Круглогодичное обеспечение населения свежими овощами и зелённой продукцией является важной социально-экономической задачей. Её решение возможно путём развития современного агропромышленного производства на базе защищённого грунта.
На мировом рынке доля всей тепличной продукции ежегодно увеличивается на 10%. В последнее время наблюдается также значительное ускорение темпов развития отечественного тепличного сектора. По данным министерства сельского хоз-ва РФ, площадь зимних теплиц в России к началу 2015 года достигла 2,9 тыс. га, а средняя урожайность валового производства овощей защищённого грунта составила 24 кг/м². Для повышения эффективности производства защищённого грунта, продуктивности и качества урожая особое значение имеют вопросы оптимизации светового режима овощных культур. Наиболее остро эта проблема стоит перед тепличными хозяйствами, расположенными в северных регионах Российской Федерации, где в осенне-зимний период приход естественной фотосинтетически активной длины волны спектра солнечного света крайне мал. Правильный выбор режима досвечивания с учётом биологических потребностей растений является ключевым элементом интенсификации технологии светокультуры, получения качественной растительной продукции, устранение дефицита производства полноценной экологически безопасной продукции. Вместе с тем, максимальное удовлетворение потребности растений в лучистой энергии, что способствует повышению урожайности, может привезти к удорожанию продукции и потере рентабельности. В этом смысле актуальным остаётся известный афоризм знаменитого отечественного овощевода В.И. Эдельштейна: «Агротехника без биологии слепа, без механизации мертва, но всё решает неумолимая экономика». Как известно, значительная доля затрат (30-40%) при производстве овощной продукции, особенно в зимнее время, приходится на оплату электроэнергии для обеспечения растений светом. Поэтому тепличные комплексы нуждаются в оснащении современными и экономичными системами досвечивания, без чего практически невозможно получение товарной продукции.
Ещё недавно в производственных теплицах использовали преимущественно осветительные системы на базе натриевых ртутных ламп с максимумами излучения в области спектра 550-600 и 450нм. Сегодня всё больший интерес проявляется к внедрению систем, выполненных на основе светоизлучающих диодов, обладающих огромным потенциалом в качестве дополнительного или единственного источника освещения. Для выращивания салатно-зелёных культур хорошо подходят светодиодные фитосветильники с комбинацией красных и синих светодиодов с составляющей долей излучения в красной части спектра 65-95%, а в синей остальные 5-35%. Использование в растениеводстве светодиодных фитосветильников с высоким уровнем светопропускания и разного спектрального состава выявило разнообразную и не всегда однозначную реакцию видов и сортов растений на узкополосное облучение. Светодиоды могут модулировать рост, развитие и морфогенез растений, влияют на структуру и активность фотосинтетического аппарата, общий метаболизм, накопление и состав биомассы. Салат - широко распространённая и любимая населением России овощная культура. В настоящее время различные виды салата культивируются на всех континентах. По данным FAOSTAT мировое производство салата составляет 25 млн.т. в год, а посевы салата занимают площадь свыше 1 млн.га. Лидером по производству салата является Китай (54% от мирового объёма производства) в США сосредоточено 16% мирового производства, а в Западной Европе – около 12%. Ранее на основе многолетних наблюдений, учёта урожая и опытов с разными режимами освещения были определены оптимальные параметры досвечивания листового салата натриевыми лампами высокого давления (ДНаЗ, ДНаТ) обеспечивающими получение товарной продукции в разные сезоны года.
