Эффективность взаимодействия ценоза и светового потока
Для снижения энергоёмкости хозяйственно-полезного урожая большое значение имеет степень перехвата светового потока ценозом, своеобразный КПД процесса светораспределения в ценозе растений. Для описания процесса предлагается экспоненциальная математическая модель связи индекса листовой поверхности (ИЛП) или Leaf Area index (LAI) и коэффициента перехвата светового потока (Light Interception Efficiency, LIE):
КПД = 1 — e(-kLAI)
Коэффициент к зависит от количества листьев и угла их наклона, плотности посадки растений, т.е. характеризует архитектуру ценоза; для листового салата можно принять к = 0,8.
Конретная светокультура определяет архитектуру ценоза (к) и ИЛП для конкретного вида и сорта растений существенно зависит от такого технологического параметра, как плотность посадки растений. Как сильно влияет плотность посадки растений? Исследования показывают, что целесообразно оптимизировать ИЛП для достижения минимальной энергоёмкости хозяйственно-полезного урожая.
Ниже приведены в качестве примера результаты выращивания базилика сорта Генова в условиях искусственного освещения облучательными приборами на основе светодиодов без участия солнечного света. Растения выращивались в условиях «Сити-фермы». Система питания растений на установке — гидропоника проточного (циркуляционного) типа.
Условия проведения экспериментальных работ
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Светокультура | Базилик сорта Генова |
| Плотность посева семян, см²/ед. | 50 |
| Период выращивания рассады, дней | 10 |
| Облучённость рассады, Вт/м² / мкмоль/м²·с | 28 / 140 |
| Дневная доза облучения рассады (DLI), МДж/м² | 1,6 |
| Плотность посадки рассады, см²/ед. | 300 / 120 |
| Период выращивания до сбора урожая, дней | 25 |
| Облучённость растений, Вт/м² / мкмоль/м²·с | 50 / 250 |
| Дневная доза облучения растений (DLI), МДж/м² | 2,9 |
| Параметры рабочего раствора | pH = 6,0 - 6,5 / EC = 1,5...2,0 |
| Температура воздуха, °C | 22 - 24 (днём) / 18 - 20 (ночью) |
| Влажность воздуха, % | 60 - 80 |
| Концентрация углекислого газа, ppm | 400 ± 50 |
Данные по выращиванию Базилика
| Параметр | Плотность выращивания растений, см²/ед. | |
|---|---|---|
| 120 | 300 | |
| Продуктивность (сырая биомасса) кг/м² | 3,2 | 2,0 |
| Расход ФАР, МДж/кг | 27,4 | 36,0 |
| Энергоёмкость биомассы, кВт·ч/кг | 20,4 | 27,0 |
С увеличением плотности посадки растений выход сырой биомассы увеличивается, расход ФАР на образование биомассы и её энергоёмкость снижаются.
Высаживая растения более плотно можно выйти на уровень энергоёмкости 20 кВт*ч/кг сырой биомассы, при продуктивности 3 кг/м2, который можно рекомендовать для проектирования «Сити-фермы». Однако этот показатель также значительно зависит от сорта базилика.
Производилось выращивание базилика сорта Генова и сорта Опал на производственной стеллажной линии при различном светораспределении светового потока светильников в пространстве: доля вертикальных лучей по отношению к поверхности земли была снижена на 1/3, а горизонтальных (параллельных поверхности земли) лучей увеличена соответственно на 1/3. В результате снизилась горизонтальная облучённость участка выращивания растений и увеличилась вертикальная облучённости, которая насыщает объём простанства светом, не будучи направленной непосредственно к растениям. Продолжительность вегетационного периода (периода выращивания от посева семян до уборки урожая) составила 35 дней (10 дней — выращивание в рассадном отделении с плотностью посева 50 см2/ед., 25 дня — выращивание на стеллажной линии). Горизонтальная облучённость участка выращивания в рассадном отделении составляла 28 Вт/м2 (140 мкмоль/м2*с). Использовали посевную плотность: 120 см2/ед.
Результаты выращивания базилика сорта Генова
| Параметр | Кривая выхода света светильников | |
|---|---|---|
| Косинусная | Широкая | |
| Горизонтальная энергетическая облучённость, Вт/м² | 40 | 33 |
| Горизонтальная фотонная облучённость, Вт/м² | 200 | 165 |
| Продуктивность (сырая биомасса), кг/м² | 3,2 | 3,1 |
| Расход ФАР, МДж/кг | 27,4 | 20,8 |
| Энергоёмкость биомассы, кВт·ч/кг | 20,4 | 17,7 |
Участие вертикальной облучённости (лучей, параллельных земле) во взаимодействии с фитоценозом базилика оказалось весьма заметное. При снижении горизонтальной облучённости на 18%, продуктивность оказалась одинаковой, расход ФАР снизился на 24%, а энергоёмкость биомассы снизилась на 13%. Оказалось, что архитектура фитоценоза растений требует оптимизации светораспределения светового потока в пространстве для минимизации энергоёмкости хозяйственно-полезного урожая.
Результаты выращивания базилика сорта Опал
| Параметр | Кривая выхода света светильников | |
|---|---|---|
| Косинусная | Широкая | |
| Горизонтальная энергетическая облучённость, Вт/м² | 40 | 33 |
| Горизонтальная фотонная облучённость, Вт/м² | 200 | 165 |
| Продуктивность (сырая биомасса), кг/м² | 1,8 | 1,3 |
| Расход ФАР, МДж/кг | 64,3 | 61,9 |
| Энергоёмкость биомассы, кВт·ч/кг | 47,1 | 52,4 |
При снижении горизонтальной облучённости (дозы облучения) участка выращивания на 18% выход сырой биомассы базилика оказался ниже на 28%. При этом расход ФАР и энергоёмкость биомассы оказались практически на близком уровне. Отличие сорта Опал от сорта базилика Генова прежде всего в высоте растений. Большая плотность посадки растений и малый рост привели к тому, что с фитоценозом взаимодействовала только вертикальная составляющая светового потока.
Результаты по выращиванию «красного» базилика сорта Опал не совпали с результатами выращивания «зелёного» базилика сорта Генова. Необходимо принимать во внимание сорт растений. который определяет в том числе архитектуру и высоту фитоценоза.
Другие статьи
