Файл: Бобов С.С. Физика в сельском хозяйстве.pdf

вания урожаев остается еще пока мало изученной про­ блемой.

Искусственное световое воздействие в сочетании с температурой воздуха и почвы, влажностью и други­ ми физическими факторами внешней среды создают при светокультуре оптимальные условия повышения урожая и ускорения его созревания. В естественных условиях необычайно трудно определить требования, предъявляемые растениями к условиям внешней сре­ ды. Почти невозможно получить от растений ответа на то, как свет, тепло и влага влияют на урожай­ ность и скороспелость растений. Постоянные колеба­ ния температуры воздуха и освещенности растений, изменения в количестве осадков и другие погодные условия почти исключают возможность получения ис­ следователями одинаковых ответов на поставленные вопросы.

Совершенно по-иному можно проводить экспери­ менты в условиях светокультуры. В установках с ис­ кусственными «солнцами» основные факторы внешней среды в жизни растений возможно сохранять посто­ янными в течение заданного времени или изменять по намеченной программе эксперимента. Агрофизиками уже созданы первые камеры микрофитатроны с авто­ матическим сохранением в них физических условий по заданной программе.

Проводимые опыты по светокультуре привели к значительным изменениям в ранее установившихся представлениях физиологии растений. В дополнение к классическим исследованиям К. А. Тимирязева о значении для растений красно-оранжевой части спек­ тра светокультурой установлено очень важное поло­

24

жение о невозможности нормального развития расте­ ний без участия желто-зеленых лучей, преобладающей части солнечного спектра, с которой связана большая часть энергии видимого излучения.

По-новому решает светокультура вопросы сочета­ ния интенсивного освещения растений и температуры воздуха. Например, оказалось, что растения огурцов и томатов в условиях интенсивного освещения плохо переносят температуру выше 25°, в то время как при слабом освещении они требуют высокой температуры воздуха. Светокультурой существенно изменено пони­ мание фотопериодизма растений. Необычным оказа­ лось открытие того, что фотопериодическую реакцию определяет в основном темнота, а не свет. Как уста­ новлено, растения более чувствительны к нарушениям темноты, чем светового дня.

Опыты со светокультурой привели к выводам о возможности управлять скоростью роста растений, сти­ мулировать развитие отдельных его органов путем подбора необходимого для каждой сельскохозяйствен­ ной культуры фотопериодизма.

Светокультура создала благоприятные условия для изучения основных жизненных процессов растения: фотосинтеза и дыхания. В естественных условиях ин­ тенсивность фотосинтеза резко колеблется в течение дня. При светокультуре он протекает более стабильно, особенно под люминесцентными лампами.

Интенсивность фотосинтеза при искусственной ра­

25

слабая — при зеленом. Дыхание растений под люмине­ сцентными лампами значительно выше, чем под лам­ пами накаливания. Однако это не ведет к истощению растений. Между интенсивностью дыхания и фотосин­ тезом создаются благоприятные для растений соот­ ношения. Потеря растениями органических веществ при дыхании значительно перекрывается интенсивно идущим фотосинтезом.

У растений под искусственной радиацией и при естественном свете по-разному идет образование хло­ рофилла. О значении его в жизни растений К. А. Ти­ мирязев говорил: «Что бы ни производил сельский хо­ зяин или лесовод, он прежде всего производит хлоро­ филл и уже через посредство хлорофилла получает зерно, волокно, древесину и т. д.»1. С повышением в листьях содержания хлорофилла усиливается погло­ щение лучистой энергии, интенсивность фотосинтеза и ряда других физиологических процессов. Опытами установлено, что под люминесцентным светом хло­ рофилла образуется в 1,5—3 раза больше, чем под лампами накаливания, или столько же, как в расте­ ниях летнего периода.

Светокультура позволяет направленно изменять анатомическую структуру растений, строение стеблей, листьев и корневой системы. Толщина листовой пла­ стинки определяется не только интенсивностью радиа­ ции, но и ее спектральным составом. Так, при равной интенсивности физиологической радиации наиболее толстые, с плотной тканью листья формируются под люминесцентными лампами.

1 К. А. Тимирязев. Солнце, жизнь и хлорофилл. М., Сельхозгиз, 1956.

26

По' анатомическим и физиологическим признакам эти листья близки к группе световых. Но подобно теневым они имеют повышенное содержание хлоро­ филла и способны улавливать сравнительно слабую радиацию. Под лампами накаливания формируются листья, близкие к теневым.

У томатов, фасоли и других растений, выращенных зимой в теплицах, корневая система лучше развива­ ется под люминесцентными лампами.

Применение искусственной радиации в селекцион­ ной работе началось еще в 20-х годах нашего столе­ тия. Однако только после появления люминесцентных ламп, позволяющих создавать режимы облучения, близкие к естественным, светокультура смогла войти в селекцию. Сочетанием выращивания растений при естественной и искусственной радиации удается полу­ чить в течение одного года урожаи от нескольких сле­ дующих друг за другом поколений. Такой метод намного сокращает сроки проведения опытов.

