В редакцию на мое имя пришло несколько писем с просьбой рассказать о влиянии света на растения. Причем письма читателей пришли не только от читателей нашей Свердловской области, но и от читателей Тюменской области, Ханты-Мансийского национального округа и республики Коми. Большинство этих писем составляют письма из более северных мест, обделенных солнечными лучами, но обладающих более длинным днем в летний период. Интересует читателей и реакция растений на спектральный состав солнечных лучей, а также учет солнечного излучения при строительстве теплиц и ряд других вопросов, связанных со светом. Круг заданных вопросов является настолько широким, что его невозможно отразить в одной статье. Поэтому придется писать несколько статей, и нижеследующую статью следует считать как бы вводной, постановочной статьей по данной тематике.
Солнечная энергия – непременное условие существования зеленых растений. Под ее воздействием происходит процесс фотосинтеза, в ходе которого растения из углекислого газа, воды и минеральных веществ почвы синтезируют первичные органические вещества, выделяя в атмосферу кислород. Солнечный свет – незаменимый фактор жизни растений, которые чутко реагируют на изменение интенсивности солнечной радиации, ее спектрального состава и продолжительности дня.
Для физиологических процессов, обуславливающих жизнедеятельность растений, из всего солнечного спектра наибольшее значение имеет коротковолновая радиация с длиной волны менее 4 мкм (микрометра). Диапазон коротковолновой солнечной радиации подразделяют по биологическому действию на растения на ультрафиолетовую (Уф), фотосинтетически активную (ФАР) и ближнюю инфракрасную радиацию. Ультрафиолетовая радиация воздействует преимущественно на ростовые процессы, замедляя их. Ее влияние еще недостаточно изучено. Несколько лет назад в «УС» была опубликована моя статья, посвященная действию солнечной ультрафиолетовой радиации на растения. С областью видимой радиации почти совпадает (захватывая частично область УФ радиации) так называемая физиологическая радиация (0,35-0,75 мкм), энергия которой поглощается пигментами листа, имеет важное регуляторноэнергетическое значение в жизни растений. В пределах этого участка выделяется область активной радиации (ФАР) с длиной волны 0,38-0,71 мкм.
Установлено, что для накопления растениями органического вещества необходима интенсивность солнечной радиации, превышающая определенное значение. Так, для светолюбивых растений ФАР должна быть не ниже 14-21 вт/кв.м. В случае ФАР ниже указанного значения расход органического вещества на дыхание больше, чем образование органического вещества в процессе фотосинтеза. При увеличении ФАР до 14-21вт/кв.м продуктивность фотосинтеза возрастает. В дневное время величина ФАР обычно превышает эти значения, но в посевах и насаждениях растений, а также в теплицах в пасмурные дни интенсивность ФАР бывает недостаточной, что приводит к ослаблению фотосинтеза и, следовательно, к уменьшению продуктивности посевов и насаждений. Значение ближней инфракрасной радиации, которая активно поглощается водой листьев и стеблей растений, а также почвой, состоит в ее тепловом эффекте, что оказывает существенное влияние на рост и развитие растений.
Для растений важен и фактор продолжительности светового дня, определяющий длительность суточного солнечного сияния и запускающий связанную с биологическими часами растений их регуляторную деятельность. По мнению ряда специалистов, увеличение длины светового дня в северных широтах способствует удлинению периода фотосинтеза растений, в результате чего они накапливают в течение короткого лета большую растительную массу. По мнению других специалистов, период, в течение которого происходит фотосинтез, является фиксированным для каждого растения и не зависит от длины светового дня. А вот интенсивность фотосинтеза напрямую связана с фоторегулирующей системой растений, в частности с фитохромной, действие которой прямо связано с продолжительностью светового дня. Для северных широт характерно более низкое стояние Солнца над горизонтом и связанное с этим менее интенсивное поглощение красных солнечных лучей атмосферой, служащих регуляторами фитохромной системы. Поэтому можно предположить, что при большей интенсивности красных солнечных лучей у растений увеличивается интенсивность фотосинтеза. Уже давно готовлю статью на данную тему, но поскольку вопрос очень серьезен, имеются горы литературы с разными мнениями, а мое время сильно ограничено, то, скорее всего, напишу ее нескоро.
Солнечный свет создает освещенность, которая характеризуется суммарным действием прямой, рассеянной и отраженной радиации. Освещенность пропорциональна интенсивности солнечной радиации, но при прочих равных условиях зависит от высоты стояния солнца. Так, интенсивности суммарной радиации, равной 700 вт/кв.м, соответствует освещенность 62х103лк (люкс) при высоте солнца 10° и 70х103 лк – при высоте 40°. По восприятию освещенности растения делятся на тенелюбивые и светолюбивые.
Солнечная радиация значительно влияет на химический состав растений. Например, сахаристость сахарной свеклы и винограда, содержание белка в зерне пшеницы непосредственно связаны с числом дней (количество часов) солнечного сияния. С увеличением интенсивности солнечной радиации возрастает сахаристость яблок и многих других плодов и ягод, увеличивается количество масла в семенах подсолнечника и льна и так далее.
В естественных условиях использование солнечной радиации для создания органического вещества растениями сравнительно невелико, поэтому повышение его является важной задачей науки и практики сельского хозяйства. Отношение солнечной энергии, затраченной на фотосинтез, к общей поглощенной солнечной радиации на единицу площади, за время его вегетации, выраженное в процентах, представляет собой коэффициент использования энергии Солнца (КПД посева, насаждения). Для большинства производственных посевов и насаждений этот коэффициент составляет в среднем лишь 1-2%, в передовых хозяйствах – 5-8%. В любительских условиях на садовых участках при хорошем уходе за растениями его можно приравнять к передовым хозяйствам. Теоретически его значение возможно увеличить до 25%. Однако такие посевы и насаждения должны поглощать максимум солнечной радиации (60-75%), что возможно достичь только с помощью листовой поверхности посева или насаждения (40-50)х103 кв.м/га и наилучшим расположением листьев, что на практике не реально.
