Капельный полив для теплицы Синьор Помидор купить в Москве по цене 1800 руб. Автоматический, на солнечной батарее

Солнечный свет — важный фактор, который влияет на различные метаболические процессы, протекающие в растительном организме. Солнечные лучи, проходя через густую сеть листья, многократно отражаются, преломляются, поглощаются (рис. 3.3).

Различные составляющие солнечного спектра по-разному влияют на процессы роста и развития растений. В частности, инфракрасные лучи ускоряют процессы растяжения клеток, способствуют увеличению линейных размеров стебли, но, вместе с тем, подавляют процессы дифференциации клеток и формирования листьев. Лучи с короткой длиной волны (синие и фиолетовые) стимулируют процессы деления клеток, но задерживают прохождение фазы ее растяжения. Под влиянием красных лучей, наоборот, задерживаются процессы деления клеток и ускоряется фаза ее растяжения. Именно большим поглощением коротковолновой части спектра стеклом объясняется то, что при выращивании растений в оранжереях и теплицах, они вытягиваются в длину. При дополнительном освещены этих растений коротковолновыми лучами они перестают вытягиваться. Высоко в горах растения приобретают карликовых форм и размеров в результате своеобразных условий высокогорья, а именно, наличия большого количества коротковолновых лучей и воздействия пониженных температур. Кроме того, физиологическая радиация сине-фиолетовой части спектра активизирует образование белков, красно-оранжевой — углеводов. Кстати, спектральный состав солнечного излучения изменяется с изменением размещения Солнца над горизонтом. При низком размещении Солнца исчезают почти все фиолетовые и голубые лучи, но остается много красных. Это влияет на особенности протекания метаболических процессов у растений.

Рис. 3.3. Энергетический баланс листа

(По Μ. М Мусиенко, 2005)

Фотосинтетически (физиологически) активная радиация (ФАР) ограничивается длиной волны в 380 до 710 нм, но даже в этих пределах она используется не вся и не одинаково. Интересно, что в прямых солнечных лучах содержится лишь 35% ФАР, а в рассеянных — около 70%. Это связано с преобладанием в рассеянном свете желто-красных лучей (50 — 60%). Хлорофиллы «каротиноиды, антоцианы и другие растительные пигменты выборочно поглощают электромагнитные волны определенной длины, поэтому разные растения имеют разные спектральные характеристики поглощенной ФАР. Поглощенная хлоропластов солнечная радиация расходуется на процесс фотосинтеза. Спектры поглощения в разных групп хлорофиллов разные, что связано с особенностями строения этих химических веществ. Так, бактериохлорофилл а имеет спектр поглощения с максимумами 400, 600 и 700 нм, спектры поглощения хлорофилла а — 420 и 662 нм, а хлорофилла b — 455 и 644 нм. Кроме того, обнаружены формы хлорофиллов, которые поглощают свет с длиной волны 700, 710 и даже 720 нм. Несмотря на разнообразие спектров поглощения хлорофиллов, всегда четко выделяются два максимума поглощения — в области коротких и в области длинных волн.

Лесные фитоценозы способны задерживать значительное количество солнечного света. В некоторых из них деревья и кустарники задерживают до 90 — 95% лучей. В условиях лиственного леса, в котором отсутствует листья, относительная освещенность у земной поверхности может достигать 50 — 80 % от общей освещенности открытого места. Под сжиженным сосновым насаждениям этот показатель составляет 10 — 15%, под широколиственным в пределах 1 — 5%. В тропических лесах он колеблется от 25 до 2%. К наиболее густых насаждений умеренного климата относятся чистые насаждения ели европейской. Под навесом этих насаждений могут расти лишь единичные растения отдельных видов.

Через листья верхних ярусов к нижним поступают чаще всего зеленые и желтые лучи, а активные — красные и оранжевые — поглощаются. Поэтому растения, растущие у поверхности почвы, имеют различные анатомо-морфологические, физиологические и биохимические приспособления к условиям слабой освещенности. Специальные приспособления наблюдаются и у растений, растущих на открытых местах, в условиях интенсивной освещенности. По отношению к свету растения разделяются на «игры группы:

• светолюбивые (гелиофиты)

• теневыносливые (факультативные гелиофиты).

• тенелюбивое (сциофиты).

