Стремительный рост населения Земли и повышенный спрос на экологически чистые продукты стимулируют интерес людей к домашнему выращиванию растений. Однако в условиях ограниченного естественного освещения, особенно в зимний период, возникает необходимость в дополнительных источниках света. Фитолампы, излучающие свет в красном и синем спектрах, рассматриваются как эффективное решение для ускорения роста рассады.
Целью исследования стала оценка влияния продолжительности светового дня на рост и биомассу кресс-салата при использовании умной теплицы PASCO в сравнении с естественной длиной светового дня.
Эксперимент проводился в зимний период, когда естественная продолжительность светового дня минимальна. В качестве объекта исследования был выбран кресс-салат, поскольку он является биоиндикатором и чувствителен к изменениям светового режима.
Для проведения эксперимента использовалась умная теплица PASCO, оснащенная датчиками продолжительности светового дня, светодиодной панелью с регулируемым красным и синим спектрами, которые полностью регулируются автоматикой и программным обеспечением (см. рис. 1).
Рис. 1. Умная теплица PASCO
Умная теплица позволяет за счет изменения настроек проследить влияние факторов окружающей среды на рост растений. Программирование умной теплицы осуществляется с помощью блочного языка программирования Blockly. В нашем случае необходимо было написать коды к программным блокам для каждого «солнечного» дня в зависимости от его продолжительности (см. рис. 2).
Рис. 2. Программирование умной теплицы PASCO на продолжительность светового дня 10 часов
Мы провели серии экспериментов с разной продолжительностью освещения в умной теплице. Первый — 10 часов, второй — 15 часов, третий — 20 часов.
В каждой серии использовалось две группы растений: опытная группа — находилась в интерактивном модуле и освещалась фитолампой, контрольная группа — росла на подоконнике при естественном освещении.
В каждый стаканчик были высажены по 15 семян кресс-салата. Высота растений и количество проросших семян фиксировались ежедневно на протяжении 14 дней. Измерение биомассы проводилось в конце эксперимента. Основные этапы эксперимента и полученные результаты наглядно представлены на графике роста кресс-салата и диаграмме набора биомассы растения (см. рис. 3–5).
Рис. 3. Рост и набор биомассы при световом дне в 10 часов
Рис. 4. Рост и набор биомассы при световом дне 15 часов
Рис. 5. Рост и набор биомассы при световом дне 20 часов
После проведения экспериментов мы составили сравнительную таблицу по результатам всех проведенных экспериментов (см. табл. 1).
Таблица 1
Сравнение экспериментальных результатов
|
День |
Контроль 10 ч |
Опыт 10 ч |
Контроль 15 ч |
Опыт 15 ч |
Контроль 20 ч |
Опыт 20 ч |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
3 |
0,4 |
0,3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
|
4 |
0,7 |
0,5 |
0 |
0,5 |
2,3 |
2 |
|
5 |
1,6 |
1,4 |
0,8 |
1 |
5,2 |
3,5 |
|
6 |
2,9 |
2,0 |
1,9 |
2,2 |
6,5 |
4,2 |
|
7 |
4 |
2,9 |
2,5 |
2,5 |
7,4 |
5,3 |
|
8 |
4,9 |
3,4 |
3,9 |
3,5 |
8,4 |
5,8 |
|
9 |
5,4 |
4,0 |
5,2 |
4,5 |
9,1 |
6,4 |
|
10 |
5,8 |
4,3 |
5,9 |
5,4 |
9,9 |
7 |
|
11 |
6,2 |
4,7 |
6,5 |
6 |
10,6 |
7,7 |
|
12 |
6,5 |
5,0 |
7 |
6,6 |
11,5 |
8,1 |
|
13 |
6,8 |
5,2 |
8,5 |
7,2 |
12,1 |
8,9 |
|
14 |
7 |
5,4 |
9,1 |
8,4 |
12,6 |
9,5 |
|
Высота растений контрольной группы |
Больше на 30 % |
Больше на 8 % |
Больше на 33 % | |||
|
Биомасса растений опытной группы |
Больше в 1,5 раза |
Больше в 3 раза |
Больше в 3 раза | |||
В эксперименте с продолжительностью светового дня 10 часов: контрольные растения были выше на 30 %, но набирали биомассу в 1,5 раза медленнее, чем растения, которые росли при удлинённом световом дне. В эксперименте с 15-часовым освещением опыта: контрольные растения были выше на 8 %, но биомасса увеличивалась в 3 раза медленнее опытных образцов. В эксперименте с продолжительностью светового дня 20 часов в теплице: контрольные растения были выше на 33 %, но биомасса росла в 3 раза медленнее, чем у опыта.
В среднем растения при естественном освещении вытягивались в высоту на 23 % эффективнее, но их стебли были тоньше и слабее. В то время как опытные образцы под освещением фитолампой набирали биомассу в 2,5 раза быстрее контрольной группы.
Результаты подтверждают, что искусственное освещение с преобладанием красного и синего спектров ускоряет накопление биомассы, но не всегда стимулирует рост в высоту.
При естественном освещении растения вытягивались в высоту из-за дефицита синего и красного спектров, что снижало их устойчивость и замедляло рост биомассы. Оптимальная продолжительность светового дня для кресс-салата составила 15 часов, что обеспечивает баланс между ростом, накоплением биомассы и отдыхом растения.
Таким образом, использование интерактивного модуля Умная теплица является эффективным методом улучшения качества рассады, особенно в условиях недостаточного естественного освещения.
Литература:
- Кульчин Ю. Н. Агробиофотоника — влияние света на развитие растений. — Фотон-Экспресс, 2019, 6 (158), с. 64.
- Лебедев А. Г. Фотосинтез. — «Биология», № 48. — 2000, 2001.
- Федулов Ю. П. Фотосинтез и дыхание растений: учебное пособие. — Краснодар: КубГАУ, 2019. — 101 с.
- Чернова Н. М., Былова А. М. Общая экология / Н. М. Чернова, А. М. Былова — 1-е изд. — Дрофа, 2004. — 416 c.
- Влияние света на биологические ритмы растений на примере кислицы / А. А. Мачнев, В. Г. Хажина // Юный ученый. — 2017. — № 3.1 (12.1). — С.51–55.
