Искусственное освещение для промышленных теплиц и сити‑ферм
Местоположение
Продукция
Общая площадь выращивания
Удельная мощность
Использование искусственного освещения влияет на все физиологические процессы в растении. Наибольшей проблемой для растения является дополнительное тепло, производимое лампами, и перемена режимов дня и ночи. Всё это требует уточнения методики выращивания.
Сроки выращивания и продолжительность культурооборотов определяется динамикой рыночных цен на производимые овощи и стоимостью энергозатрат.
Интенсивность искусственного освещения определяются условиями естественного освещения и планом выращивания, который предусматривает сроки и объёмы выхода продукции.
Мощность системы искусственного освещения теплицы зависит от условий естественной освещённости, от широты расположения теплицы. Искусственное освещение рекомендуется включать при интенсивности солнечной радиации на открытой местности ниже уровня 300 — 350 Вт/м2, измеряемого метеостанцией тепличного предприятия. (Около 50% солнечной радиации составляет излучение в диапазоне длин волн 380 — 780 нм, называемое фотоситетической активной радиацией — ФАР или в узком смысле слова — светом. Светопропускание стекляной теплицы при хорошем техническом обслуживание составляет примерно 70%. Таким образом, энергетическая облучённость или интенсивность ФАР внутри теплицы составит в этом случае 100 — 120 Вт/м2.)
Рекомендации по приходу внутри теплицы ФАР для томатов: В день для поддержания жизни растения томата необходимо 1 МДж/м2 или 5 моль/м2. Для развития каждой кисти еще дополнительно по 0,4 … 0,85 МДж/м2 или 2 … 4 моль/м2 Количество необходимого света зависит от типа томата (крупноплодный, кистевой, коктейльный или томат черри), от плотности посадки растений и плодовой нагрузки на 1 м2 площади. При этом для создания резерва молодые растения с одной кистью должны получать до 3 МДж/м2 в день. Таким образом, при формировании агрофитоценоза томата, имеющего 8 – 9 кистей на стебле, потребность в ФАР составляет до 8,5 МДж/м2 или до 40 моль/м2.
Максимальная продолжительность дня для томатов не должна превышать 18 часов, а продолжительность ночи должна быть не менее 6 часов. Необходимо помнить, что цветки после включения искусственного освещения открываются на 12 часов, поэтому нужно так подбирать время включения освещения, чтобы растения были активны в период естественного дня. При этом шмели могут летать, если есть приход ультрафиолета в теплицу от солнца, а микроклимат в теплице должен быть оптимальным для них и нормального опыления, завязывания плодов на растениях (цветки открыты, температура воздуха не ниже 19 — 210С, влажность не выше 70 — 75%).
ВАЖНО! Повышение температуры воздуха в теплице на 10С приводит к снижению относительной влажности воздуха на 5%
Включение и выключение искусственного освещения рекомендуется производить постепенно, в течение 0,5 — 1,0 часа в зависимости от того, как это технически возможно.
Чем глубже свет проникает в ценоз, тем выше урожайность культуры. Всё больше овощеводов получают такие же или более хорошие результаты при расстоянии между лотками 2,0 между (по сравнению с 1,6 м). Особенно важно такое размещение между лотками в теплицах 5-го поколения (UltraClima). Более редкое расположение лотков даёт дополнительные преимущества в материалах, создаваемом микроклимате и трудозатрататах. А при выращивании крупноплодных томатов (вес плодов более 150 г) это оправдано и высока вероятность хороших результатов. При выращивании мелкоплодных сортов (особенно черри-томатов с весом плода менее 20 г) расстояние 2,0 м между лотками может быть проблемой и привести к снижению урожайности. Плотность культуры черри томатов иногда доходит до 4,5 — 4,75 ед./м2, что при выращивании по системе 2,0 м между лотками приведёт к очень близкому расположению головок (точек роста) в ряду и снизит эффективное использование света, ухудшит микроклимат в ценозе.
Индекс площади листовой поверхности 1 ИПЛ = 1 м2 поверхности листьев / 1 м2 площади теплицы. Для томатов ИПЛ = 1 соответствует в среднем 16 листьям (12 листьев для томатов биф, 20 листьев для черри). Оптимальный ИПЛ обеспечивает наиболее полное улавливание светового потока, наибольший суммарный фотосинтез и более эффективное охлаждение (транспирирующую поверхность). Определённый ИПЛ нужен для определённого прихода солнечного света в течение сезона. При расчёте ИПЛ следует иметь ввиду, что крупноплодные гибриды имеют более крупные листья, а ИПЛ = 1 создают уже 12 — 16 листьев, а мелкоплодные сорта (коктейль, черри) имеют некрупные листовые пластики и для получения ИПЛ =1 требуется 16 — 20 листьев. Также на размер листа влияет и создаваемы микроклимат: в тёплые ночи (летом и осенью) формируются более крупные листья.
| Дневная доза ФАР в теплице, МДж/м² | Индекс площади листовой поверхности (ИПЛ) | Количество листьев, шт./м² |
|---|---|---|
| 1,75 - 3,50 | 2,0 - 2,5 | 32 - 40 |
| 3,50 - 5,25 | 2,5 - 3,5 | 40 - 56 |
| 5,25 - 8,75 | 3,5 - 4,5 | 56 - 72 |
Слишком высокий ИПЛ — это плохое проникновение света, потребление сахаров, больше образование сахаров, слишком вегетативные растения: крупные длинные листья и мелкие плоды, высокая влажность. А снижение влажности стоит дорого — слишком большое количество энергии и слишком высокие трудозатраты.