Светолюбивые и тенелюбивые растения имеют ряд четко выраженных характерных анатомо-морфологических признаков, обусловленных особенностями протекания метаболических процессов в условиях различной освещенности (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Характеристика светолюбивых и тенелюбивых растений

К светолюбивых (гелиофиты) можно отнести такие растения, как лиственница европейская ( Larix europaed), сосна обыкновенная ( Pinus sylvestris), береза повислая ( Betula pendula), одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale), различные виды злаков. Последние, как известно, интенсивно размножаются на сельскохозяйственных землях и на открытых участках после вырубки леса. Практически все растения степи — это гелиофиты, скажем, известная всем ковыль (Stipa). К этой группе растений следует отнести и эфемероидов и эфемеров наших лесов — подснежник обыкновенный (Galantus nivalis), крупку весеннюю (Erophila verna), подснежника двулистную (Scilla bifolia) тому подобное. Эти растения растут в нижнем ярусе, но их развитие приходится на раннюю весну, еще до появления листьев.

Эфемеры (от греч. Ephemeros — однодневный, кратковременный) — однолетние травянистые растения с очень коротким, как правило, весенним вегетативным периодом.

Эфемероиды (от греч. Ephemerosda — однодневный, кратковременный) — многолетние травянистые растения, для которых характерна осенне зимне-весенняя вегетация. Цветут ранней весной, летом надземные побеги полностью отмирают, остаются только подземные побеги с почками.

Тенелюбивое (сциофиты) растения развиваются при недостаточном освещении и не переносят яркого света. К ним относят растения нижнего яруса фитоценозов, а также растения пещер, скал, водных глубин и тому подобное. К тенелюбивым принадлежат много сциофиты встречается в напочвенном покрове хвойных и широколиственных лесов. Это Весновка двулистная (Majanthemum bifolium), вороний глаз (Paris), плющ (Hedera) и др.

В теневыносливых растений, в зависимости от условий произрастания, проявляются черты присущи как гелиофиты, так и сциофиты. Даже в разных частях одного растения (в зависимости от того находится эта часть на свете или в тени) могут проявляться признаки присущие различным экологическим группам по отношению к свету. Примером такого растения является бук (Fagus). Следует также отметить, что теневыносливые растения имеют специфические приспособления, направленные на адаптацию к недостаточного освещения. Они способны очень быстро использовать солнечную радиацию в те небольшие промежутки времени, когда она непосредственно поступает в листа. Так, например, лестница клена сахарного (Azer saccharinum) и ясеня (Fraxinus), появляющиеся под пологом леса, способные при освещении быстро открывать устьица и медленно их закрывать.

Четкая определенность свитлолюбности и тиньолюбности свойственна, собственно, только видам имеющих узкое приспособление к свету (стенотопам).

Стено- (от греч. Stenos — узкий, тесный) — часть сложных слов, означающая: узкий, ограниченный, мелкий, бедный, слабый.

Стенобионты (стенотопы) — живые организмы, которые могут жить только в определенных условиях среды, при незначительных колебаний освещения, температуры, влажности, давления, солености, кислотности и тому подобное.

Таблица 3.3.

Влияние интенсивности солнечного облучения на анатомическую структуру листа Raphanus sativus (редька посевная) (% от значения показателя для полного облучения)

(По И. А. Шульгиным, 1973)

Большинство растений приобретают тех или иных морфологических признаков в зависимости от уровня освещения. Опыты, проведенные с светолюбивыми растениями, которые растут на открытых площадях, показали, что уменьшение интенсивности солнечного облучения приводит к изменениям анатомической структуры, влияет на оптический аппарат и оптические свойства листа (табл. 3.3, 3.4,3.5).

Таблица 3.4.

Влияние интенсивности солнечного облучения на оптический аппарат листа Raphanus sativus (редька посевная) (% от значения показателя для полного облучения)

(По И. А. Шульгиным, 1973)

В листьях редьки посевной при незначительном затенении (уменьшении освещения на 25%) почти на 40% уменьшается количество клеток, особенно за счет столбчатый паренхимы, но толщина листа изменяется значительно меньше. Это указывает на рост размеров клеток. Количество хлоропластов в клетках также уменьшается, но при этом увеличиваются их относительные размеры и содержание в них хлорофилла. Это является свидетельством адаптации растения к условиям неполного освещения. Уменьшение освещения вдвое приводит к аналогичному уменьшение количества клеток, рост в среднем на 50% размеров хлоропластов и уменьшение их количества почти на 60%. Снижение освещенности до 25% от исходного уровня приводит к уменьшению численности хлоропластов на 1 см2 поверхности листа на 70%.

Закономерным является то, что количество пластид в клетках столбчатый паренхимы уменьшается больше, чем в клетках губчатой паренхимы. Проявлением адаптации растений к затенение является рост содержания хлорофилла в хлоропластах более чем вдвое и увеличение размеров митохондрий почти в полтора раза. Отношение площади поверхности хлоропластов к площади поверхности листа сокращается почти на 60% по сравнению с полным облучением.

