Книга: Биологические основы получения высоких урожаев овощных культур

8.2. Световой режим

8.2. Световой режим

Солнечный свет является важным фактором в жизни растений. За счет солнечной энергии, углекислого газа, воды, элементов питания с помощью хлорофилла растения создают и накапливают органическое вещество (фотосинтез), осуществляют транспирацию, синтез витаминов, ферментов, хлорофилла и других веществ, в результате чего обеспечивают формирование урожая.

Световая энергия солнца поступает в виде прямой и рассеянной радиации. Прямая радиация попадает на растения в виде параллельных лучей главным образом на наружные листья и в часы полуденного солнцестояния и имеет меньшее значение для растений. Наибольшее значение в жизни растений имеет рассеянная радиация, образующаяся в результате преломления солнечных лучей от взвешенных в атмосфере паров воды, кристаллов льда, пыли и т. д.

Овощные растения произошли из разных районов земного шара, поэтому у них и различное отношение к спектральному составу, интенсивности освещения и продолжительности дня и ночи (фотопериодизм).

Лучистая энергия солнца состоит из видимых лучей — 44 % и невидимых лучей: инфракрасных — 54 % и ультрафиолетовых с длиной волны 280–380 нм — 2 %.

Внутри солнечного излучения можно выделить три диапазона, влияющие на продуктивность и морфогенез растений (возникновение и развитие органов, частей организма): длина волны до 380 нм — ультрафиолетовая (УФ), 380–750 нм — физиологическая или фотосинтетическая радиация (ФАР), 750–4000 нм — инфракрасная ближняя радиация (ИК). В среднем растения на фотосинтез используют 1–1,5 % радиации, теоретически возможно использование до 10 %.

Качество света. Инфракрасные лучи с длиной волны 750–4000 нм в пределах оптимальных температур обеспечивают в растениях нормальное течение всех физиологических процессов, в частности повышают энергию фото синтеза, влияют на морфогенез и фотопериодизм.

Видимые красные (720–620 нм) и оранжевые (620–595 нм) лучи — основной вид энергии, необходимой для фотосинтеза и морфогенеза (формирование органов) зеленых растений, их роста, цветения и плодоношения. Желтые (595–565 нм) и зеленые (565–490 нм) лучи мало влияют на физиологические процессы. Растения в этих лучах растут и развиваются медленно.

Синие (490–440 нм) лучи и фиолетовые (440–380 нм) обусловливают нормальный обмен веществ, стимулируют формирование побегов и листьев. Растения растут и развиваются нормально только при наличии всех видимых лучей. Ультрафиолетовые лучи — невидимые. Наиболее длинные из них (380–315 нм) задерживают вытягивание стебля, повышают содержание в овощах витаминов. В защищенном грунте эти лучи частично задерживаются стеклом. Витамина С в тепличных овощах на 20–30 % меньше, чем в овощах открытого грунта. Рассада, выращенная под стеклом, должна пройти световое закаливание в течение 10–15 дней перед высадкой ее в открытый грунт. Иначе она после высадки пострадает от ультрафиолетовой радиации. Ожоги листьев приводят к задержке роста, а иногда и к полной гибели растений. Растения высокогорья приспособились переносить больше ультрафиолетовых излучений, это сказывается на их карликовости. Однако эти же растения будут расти хорошо, а в некоторых случаях даже лучше без ультрафиолетового света.

Интенсивность солнечного света в течение суток меняется, достигая максимума около 12 часов дня, а минимума в утренние и вечерние часы. На интенсивность солнечного света влияет облачность и чистота воздуха (содержание пыли, дыма, водяных паров). Интенсивность освещения в насыщенной дымом атмосфере снижается более чем в 2 раза. Поэтому максимум солнечной радиации в промышленных центрах наступает не в полдень, когда в воздухе уже успевает накопиться больше пыли, а несколько раньше — к 11–12 часам, тогда как в сельской местности намного позже. Утренние и вечерние часы беднее ультрафиолетовыми и сине фиолетовыми лучами, чем полдень. Качественный состав света изменяется в зависимости от времени года и облачности. Содержание ультрафиолетовых лучей зимой в 20 раз меньше, чем летом, сине фиолетовых — в 5 раз. Все лучи этой части спектра летом имеют почти одинаковую интенсивность.

Интенсивность света. В северных районах и средней части России интенсивность и продолжительность солнечной радиации в зимние месяцы (ноябрь — декабрь — январь) снижается до такой степени, что успешное выращивание большинства овощных культур в защищенном грунте возможно и экономически целесообразно только при дополнительном искусственном освещении.

