхании. Однако ночью фотосинтез прекращается из-за отсутствия света, тогда как процесс дыхания продолжается. В результате к утру в закрытом объеме теплицы наблюдается повышение концентрации СО2 до 0,05% . Днем, за счет фотосинтеза, концентрация углекислоты снижается до 0,01% , что вызывает необходимость принудительной подачи в теплицу углекислого газа в количествах, зависящих от уровня освещенности и соответственно от интенсивности фотосинтеза.
В процессе выращивания, для оптимизации роста и развития растений, должно выдерживаться определенное соотношение между интенсивностью света, концентрацией СО2, температурой и влажностью почвы и воздуха.
Концентрация углекислого газа (CO₂). Норма воздуха — 400 ppm, идеальный уровень для теплицы — 800–1200 ppm. При уровне ниже 300 ppm растения фактически перестают расти.
При снижении температуры почвы относительно нормы замедляется поглощение растениями питательных веществ и воды. При перемене солнечной погоды на пасмурную возникает дефицит углеводов и задержка роста растений из-за того, что в прогретой почве продолжаются активные процессы дыхания корней, а фотосинтез замедляется пропорционально снижению освещенности. На процессы газового и теплового обмена окружающей среды с растениями существенное влияние оказывает также скорость движения воздуха в теплице.
Транспирация — процесс испарения воды растениями через устьица на листьях. В результате транспирации происходит саморегуляция растением температуры. Различные части растений содержат от 80 до 95% воды. Корневая система растений всасывает из почвы воду, которая по сосудам передается ко всем клеткам, создавая в них избыточное давление, благодаря которому лис-гья, стебли и плоды растений имеют свойственную им плотность и упругость. Вода также выполняет важнейшие функции охлаждения растений за счет транспирации. Интенсивность транспирации зависит от насыщенности растения водой, температуры и влажности воздуха, процессов газообмена. При резком перепаде температур испарение с поверхности листьев значительно увеличивается и может достигать 15 г/м2 в минуту. Максимальный темп испарения ограничивается пропускной способностью сосудов растения и развитием корневой системы, поглощающей воду из почвы. Это может привести к перегреву растения, в то же время при высоком уровне транспирации возможно обезвоживание клеток и увядание. При недостаточной влажности почвы и высоком уровне других параметров темпы фотосинтеза практически не меняются, но замедляется процесс транспирации и темпы роста растений, что приводит к более раннему плодоношению. Низкий уровень солнечной радиации и недостаток тепла уменьшают температуру растения, а также интенсивность процессов респирации и транспирации. В результате избыточных поливов происходит переувлажнение окружающего воздуха, снижающее интенсивность транспирации. Это может привести к перегреву растений и снижению всасывания воды корнями за счет увеличения давления воды в сосудах растений.
В результате возникает дефицит питательных веществ в клетках растений, которые быстро увеличиваются в размерах, но становятся восприимчивыми к болезням, ухудшается также качество и лежкость плодов.
Таким образом, оптимальными для растений являются те условия, когда факторы окружающей среды способствуют их развитию на протяжении всего вегетационного периода. Следует учитывать различные потребности растений в процессе увеличения вегетативной массы и накопления питательных веществ в период плодоношения. При изменении одних параметров роста другие нужно как можно быстрее привести в соответствие с ними, с целью получения максимально возможного объема урожая хорошего качества.
Накопление сухого вещества в результате оптимальных уровней чистого фотосинтеза дает только исходный материал для роста. Основная забота при управлении микроклиматом должна быть направлена на оптимальное использование продуктов фотосинтеза для роста всех органов растений и главным образом для гармоничного сочетания роста вегетативной массы и плодов. Основная цель управления микроклиматом — получение урожая продуктивных органов.
Наряду с дыханием тесно связан с фотосинтезом и процесс транспирации. Если не обеспечены условия для транспирации, то закрываются устьицы листа и фотосинтез прекращается.
Процессами плодоношения и роста вегетативных органов растения можно управлять также с помощью микроклимата, особенно путем регулирования ночных температур, которые определяют направление движения (оттока) ассимилятов: низкие температуры усиливают вегетативный рост, высокие — налив плодов.
Микроклимат определяет поступление воды и элементов питания из корнеобитаемой среды. Нельзя допускать повышения концентрации почвенного раствора выше нормы, охлаждения или заболачивания грунта, чтобы не ухудшать условия поступления воды и воздуха к корням. Обеспеченность корнеобитаемой среды водой и элементами минерального питания может быть использована лишь в случае, если созданы благоприятные условия для их усвоения. Знание требований растений к комплексу условий и непрерывное удовлетворение этих требований путем целенаправленного регулирования параметров микроклимата являются основой для управления формированием урожая тепличных культур.
При выращивании растений в защищенном грунте невозможно создавать и поддерживать оптимальные условия для их развития на протяжении всего периода вегетации, так как пока еще не все параметры микроклимата поддаются управлению с помощью существующих технологических систем. Поэтому необходимо установить, каким образом связаны между собой различные параметры микроклимата и как они в комплексе влияют на продуктивность культуры, чтобы в зависимости от изменения параметров, которые не поддаются влиянию (например, интенсивность солнечной радиации), управлять теми, которые можно регулировать.
Учитывая высокую энергоемкость тепличного растениеводства, нерационально затрачивать энергию, например, на обогрев, когда из-за ограниченности других факторов нельзя будет добиться повышения темпов роста и развития растений. Возникает задача по оптимизации: какой климатический режим необходимо поддерживать, чтобы получить максимально возможный урожай при минимальных затратах.
В пасмурную погоду при низком уровне и интенсивности света скорость потребления растением углекислого газа ограничивается, и искусственная подпитка углекислым газом не даст выигрыша в темпах фотосинтеза, поэтому оптимальной будет концентрация СО2 не выше 400 ррm.
Напротив, в солнечный день оптимальной будет концентрация СО2 на уровне 800 ррm. Зависимость концентрации СО2 от интенсивности света, определяющая оптимальное соответствие данных факторов, ведущее к максимально возможной продуктивности фотосинтеза.
В теплицах, где используется искусственный свет, также следует анализировать ситуацию, учитывая концентрацию углекислого газа, при недостатке которого эффективность дополнительного освещения снижается. В условиях высокой естественной освещенности и низкой концентрации СО2 избыток света может привести к перегреву растений и интенсивному росту слабых побегов. Наблюдается четкая зависимость интенсивности фотосинтеза от температуры и интенсивности освещения.
По влиянию на растение солнечное излучение подразделяется на три части: ультрафиолетовое, с длиной волны 295-380 нм, видимый свет 380-780 нм, инфракрасное излучение 780-1100 нм. Для теплиц основное значение имеют видимый свет и инфракрасное излучение. Видимый свет обуславливает интенсивность фотосинтеза растений, в процессе которого создается органическое вещество. В условиях оптимального освещения и температурного режима выход продукции увеличивается.
Инфракрасное излучение определяет температурный режим культивационных сооружений. За счет инфракрасных лучей в растениях изменяется интенсивность транспирации, что влияет на тепловой и газовый режим почвы и воздуха.
Оптимальная освещенность для овощных культур находится в пределах от 20 до 60 тыс. лк. Недостаток поступления солнечной радиации невозможно компенсировать другими факторами, и наоборот, недостаток тепла в условиях высокого прихода солнечной радиации также не позволит получить продукцию хорошего качества