Таким образом, общей реакцией растений на уменьшение освещенности по сравнению с оптимальным, является уменьшение количества клеток и числа хлоропластов в клетках. Компенсацией таких негативных изменений со стороны фотосинтетического аппарата является рост содержания хлорофилла в отдельной пластид. Оно определяется в большей устойчивостью пигментной системы по сравнению с анатомической.

Таблица 3.5.

Влияние интенсивности солнечного облучения на оптические свойства листа Raphanus sativus (редька посевная) (% от значения показателя для полного облучения)

(По И. А. Шульгиниш, 1973)

Исследование зависимости концентрации хлорофилла по отношению к площади поверхности листа или на единицу его массы свидетельствуют, что при снижении освещенности листа содержание хлорофилла уменьшается (табл. 3.5). То есть, рост содержания хлорофилла в хлоропластах не компенсирует уменьшение пластид в клетках и уменьшение количества клеток в листе. Сравнение концентрации хлорофилла в различных по степени освещенности листьях растений разных видов указывает на то, что уменьшение концентрации хлорофилла в листьях — это закономерная адаптационная ответ растений на уровень солнечного облучения (рис. 3.5). Она свидетельствует о наличии природных механизмов, направленных на оптимизацию фотосинтеза.

Рис. 3.5. Количество хлорофилла в листьях различных видов растений в зависимости от освещения

(По И. А. Шульгиным, 1971)

Размах приспособительной способности к изменению интенсивности освещения у растений колеблется в широких пределах. Известный российский ученый Μ. К. Турский разработал шкалу, по которой разместил древесные породы по мере уменьшения их требовательности к солнечной радиации:

лиственница → береза сосна обыкновенная → осина (тополь дрожащий) → ива → дуб → десен → клен ольха серая → ильмовые (вяз) → сосна крымская → ольха черная → липа → граб → ель → бук → пихта.

Свет играет ведущую роль в формировании листьев — фотосинтезирующего аппарата растений. Так, для растений открытых мест произрастания в условиях высокой инсоляции характерно высокое содержание пигментов и ксероморфнисть листовой структуры. Последняя проявляется в следующих анатомо-морфологическим признакам листа:

• четко выраженная столбчатый ткань;

• утолщенные стенки эпидермиса;

• толстая листовая пластинка;

• мелкие размеры клеток.

Инсоляция (от лат. Insolo — выставляю на солнце) — облучение земной поверхности солнечной радиацией, которое зависит от высоты стояния Солнца над горизонтом, высоты местности над уровнем моря, ее экспозиции. Выражается в количестве солнечной радиации на единицу площади земной поверхности.

Ксероморфнисть (от греч. Xeros — сухой) — совокупность морфологических и анатомических признаков, характерных для растений засушливых условий роста.

В то же время, в регионах с меньшей инсоляцией отмечается мезоморфный тип структуры листа:

• тонкая листовая пластинка с относительно слаборазвитой столбчатой тканью;

• большие размеры клеток;

• небольшое количество пластид и содержания пигментов на единицу поверхности листа.

Мезоморфнисть (от греч. Mesos — средний, промежуточный) — совокупность морфологических и анатомических признаков, характерных для растений, занимающих промежуточное положение между засушливыми и переувлажненными условиями роста.

Подтверждением этих закономерностей результаты определения содержания хлорофилла в 760 видов растений, произрастающих в различных физико-географических зонах (рис. 3.6, табл. 3.6). Исследованиями установлено закономерное увеличение концентрации хлорофилла в листьях растений при переходе от зон с меньшей к зонам с большим инсоляцией. Так, у разных видов растений тундровой зоны Кольского полуострова (низкая инсоляция) листья имеют разное строение, но, независимо от вида, они характеризуются мезоморфнистю. С перемещением на юг наблюдается постепенная перестройка листового аппарата в направлении ксероморфные признаков. Четко эти признаки проявляются у растений степей, полупустынь и высокогорий. В сухих саваннах Западной Африки растения обычно имеют толстые (0,2 — 0,3 мм) листья с толстым, многослойным (5-10 слоев) мезофилла, высоким содержанием столбчатой ткани. В 80% растений этой зоны количество клеток нижней эпидермы варьирует от 1500 до 3000 и более клеток на 1 мм2. Растения характеризуются микрофильнистю (образование мелких листьев) и увеличением розсичености листовых пластинок.