Следует помнить, что посевы или насаждения представляют собой сложную оптическую систему, перераспределяющую поток солнечной энергии. Основным фактором, определяющим поглощение и пропускание ФАР в посевах и насаждениях, является площадь листовой поверхности, рассчитанная на единицу площади поля или участка. Пропускание ФАР зависит от высоты Солнца и ориентации листьев. При больших высотах Солнца (35-40°) прямая радиация сильнее проникает в глубь посева и насаждения, если ориентация листьев близка к вертикальной, и меньше, если ориентация приближается к горизонтальной. При малой высоте Солнца пропускание радиации больше при горизонтальном распределении листьев. В садоводстве с целью оптимизации радиационных режимов создают типы крон (пальметты, веретено и так далее), способствующие с максимальным эффектом использовать энергию Солнца, что не только повышает урожай, но и улучшает качество плодов и ягод. В тепличном овощеводстве для повышения количества используемой солнечной энергии широко используются различные установки и приспособления, направляющие отраженный солнечный свет на растения. К таким установкам и приспособлениям относятся: покрытие несущих конструкций, ферм, технологического оборудования белыми светоотражающими красками, установка специальных светоотражающих экранов из листовых материалов, покрытых светоотражающим зеркальным покрытием и другие.
Садоводы-любители для повышения КПД своих посевов, посадок и насаждений за счет лучшей их освещенности должны шире использовать различные приемы и для открытого, и для закрытого грунта, оптимизируя количество и схему размещения растений на единицу выращиваемой площади, их форму с помощью специального кронирования, подвязки и текущего ухода, и технические приемы, используя светоотражающие краски, пленку с зеркальным покрытием и другие. Но, используя для повышения КПД посевов, посадок и насаждений за счет лучшей их освещенности различные приемы, садоводы-любители не должны забывать, что при этом должна обеспечиваться и оптимальная теплообеспеченность самих растений и места их роста. Хорошо известно, что каждое растение для своего роста и развития требует за вегетационный период определенной суммы среднесуточных температур воздуха выше 10°С (сумма активных температур), создаваемых ближней инфракрасной радиацией. Теплолюбивые культуры для своего роста и развития требуют за вегетационный период уже определенную сумму температур воздуха выше 15°С. При снижении указанных сумм среднесуточных температур ниже определенных даже при оптимальной светообеспеченности растения не успевает закончить свой рост, у них не созревает урожай.
Отмечено, что растения, растущие вблизи южных стен и других массивных сооружений, в процессе своей жизнедеятельности получают дополнительное тепло и какую-то дополнительную освещенность от этих сооружений, что благоприятствует их росту. Подобные сооружения в малой степени отражают солнечные лучи, но в большей степени поглощают солнечную энергию, преобразуют ее в тепло, которое аккумулируется и излучается во вне в виде отмеченной выше ближней инфракрасной радиации. Количество отраженной и поглощенной солнечной энергии зависит от площади отражающей и поглощающей поверхности, ее окраски, теплоемкости и массы материала сооружения. Например, посадка растений у южных стен деревянного дома позволяет у нас повысить сумму среднесуточных температур выше 10°С на 150-200°С, что эквивалентно переносу места посадки растений в районе Екатеринбурга на широту Челябинска. А этой суммы активных температур, равной почти 2000°С, уже достаточно для вызревания сверхранних сортов винограда. Вот с этих двух позиций – создания растениям оптимальной ФАР и оптимальной ближней инфракрасной радиации – и должно рассматриваться влияние света на растения.
В заключение статьи хочу рассказать, из какого материала следует делать в теплице ее северную стену или стену отепляющего сооружения на свежем воздухе, в какой цвет их выкрасить или какого цвета применить светоотражательные экраны. Правда, это уже относится к области технического строительства, но, я думаю, это полезно знать и использовать в своей практике многим садоводам-любителям.
Рассмотрим отражательную и поглотительную способность различных материалов. Каждый материал может иметь численные значения, характеризующие отражательную, пропускательную и поглощательную способность этого материала в определенном диапазоне температур и для определяемого участка электромагнитного спектра волн. Для большинства светопроницаемых твердых материалов пропускаемая энергия фактически равна нулю, поэтому будем рассматривать только коэффициенты отражения и поглощения. Лучистая энергия после поглощения превращается в тепло. Это тепло может быть передано дальше, передано обратно или излучено в виде ближнего инфракрасного излучения (длинноволновая радиация) из материала. Коэффициент излучения материала является численным показателем способности этого материала испускать длинноволновое излучение. Коэффициент излучения представляет собой отношение излучаемой мощности материала к излучаемой мощности абсолютно черного тела. Коэффициент коротковолнового поглощения указывает на поглотительную и отражательную способность материала. Численные значения указанных коэффициентов показаны в таблице 1, взятой из одного технического справочника. Из рассмотрения данной таблицы видно, из какого материала надо строить северную стену теплицы или отеплительную стену на открытом воздухе и какое сделать для них покрытие, чтобы получать максимальную отражательную способность этих стен. Аналогично, из какого материала надо строить эти стены, и какое сделать для них покрытие, чтобы получить максимальное поглощение коротковолновой радиации и максимальное излучение длинноволновой.
В.Н. Шаламов