Целью нашей компании было исследовать возможность использования осветительной системы на основе светодиодных фитосветильников для культивирования листового салата в зимнем обороте. Опыты мы проводили в производственной теплице в ООО «Пригородный» в г.Сыктывкаре в ноябре-январе. Данный регион относится к первой световой зоне и здесь в декабре продолжительность светового дня не превышает 6 ч. Растения салата выращивали конвейерным способом на проточной линии в горшках с известкованным торфом при температуре воздуха 18-22°С и относительной влажностью воздуха 55-60%. Нашей компанией были предоставлены светодиодные фитосветильники UniversaLED BIO-112-185W-D120 мощностью 185Вт. в количестве 20 шт. Фитосветильники были установлены на высоте 1,5м над столами для выращивания растений на площади 64м². Светодиодные фитосветильники данного типа включают комплекс светоизлучательных диодов и характеризуются узкополосным спектром с выделенными пиками излучения при 445, 633, 668 и 739 нм. Величина соотношения интенсивности излучения в красной и синей области спектра равнялась 3/4. Это примерно вдвое больше, чем у использованных в тепличных хозяйствах натриевых ламп высокого давления типа ДНаТ, ДНаЗ. Светодиодные фитосветильники включались автоматически в 5 часов утра, продолжительность досвечивания составляла 16 часов. Освещённость растений в разные часы суток определяли с помощью квантового датчика и регистрирующей системы. В течении оборота контролировали рост и развитие растений, накопление биомассы. В конце оборота перед уборкой урожая отбирали образцы растений для определения химического состава биомассы. Одним из решающих факторов, влияющих на урожай в условиях защищённого грунта, является световой режим. На практике уровень падающей фар для культивирования зелёных культур, в том числе и салата, составляет не менее 200-300 мк.моль/м²с, а величины около 70 мк.моль/м²с считаются низкоинтенсивными. Повышение интенсивности потока ФАР от источников освещения разного типа увеличивает урожай салата до 5 кг/м² и более. В нашем опыте интенсивность ФАР на уровне растений в декабре составляла 80-90 мк.моль квантов/м²с. Расположение фитосветильников обеспечивало равномерное распределение света над поверхностью ценоза. Об этом свидетельствует величина коэффициента вариации, которая не превышала 20%. В декабре за оборот растения под светодиодными фитосветильниками получали 240 моль квантов/м², что эквивалентно 54 мДж/м² световой энергии, что было достаточно для подержания необходимых темпов роста и формирования урожая салата только в первой половине цикла выращивания, во второй половине оборота темпы роста растений были снижены. Урожай растений салата составил 2,3 кг/м². В январе с увеличением инсоляции, в полуденные солнечные часы освещение могло достигать 120-130 мк.моль квантов/м²с ФАР, что привело к нормализации скорости роста и улучшению качества урожая салата. Сформированные ценозы салата имели листовой индекс около 6 м²/м². Такая площадь листьев способна перехватывать 90-95% падающего света. Листовые пластинки салата имели нормальную форму, плотность и размеры. Надземная масса свежесобранного салата в каждой в поступающей в продажу упаковки составила в среднем около 70г. Доля корневой системы не превышала 5% от надземной части. Урожай растений салата составил 2,4 кг/м². Качество и биологическую ценность произведённой салатной продукции оценивали по накоплению органических веществ и минеральных элементов. Важной характеристикой овощной продукции является содержание в ней нитратов. Согласно нормативам допускается содержание нитратов в количестве 4500 мг/кг в свежем салате, культивируемом в защищённом грунте. Содержание нитратов в биомассе растений, выращенных под светодиодными фитосветильниками, не превышала ПДК и составляла 360мг/100г сырой массы, что на 20% ниже ПДК.
Эксперименты показали возможность получения товарной продукции салата в зимнее время при выращивании под светодиодными фитосветильниками, урожайность салатной линии была в 1,5-2 раза выше чем урожайность в хозяйстве по стандартной технологии с натриевыми лампами высокого давления. Количество фенольных соединений в листьях растений, освещаемых светодиодами, увеличивалось на 30%. Энергопотребление от 20 светодиодных фитосветильников «UniversaLED» на 1 м² в обороте составило 0,062 кВт/час. За 16 часов освещения фитосветильниками растений на площади 64 м² было израсходовано около 63кВт. электроэнергии на сумму всего 310 рублей. Энергопотребление фитосветильников с натриевыми лампами ДНаЗ-600Вт. с электронными ЭПРА на 1 м² составило 0.118 кВт/час и за 16 часов освещения растений на площади 64м² было израсходовано около 120кВт. электроэнергии на сумму 590 рублей. В итоге получилось, что в расчёте на единицу площади освещаемой поверхности энергопотребление ламп ДНаЗ-600 было в 2 раза выше, чем у светодиодных фитосветильников «UniversaLED».
Итак, результаты опытов показали возможность получения продукции салатной линии в первой световой зоне РФ в ноябре-декабре при использовании в качестве светодиодных фитосветильников «UniversaLED». Для получения урожая приемлемого количества и качества необходимо, чтобы приход ФАР к растениям за оборот был не ниже 80 МДж/м². Это можно обеспечить за счёт увеличения продолжительности досвечивания в течении суток вплоть до круглосуточного. Энергозатраты при 24 часовом режиме досветки светодиодными фитосветильниками составляет 7,3 руб/м², что на 20% ниже по сравнению с 16-часовым освещением натриевыми лампами. Повысить интенсивность падающей ФАР до 150 моль квантов/м² можно за счёт увеличения плотности установки светильников и уменьшения высоты их подвеса. Такого же результата позволит добиться сочетание обоих вариантов – увеличение продолжительности досвечивания растений до 20ч. в сутки и подвес светильников на высоте около 1 м. над ценозом. Расчёты показали, что при дифференцированном учёте электроэнергии в течении суток с более низким тарифом в ночной период увеличение продолжительности досвечивания наиболее рентабельно.