Радиация с длиной волны 380–750 нм (ФАР) является источником энергии фотосинтеза. Годовой приход ФАР зависит от географической широты территории. В связи с сезонными колебаниями длины дня и прихода ФАР в средних и высоких широтах световые условия не обеспечивают в осенне-зимние сроки возможности получения урожая светотребовательных культур (томат, огурец, редис и листовые выращиваемые из семян).

Снижение или увеличение интенсивности солнечной радиации находятся в зависимости от высоты солнца над горизонтом, а также от типа и степени облачности. Чем выше солнце над горизонтом, тем больше падает прямого солнечного света. До восхода солнца растения используют только рассеянную солнечную радиацию. С увеличением высоты солнца рассеянная солнечная радиация быстро уменьшается, а количество прямой солнечной радиации увеличивается. Соотношение между прямой и рассеянной солнечной радиацией находится в зависимости не только от высоты солнца над горизонтом, но и от состояния погоды, точнее — от типа и степени облачности. Мощные облака снижают интенсивность до 80 %.

Для большинства овощных растений оптимальная освещенность — 20000–40000 лк. Повышение яркости света свыше 70000 лк часто подавляет фотосинтез и рост растений, вызывает хлороз и ожоги тканей.

Уровень освещенности влияет на скорость развития растений. Например, у томата, огурца, перца с улучшением освещенности наблюдается ускорение начала цветения, у томата — сроков заложения первой кисти и уменьшения числа листьев, расположенных до нее, более быстрое формирование плодов.

Реакция растений на недостаточную освещенность проявляется в многократном снижении темпов накопления биомассы, задержке развития растений, нарушении формирования репродуктивных органов и т. п.

При слабой освещенности в общей биомассе возрастает удельный вес стеблей, уменьшается размер листьев и плодов. В анатомическом строении листа наблюдается уменьшение количества устьиц на единицу поверхности. Низкая освещенность способствует накоплению нитратов и снижению содержания витамина С. Зимой в теплицах при слабой освещенности (нарушение сроков посадки, длительная пасмурная погода, грязная кровля) у растений томата часто отмечается остановка развития первой кисти, опадание цветков. Это связано с недостаточным обеспечением репродуктивных органов продуктами фотосинтеза.

Требовательность к интенсивности освещенности у овощных культур различна и может меняться в зависимости от фазы роста и развития, способов выращивания.

Особенно высокую требовательность к свету растения предъявляют в начальные фазы развития, при появлении всходов, когда запасы питательных веществ семени бывают израсходованы и дальнейшее развитие растений идет за счет продуктов ассимиляции. Недостаток освещения в этот период создается за счет загущенных посевов при нарушении норм высева семян, обилия сорняков, загрязнения стекла и пленки в защищенном грунте. Это ведет к вытягиванию всходов, ослаблению растений, повреждению вредителями и грибковыми заболеваниями. В следующие фазы роста и развития требования овощных растений к интенсивности освещения могут меняться.

По требовательности к интенсивности света, обеспечивающей оптимальные условия для фотосинтеза и органогенеза, овощные культуры ориентировочно делятся на три группы.

1. Наиболее требовательные. Это растения, выращиваемые для получения плодов: арбуз, дыня, тыква, огурец, томат, перец, баклажан, фасоль, горох, кукуруза, бамия, капуста кочанная.

2. Среднетребовательные: капуста цветная, кольраби, лук репчатый, чеснок, свекла, морковь, редька, салат, картофель.

3. Малотребовательные: укроп, сельдерей, петрушка, шпинат, щавель, ревень, лук порей, спаржа, многолетний лук.

У некоторых культур потребность в свете в период непосредственно перед формированием продуктовых органов сильно снижается или даже отсутствует, так как свет способствует развитию механических или проводящих тканей и образованию хлорофилла. В результате овощи теряют вкусовые качества: становятся деревянистыми или горькими на вкус. Для получения нежных молодых побегов спаржи, листьев черешкового сельдерея, отбеленной ложной луковицы («ножки») лука порея применяют этиолирование: растения высоко окучивают. Для получения отбеленной головки цветной капусты надламывают крупный лист.

При ограниченном освещении в сочетании с низкой температурой (+4…+8 °C) можно временно хранить рассаду томата, цветной капусты, сельдерея (метод консервации).

Наименее требовательные к свету выгоночные культуры, формирование продуктовых органов у которых идет за счет запасных питательных веществ луковиц, корнеплодов, корневищ: лук, чеснок, петрушка, сельдерей, свекла, мангольд, щавель, ревень, которые выращивают для получения свежей листовой массы в теплицах в периоды недостаточной освещенности. Листья салатного цикория и ревеня при выгонке из корнеплодов и корневищ выращивают при полном отсутствии света, что улучшает вкусовые качества. Без света или при ограниченной освещенности доращивают цветную капусту, формирование головки которой идет за счет питательных веществ, отложенных в листьях и стебле, у лука порея утолщение ложной белой луковицы тоже происходит за счет оттока питательных веществ из листьев.

