Суть эксперимента: динамический свет против статического при равном DLI
Повышение энергоэффективности светокультуры зеленных культур обычно сводят к поиску баланса между уровнем PPFD и длительностью фотопериода. Большинство промышленных протоколов использует статичный сценарий: одинаковая плотность потока фотонов и фиксированная продолжительность дня на протяжении всего цикла выращивания. Исследовательская группа из Калифорнийского университета в Дейвисе и Университетского колледжа Лондона проверила гипотезу о том, что динамическая адаптация светового режима под онтогенез растения способна повысить эффективность использования света (LUE) и накопление биомассы без увеличения суммарного интеграла DLI.
В климатической камере исследователи вырастили базилик сорта Genovese (Ocimum basilicum L.) в течение 24 суток. Целью работы было сопоставить отклик растений на постоянную и ступенчато нарастающую освещённость при неизменном среднем интеграле DLI за весь 24-дневный оборот.
Параметры опыта и распределение вариантов
Эксперимент включал четыре схемы досветки с разными сочетаниями интенсивности ФАР и фотопериода:
- CIP (контроль): постоянная интенсивность ФАР 300 мкмоль/(с·м²) и постоянный 16-часовой фотопериод;
- CIDP: постоянная интенсивность 300 мкмоль/(с·м²) с динамическим фотопериодом (поэтапное увеличение: 14, 16 и 18 часов);
- DICP: динамическая интенсивность со ступенями 200, 300 и 400 мкмоль/(с·м²) при постоянном 16-часовом фотопериоде;
- DIP: динамическая интенсивность (200, 300 и 400 мкмоль/(с·м²)) в сочетании с динамическим фотопериодом (14, 16 и 18 часов).
Все четыре варианта сбалансировали по суммарному приходу лучистой энергии за вегетационный период. Это позволило напрямую сопоставить продуктивность фитоценоза при одинаковых базовых затратах электричества на фотоны.
Результаты: прибавка сухого вещества и физиология
Совместное динамическое увеличение PPFD и фотопериода (вариант DIP) показало статистически значимое преимущество перед стандартным статическим освещением (CIP):
- накопление сухой массы выросло на 9%;
- эффективность использования света (LUE) увеличилась на 9%;
- содержание хлорофилла по оптическим измерениям оказалось выше на 19%;
- устьичная проводимость в постоянном режиме CIP была на 25% выше, чем в динамическом варианте DIP, что указывает на экономный транспирационный расход влаги растениями при ступенчатом световом дне.
Изолированное удлинение фотопериода без изменения интенсивности (вариант CIDP) привело к худшим результатам среди всех схем: в нём зафиксированы минимальные показатели площади листа, сырой и сухой массы, содержания каротиноидов, хлорофилла и нефотохимического тушения (NPQ). Простое манипулирование часами досветки на сеянцах без синхронного изменения уровня PPFD нарушает физиологический баланс и не даёт эффекта.
Что это означает для защищённого грунта
Для агрономической и инженерной служб тепличных комплексов и сити-ферм результаты работы дают физиологическое обоснование зонирования и ступенчатого диммирования. Сеянцы базилика в первые дни вегетации не способны эффективно поглощать высокий уровень PPFD: площадь листового аппарата мала, а световой порог насыщения фотосинтеза ещё не сформирован. Подача стандартных 300 мкмоль/(с·м²) в этот период приводит к непроизводительным потерям света и энергии.
Снижение интенсивности до 200 мкмоль/(с·м²) на старте с укороченным 14-часовым днём обеспечивает растению адаптацию без фотоингибирования. По мере наращивания листового индекса увеличение потока до 400 мкмоль/(с·м²) и растягивание дня до 18 часов загружает фотосинтетический аппарат на максимуме его ёмкости. В условиях российских широт с высокой стоимостью зимнего киловатт-часа такая схема позволяет сэкономить электричество на ранней фазе и получить прибавку товарной массы на финальной стадии культурооборота.
Практическая реализация такого подхода требует управляемых светодиодных установок с возможностью группового диммирования по секциям или рассадным зонам, как это реализуется в проектах с гибкими сценариями освещения. В комбинатах, выращивающих зеленные культуры на гидропонных салатных линиях, ступенчатый профиль организуется физически: достаточно разбить стеллажи или пролёты на световые зоны по возрасту рассады.
Ограничения исследования
При переносе данных в практику стоит учитывать условия опыта:
- исследования проводились в климатической камере без естественной инсоляции, поэтому прямое наложение профилей на теплицы с досветкой требует корректировки на естественный приход радиации;
- опыт проведён на одном сорте базилика Genovese в течение 24 суток; реакция других сортов и культур со схожей архитектоникой куста требует отдельной проверки;
- авторы работы указывают на необходимость тестов для оценки послеуборочной лёжкости, выхода эфирных масел и динамики вторичных метаболитов при динамическом профиле.
Выводы для агронома и инженера
Главный агроном получает инструмент повышения выхода сухой массы базилика на 9% без роста энергопотребления через синхронное наращивание PPFD (с 200 до 400 мкмоль/(с·м²)) и фотопериода (с 14 до 18 часов). Главному инженеру и проектировщику эти данные подтверждают целесообразность закладывать в проекты многозональные системы управления досветкой: отказ от фиксированного режима в пользу регулируемого оптимизирует энергобаланс комплекса без потерь в продуктивности, как показывают и производственные итоги на других культурах.
Источники
Читайте также
Все материалы рубрики