Рис. 3.6. Количество хлорофилла в листьях растений разных широт

(за I . А. Шульгиным, 1973)

Впрочем, не бывает правил без исключений. В лесах умеренной зоны достаточно распространены такие растения как копытень европейский (Asarum еиrораеит), грушанки круглолистная (Pyrola rotundifolia ), брусника (Vaccinium vitis-idaea ), черника (Vaccinium myrtillus), голубику (Vaccinium ulignosum), толокнянка (Arctostaphylos uva-ursi) . Они относятся к теневыносливых растений но, в то же время, их листья имеют признаки, характерные для светолюбивых видов — толстые кожаные листовые пластинки, значительное количество пигментов (3-7 мг / дм 2). Считается, что эти виды происходят из субтропических районов и, наверное, в процессе своего дальнейшего расселения на север, сохранили отдельные признаки своих предков. В то же время, в процессе адаптации, они получили и черт, характерных для теневыносливых и тенелюбивых растений.

Таблица 3.6.

Распределение видов по количеству хлорофилла в листьях растений разных широт

(По И. А. Шульгиным, 1973)

Условия освещения существенно отличаются также в различных поясах горных систем. Поступления солнечной радиации на единицу поверхности в горах существенно выше, чем на равнинах. Кроме того, в горной местности интенсивность света на южных склонах больше, чем на северных. Увеличение освещенности на высоте объясняется уменьшением действия загрязненности воздуха. Снижение температуры воздуха с высотой компенсируется для растений увеличением инфракрасных лучей, которые поглощаются водой растений и нагревают листьев. Высокогорная растительность и растения альпийской флоры подвержены влиянию значительных уровней солнечной радиации и, в первую очередь, значительно больших доз ультрафиолетового облучения различной длины. В результате у них выработались специфические физиологические и морфологические приспособления к росту в таких условиях. Известно, что ультрафиолетовая радиация избирательно поглощается растительными пигментами, нуклеиновыми кислотами, белками и другими соединениями. Это влечет за собой определенные цитоморфологические, физиологические и биохимические изменения у растений (табл. 3.7). В то же время установлено, что под действием ультрафиолетового облучения усиливается прорастания семян, улучшаются их характеристики. Растения, развивающиеся из таких семян, лучше растут.

Как известно, одной из важнейших функций зеленых растений является транспирация.

Транспирация (от лат. Trans — через, spiro — дышу, выдыхаю) — физиологическое испарение воды растениями, которое обеспечивает непрерывный поток воды от корней к листьям, объединяя все органы растения в единое целое.

Таблица 3. 7.

Сравнительная чувствительность клеточных структур эпидермиса лука к действию ультрафиолетовой радиации

(По А. П. Дубовым, 1963)

Интенсивность света влияет на интенсивность транспирации, синтез хлорофилла, обмен веществ, раскрытие устьиц, и тем самым, на рост, размеры и строение листьев и побегов. Транспирация наиболее активно проходит под воздействием лучей всего видимого спектра.

Одним из основных факторов формирования теплового режима в гелиотеплице является солнечная радиация [37,36,39,40,41,48,67].

При выращивании дынного дерева остро ставилась задача уменьшения поступления солнечной радиации в теплицу летом и увеличения поступления ее зимой [9,23,84,99].

Исследования теплицы проводились в течение нескольких лет и в течение круглый год в нескольких вариантах:

• — в теплице отсутствовала растительность и не производился полив;
• — теплица с растениями, в стадии полива и без полива;
• — теплица с затенением и без затенения, с проветриванием и без вентиляции (летний период года );
• — теплица с отоплением и без отопления (зимний период года).

Проводился сравнительный анализ экспериментальных данных,

полученных в секциях А и Б траншейной теплицы, а так же в комбинированной гелиотеплице с использованием тепловых отходов производственного цеха.

Прямую солнечную радиацию измеряли актинометром, освещенность люксметром.

Рис.3.2. Солнечная теплица с комбинированием солнечной энергии и тепловых отходов.

На рисунке 3.3 изображены кривые ход прямой солнечной радиации летом, проникающей в теплицу, когда теплица была без затеняющего экрана и растительного покрова.

Как видно, поступление солнечной радиации зависит от ориентации теплицы; на западную сторону, то есть в секцию А траншейной теплицы, прямая солнечная радиация попадает в 6 часов, т.е. на 1 час раньше, а уменьшение поступления происходит на 2 часа позже. Это происходит за счет затенения от боковых стен траншеи.

На рисунке 3.4 представлен ход прямой солнечной радиации в летнее время при затенении секции А. В этом случае затеняющий экран поглощает 94 % всей радиации.