В защищенном грунте в период недостаточной естественной освещенности применяется электродосвечивание рассады для зимне-весеннего выращивания светолюбивых культур, и электросветокультура: выращивание скороспелых листовых (салат, укроп, петрушка, базилик) при полном искусственном освещении.

Фотопериодизм. Большое значение для овощных растений имеет продолжительность освещения. В зависимости от продолжительности дня происходит ускорение или замедление развития растений. Это явление называется фотопериодизмом. Реакция растений на длину дня связана с их географическим происхождением.

Растения длинного дня произошли из средних широт. Для образования репродуктивных органов им необходима продолжительность дня 15–17 часов. Поэтому однолетние культуры — редис, салат, шпинат, укроп, китайская капуста — в условиях продолжительного светового дня («белые ночи») начинают преждевременно цвести, редис не образует корнеплод, а листовые овощи — товарную розетку листьев и кочанов. При сокращенном (10 часовом) дне эти длиннодневные растения не зацветают до осени, усиленно формируя вегетативные органы. К длиннодневным растениям относятся и двулетние овощные культуры: капуста, брюква, репа, редька, морковь, петрушка, свекла, лук. Но в первый год, когда растения формируют только вегетативную часть, длинный день ускоряет формирование продуктовых органов: корнеплодов, кочанов, луковиц.

Для перехода этих растений к цветению в дополнение к продолжительности длины светового дня им необходим период яровизации низкой температурой. Искусственное охлаждение в специальных камерах вызывает цветение растений в первый год, при условии, что за этой обработкой следует длинный день.

Растения короткого дня произошли из тропиков и субтропиков. Для образования репродуктивных органов (цветков, плодов) им необходима продолжительность светового дня 10–12 часов. К этой группе относятся плодовые овощные: огурец, дыня, томат, перец, баклажан, бамия, фасоль, кукуруза; клубнеплодные: картофель, батат.

Растениям короткого дня фактор темноты необходим в начале их жизни, после чего они успешно могут развиваться в условиях длинного дня. Поэтому при выращивании томата, огурца и др. плодовых культур в зимнее весенний период в защищенном грунте режим досвечивания рассады не круглосуточный и составляет 10–12 часов.

Некоторые овощные культуры не реагируют на изменение длины дня и являются с точки зрения фотопериодизма нейтральными растениями. К ним относятся арбуз, спаржа, некоторые виды и сорта томата, огурца, картофеля.

Фотопериодизмом можно управлять, используя достижения селекции и различный спектральный состав света в разное время суток. Например, образование клубней у картофеля — процесс, для которого необходим короткий день. В современных линиях картофеля эта потребность в коротком дне устранена путем селекции. В умеренном климате с длиной дня более 12 часов важно, чтобы образование клубней происходило и в период длинного дня. У салата и шпината (растений длинного дня) есть линии, которые более или менее нейтральны к свету. То же самое можно сказать о томате, некоторых сортах редиса и т. д. Кратковременное освещение некоторых растений, чувствительных к фотопериоду во время длинной ночи, т. е. прерывание периода темноты с использованием красного света, позволяет превратить короткий день в длинный. При дневном досвечивании отдельных растений эффект длинного дня зависит от синего и инфракрасного излучения, а красный и зеленый спектры дают эффект короткого дня.

Для улучшения светового режима необходимо не допускать загущения и затенения. Для этого следует:

• соблюдать норму посева семян;

• прореживать всходы;

• создавать оптимальную площадь питания при посеве и посадке;

• удалять сорняки, которые затеняют растения и отбирают у них воздух и питательные вещества почвы;

• располагать гряды, гребни, ряды с севера на юг для равномерного освещения в первой и второй половине дня;

• удалять лишние боковые побеги.

В защищенном грунте:

• следить за чистотой кровли;

• соблюдать сроки выращивания с учетом требования растений к свету;

• досвечивать рассаду в зимне-весенний период;

• использовать пленку, пропускающую не менее 85–90 % света;

• при строительстве теплиц сводить к минимуму количество непрозрачных элементов конструкции и окрашивать их в белый цвет;

• соблюдать ориентацию теплиц коньком с севера на юг.

Контрольные вопросы

1. При каких условиях внешней среды происходит фотосинтез?

2. Что такое физиологически активная радиация?

3. Чем отличаются растения длинного и короткого дня?

4. Какие условия освещенности нужны для выгонки и доращивания?

5. Как улучшить световой режим при загущенных посевах?

6. В какое время года свет является лимитирующим фактором?