Успехи светокультуры в значительной мере опре­ деляются правильным выбором источников света, спо­ собных заменять солнце как по спектральному соста­ ву излучения, так и по получаемой растениями мощности потока лучистой энергии. Широкие возмож­ ности открылись после создания советскими физиками люминесцентных ламп дневного света, приближающих условия искусственной радиации к естественному сол­ нечному свету.

Под лучами этих ламп хорошо развиваются многие растения, у них формируются плотные листья темнозеленого цвета и наращивается большая масса. Однако показатели урожайности и скороспелости остаются не­

27

высокими. Лампы дневного света в основном получа­ ют применение при выращивании зеленой массы ра­ стений на корм животным или выгонке рассады.

В последние годы агрофизики успешно применяют зеркальные лампы накаливания. Зеркальная поверх­ ность верхней части колбы такой лампы отбрасывает в сторону освещаемых растений ту часть светового по­ тока, которая рассеивается в обычной лампе накали­ вания. В результате при той же мощности ламп ра­ стения получают значительно больше света, а расход электроэнергии на килограмм овощей и плодов сни­ жается. Для светолюбивых растений установки с зер­

фракрасного излучения ламп приносит только вред: вызывает перегрев растений и ожоги листьев. Следо­ вательно, допускать к растениям всю тепловую радиа­ цию опасно. Агрофизики применили фильтры из проточной воды, поглощающие и отводящие избыток теплового излучения. Пройдя через водяной фильтр, излучение зеркальных ламп накаливания по своему спектральному составу оказывается оптимальным для выращивания растений.

Если в естественных условиях на 1 м2 можно выра­ щивать 4—6 растений томатов, то в условиях свето­ культуры—36 и более. Растения отличаются рекордной скороспелостью и высокой урожайностью. В Агрофизи-

28

2—3 раза меньшие, чем в наиболее благоприятных естественных условиях. Так, от появления всходов до созревания у огурцов проходило 32—34 дня, у яровой пшеницы — 55, у хлопчатника — 70 дней. Такие сроки позволяют в установках светокультуры проводить по несколько оборотов в год.

Агрофизическим институтом созданы камеры с лампами накаливания небольших размеров. В камерах регулируется световой поток искусственной радиации, изменяется содержание кислорода и углекислоты. Со­ зданы камеры, допускающие регулирование темпера­ туры корнеобитаемого слоя почвы или ее заменителей. Условия внешней среды в таких камерах обеспечива­ ются автоматически по заданной программе.

Камеры светокультуры доведены до предельной простоты в изготовлении и использовании. Уже разра­ ботаны технические условия крупносерийного их про­ изводства. Пока камеры остаются достоянием иссле- дователей-агробиологов, однако в близком будущем они широко войдут в сельскохозяйственное производ­ ство и даже в быт трудящихся. Камеры, установлен­ ные в подвалах или комнатах, будут обеспечивать своих владельцев плодами и цветами круглый год.

В совхозе «Тепличный» под Москвой создана пер­ вая растениеводческая фабрика, под лучами электри­ ческих «солнц» которой на площади в 75 м2 выращи­ ваются томаты. Разработаны проекты подобных фаб­ рик овощей и плодов внутри плотин, непосредственно на местах производства дешевой электроэнергии.

Светокультура требует дальнейшего совершенст­ вования и еще большей простоты, что приведет к рез­ кому снижению расходов на облучение. Необходимо

30

отказаться от применения водяных фильтров, создать специальные лампы с пониженным потоком теплового излучения и спектральным составом, наиболее опти­ мальным для растений.

Светокультура в сочетании с естественным солнеч­ ным светом широко применяется в теплично-парнико­ вых хозяйствах колхозов и совхозов. Экономическая выгодность ее вполне доказана. Большие первона­ чальные расходы по светокультуре быстро окупаются высокой производительностью теплиц и парников.

Транспирация растений

Большое место в агрофизике занимает изучение важнейшей проблемы жизнедеятельности растений — транспирации, процесса превращения воды в пар и его последующую диффузию из внутренних полостей листьев в окружающую среду. Транспирация связана с дыханием растительных организмов. Первый этап— превращение воды в пар — в основном зависит от на­ грева листьев, поглощения ими лучистой энергии. Вто­ рой— диффузия пара, или собственно транспирация, определяется анатомическими и физиологическими особенностями листьев. Открывая и закрывая на ли­ стьях устьичные щели, растения сами регулируют ис­ парение влаги. Светокультура может оказывать значи­ тельное влияние на транспирацию, представляющую со­ бой совершенную автоматизированную систему в жиз­ недеятельности растений. Из суммарной радиации, па­ дающей на листья, ими поглощается только половина лучистой энергии, другую — они отражают.

31