Нами изучался режим освещенности теплицы. В траншейной теплице она измерялась в центре на высоте — 20, 188 см от пола, в двух ориентация, в секции А (восток — запад) и секции Б (север-юг), в гелиотеплице с использованием тепловых отходов цеха, которую в дальнейшем будем называть комбинированной теплицей, люксметр размешался под дынными деревьями.

Как показали опыты, освещенность в теплице носит неравномерный характер за счет затенения рам, растений. Поэтому при построении кривых принималось среднее значение освещенности.

На рисунке 3.5 представлено изменение освещенности в теплице в зависимости от времени, в ясный летний день вне теплицы и внутри теплицы, в зависимости от высоты и ориентации, в тот момент, когда в теплице не было растительности, затеняющего экрана. Попадание солнечных лучей в траншее на высоте 20 см (1 — 3) в секциях А и Б в утренние часы ниже, чем на высоте 1.88 см (2 — 4).

Затенение происходит за счет боковых стен траншеи. Прямого попадания солнечных лучей в секции А больше, чем с секции Б

(кривые 1-2иЗ-4).

Как уже говорилось выше, для защиты растения от перегревов в летний период года применяли затеняющее устройство из мешковины.

На рисунке 3.6 приведена зависимость освещенности от времени в летний ясный день, когда было установлено затеняющее устройство в секции А. Естественно, в секции А проникновение солнечных лучей упало на 60 % по сравнению с освещенностью в секции Б.

На рисунке 3.7 представлено изменение освещенности в зависимости от времени, когда секции А и Б теплицы были затенены. Наблюдения показывают, что затеняющее устройство из мешковины понижает освещенность в теплице на 70 — 90 %.

Рис.3.3. Распределения солнечной радиации по времени в летний день, секция А и Б без затенения: ? -значения наружной радиации; А — значение радиации в секции А; 0 — значение в секции Б.

Рис.3.4. Распределения солнечной радиации по времени в летний день, секция А и Б без затенения: ? -значения наружной радиации; А — значение радиации в секции Б; 0 — значение в секции А.

Рис.3.5. Распределение освещенности по высоте в течение летнего дня в секции А (1,3), Б (2, 4) и 0 — наружного воздуха.

Рис.3.6. Распределение освещенности по высоте в течение летнего дня в секции А (1, 3), Б (2, 4) и 0 — наружного воздуха. Секция А затенена.

Рис.3.7. Распределение освещенности по высоте в течение летнего дня в секции А (1, 3), Б (2, 4) и 0 — наружного воздуха. Секция А и Б затенены.

Рис.3.8. Распределение освещенности по высоте в течение зимнего солнечного дня в секции А (1, 3), Б (2, 4) и 0 — наружного воздуха.

На рисунке 3.8 представлено изменение освещенности в зависимости от времени в ясный зимний день, когда теплица была засажена дынными деревьями и затенение теплицы не применялось. Секция Б была побелена известью, поэтому показание люксметров 1 и 2 выше, чем показание люксметров 3 и 4; в секции Б теплицы освещенность с 10 до 15 часов повышается. Это нашло свое отражение на графике ( пунктирная линия).

На рисунке 3.9 представлено изменение освещенности в зависимости от времени в зимний пасмурный день, когда снаружи теплицы находился снег.

Рис. 3.9. Распределение освещенности по высоте в течение зимнего пасмурного дня в секции А (1,3), Б (2, 4) и 0 — наружного воздуха.

На рисунке 3.10 представлено изменение освещенности в зависимости от времени в зимний день в комбинированной теплице.

С помощью балансомера ДБМ — 1, измерялся радиационный баланс подстилающей поверхности почвы. Под радиационным балансом подразумевается разность между приходом и расходом лучистой энергии на единицу поверхности в единицу времени.

Радиационный баланс выражается формулой:

где S — прямая коротковолновая солнечная радиация; D — рассеяная коротковолновая солнечная радиация; А — отраженная коротковолновая радиация; Е_э — эффективное излучение деятельной поверхности.

На рисунке 3.10 (а) представлен радиационный баланс в течение суток в характерный малооблачный зимний день. Как видно, радиация с восходом солнца в 9 часов поднимается и доходит до максимума 142 Вт/м² в 14 часов и снижается с заходом солнца в 17 часов, затем были включены осветительные приборы. Балансомер находился на высоте 1.5 метров под дынными деревьями.

Из результатов эксперимента следует рекомендовать для устранения перегревов в летний период года использование затеняющего устройства на стеклянном ограждении сооружения. Пленочное ограждение следует снимать.

Теперь рассмотрим, как изменяется температура воздуха, почвы, стен, влажность воздуха по сезонам года, в зависимости от климатических факторов, ориентации сооружения и особенностей конструкции.