Переход на непрерывное освещение при сохранении суточного интеграла излучения (DLI) позволяет снизить плотность фотонного потока (PPFD) без потери суммарной радиации, получаемой культурой. В журнале Frontiers in Plant Science опубликованы результаты эксперимента по оценке влияния круглосуточной досветки на листовой салат (Lactuca sativa) сортов Danstar и Jagger. Опыт проводили в полностью контролируемых условиях вертикальной фермы при фиксированном значении DLI 16,9 моль/(м²·сут), сравнивая базовый 18-часовой фотопериод и непрерывный 24-часовой световой день.
Морфологический отклик и накопление биомассы
Эксперимент продолжался 19 суток после высадки рассады (19 DAT). Растения под непрерывным светом накапливали биомассу быстрее, чем при контрольном 18-часовом фотопериоде. В среднем по двум сортам круглосуточная досветка увеличила сырую массу побегов на 15%, а сухую — на 18%. При этом реакция культуры проявила сортовую специфику:
- Сорт Jagger (с плоскими горизонтальными листьями и быстрым темпом роста) прибавил 23% сырой и сухой массы, а индекс листовой поверхности (LAI) вырос также на 23%. Суммарный перехват света за 19 суток у него увеличился на 10%.
- Сорт Danstar (с вертикально ориентированными кудрявыми листьями) показал увеличение сырой массы на 6%, а сухой — на 14% при недостоверном изменении LAI (прирост 6%).
Эффективность использования перехваченного света (LUE) в режиме 24/0 возросла на 7% в пересчёте на сырую массу и на 11% — по сухой массе. Как объясняет справочник по PPFD, DLI и фотопериоду, снижение мгновенной интенсивности излучения переводит фотосинтетический аппарат в зону более высокого квантового выхода, предотвращая насыщение фотосистемы II.
Метаболизм углеводов и качество продукции
Риск круглосуточного освещения связывают с нарушением циркадных ритмов, накоплением избыточных сахаров в тканях и развитием краевого ожога (tip-burn) или хлорозов. В эксперименте визуальный контроль на 19-е сутки не выявил признаков краевого ожога, хлороза или преждевременного стеблевания ни у одного из сортов.
Биохимический анализ показал перестройку углеводного обмена. Концентрация сахарозы в листьях при круглосуточном освещении снизилась в среднем на 15% относительно 18-часового режима. Одновременно содержание крахмала увеличилось на 12% у сорта Danstar и на 49% у сорта Jagger. Содержание глюкозы и фруктозы почти не изменилось: концентрация глюкозы составила 21,8 мг/г сухой массы в обоих режимах, фруктозы — 28,6 против 33,2 мг/г. Растения адаптировали транспорт ассимилятов к отсутствию тёмного периода, направляя избыток углерода в крахмальные депо без токсического эффекта для тканей.
Энергетический баланс и нагрузка на инфраструктуру
Авторы работы смоделировали энергопотребление системы освещения и климатической установки (HVAC) при одинаковом DLI 16,9 моль/(м²·сут):
- При одинаковой светоотдаче фитосветильников 3,6 мкмоль/Дж (базовый сценарий A при температуре 23 °C) расход электроэнергии на досветку составил 31,0 кВт·ч/м² в обоих вариантах. За счёт равномерного распределения тепловыделения затраты HVAC снизились на 4% (с 9,6 до 9,2 кВт·ч/м²), а суммарное энергопотребление сократилось на 1% (с 40,6 до 40,2 кВт·ч/м²). При этом эффективность использования энергии (EUE) выросла на 16% по сырой массе и на 18% по сухой благодаря более высокому урожаю.
- С учётом роста эффективности светодиодов при пониженном токе питания (3,6 мкмоль/Дж при 24/0 против 3,4 мкмоль/Дж при 18 часах, сценарий B) затраты на освещение сократились на 6% (до 31,0 против 32,8 кВт·ч/м²), нагрузка на HVAC упала на 10% (с 10,2 до 9,2 кВт·ч/м²), а общее энергопотребление снизилось на 6% (с 43,0 до 40,2 кВт·ч/м²). Прирост EUE составил 23% по сырой и 26% по сухой массе.
- В сценарии с переменным суточным температурным графиком (24 °C днём и 20 °C ночью, сценарий C) суммарное потребление снизилось на 7% (с 43,4 до 40,3 кВт·ч/м²), а затраты HVAC — на 11% (с 10,5 до 9,3 кВт·ч/м²), обеспечив рост EUE на 24% по сырой и 27% по сухой биомассе.
Эти закономерности согласуются с принципами, рассмотренными в материале про оптимизацию фотопериода и PPFD при фиксированном DLI.
Ограничения исследования
Эксперимент проведён в закрытой климатической камере без естественной солнечной радиации. Результаты нельзя напрямую переносить на тепличные комбинаты с естественным светом в весенне-летний период, когда уровень DLI динамически меняется. Кроме того, в опыте оценивали два сорта салата в течение одного 19-дневного цикла, а плотность посадки и спектр оставались постоянными.
Практические выводы для агрономической и инженерной служб
Для главного агронома переход на режим 24/0 в рассадных или салатных отделениях закрытого типа ускоряет оборот: сокращение сроков вегетации на 2–3 дня достигается за счёт прироста биомассы на 15–23% без потери товарного вида и физиологических расстройств. Перед внедрением требуется сортоиспытание, так как отклик сильно зависит от архитектоники листа.
Для инженера и проектировщика круглосуточный режим означает прямое снижение пиковой электрической мощности светодиодной установки на 25% за счёт растягивания подачи DLI с 18 до 24 часов. Это уменьшает сечение кабельных линий, номиналы вводных автоматов и трансформаторную мощность. Сглаживание тепловыделения снижает пиковую производительность систем охлаждения и вентиляции на 10–11%, устраняя скачки температуры при переключении досветки.
Источники
Читайте также
Все материалы рубрики