Слишком низкий ИПЛ — это сильное проникновение света, отсутствие достаточной охлаждающей поверхности (летом), слишком много света попадает на кожицу плодов, следствие — низкое качество плодов, микротрещины, грубая кожица плодов, трещины — слишком высокая температура плодов, проблемы с окрашиванием (зелёные / жёлтые плечи).
Зимой при малой сумме света требуется более открытая культура. Летом растениям нужна их охлаждающая способность (транспирация — охлажение) и ассимилиционная способность — наиболее густой ценоз. Осенью предпочтительно открытая, более генеративная культура. Генеративность очень важна для получения плодов высокого качества.
Удаление мелких листьев в верхушках растений можно рассматривать как предупреждающее воздействие для управления ИПЛ, особенно зимой, ранней весной и осенью. Удаление листьев даёт более сильные кисти и цветки, крупные плоды, меньшее поражение грибными болезнями, меньшее проявление на плодах симптомов поражения вирусом мозаики пепино.
Если удалять полностью выросший лист в середине растения, то будет сокращаться ассимилирующая поверхность и количество образующихся сахаров. При этом возрастает трудоёмкость по удалению и вывозу листа из теплицы, что в итоге приводит к увеличению себестоимости продукции.
Если удалять молодой (1 из 3) лист в верхушке растения (над цветущей кистью), то будет сокращаться потребление ассимилянтов (на его рост), а доля поступающих сахаров к плодам увеличится.
Таким образом, удаление мелких листьев является предупредительной мерой для снижения ИПЛ, а удаление крупных листьев проводят для его дальнейшей корректировки — генеративное действие. Обычно рекомендуется убирать лист из макушки растения, начиная со второй кисти и далее. Прекращать удаление маленького листа нужно на увеличивающемся дне из расчёта потребности света, учитывая зональность хозяйства (начиная с конца марта в южных световых зонах и оканчивая серединой апреля в более северных зонах). Нужны еженедельные данные по свету (по суточному приходу ФАР к растениям) на протяжении всего года. Приход света зависит от многих факторов: местоположение хозяйства, ориентация теплицы (север — юг, запад — восток), облачности, чистоты кровли, типа стекла и т.д.
Искусственное освещение приводит к повышению температуры в теплице на 5 — 80С. Это повышение температуры не будет проблемой, пока его можно компенсировать понижением температуры в утренние часы или предночной температурой . Когда искусственный свет выключают,температур может с лёгкостью упасть на 5 — 80С. Хорошо получается вентилировать под штору. Проблем не возникает до тех пор, пока форточки больше нельзя открывать из-за мороза. Благодаря очень высокому содержанию влаги в воздухе теплицы, культура может стать полностью вегетативной очень быстро, буквально за одну ночь. Поэтому иногда задают ограничение на проветривание до — 80С.
Если ростовая труба применяется для поддержания общей температуры в теплице, то вначале сезона её располагают на расстоянии 2 м от макушек, и и температура в ней может достигать 90 — 950С. Однако её всё-таки лучше применять для оптимизации микроклимата около растения — опустить на высоту наливающейся кисти:
Важно помнить. Высокая температура труб рядом с растениями ослабляет растения и кисть. В период, когда кисть находится в непосредственной близости от трубы, температура трубы не должна быть больше 450С, иначе образуются слабые кисти, что может проявится позже в опадении плодов. Когда растение перерастает этот ярус, оно сможет выдерживать без потребность в урожае до 750С. Несмотря на повышенную температуру в теплице из-за искусственного освещения всё равно необходимо включать ростовую трубу. Рекомендуется задавать температуру ростовой трубы 38 — 600С. В действительности это не обязательно для транспирации. Светильники искусственного освещения испускают высушивающее тепло, которое приводит к тому, что дефицит влажности быстро возрастает, что способствует транспирации. Используя ростовую трубу направляют ассимилянты к плодам, и они быстрее созревают; предотвращают появление конденсата на плодах и в нижней части растения.
Основное значение имеет среднесуточная температура. Это светозависимая величина. Она также зависит от количества цветущих и плодоносящих кистей на растении. Температура в разное время суток по разному влияет на развитие и форму растения. Очень важным элементом в технологии при поддержании температурного режима в теплице является стратегия нагрева — охлаждения растений (заданные параметры климата в теплице в зависимости от состояния и стадии развития растений), поддержание заданных температур и влажности для создания оптимальных условий роста и развития растений, цветения, опыления цветков и роста плодов, их созревания. Например, в Нидерландах производители используют при светокультуре несколько основных температурных периода:
При включённом искусственном свете и тёплой погоде тяжело снизить среднесуточную температуру в теплице. В этом случае производитель выбирает, что важнее для культуры, и, либо выключает освещение, либо делает длиннее период предночной температуры.
Слишком холодно — междоузлия короче (меньший рост клеток), листья короче, слишком сильные верхушки, слишком сильные цветки («кошачья морда»), проблемы с опылением (низкое качество цветков), риск конденсации.
Слишком тепло — удлинённые междоузлия, слабые верхушки и цветки, длинные оси кистей, листья короче при низкой влажности и длиннее при высокой влажности. Перед восходом солнца в теплице высокий расход тепловой энергии (самые низкие наружные температуры) и нет солнечного света, поэтому растения нужно хорошо обогревать. Очень важна стратегия применения энергосберегающего экрана.
Слишком холодно — хлороз (слишком низкое испарение, отсюда слабое усвоение элементов питания), короче при междоузлия, слишком сильные цветки, проблемы с опылением (высвобождение пыльцы), слишком высокая влажность.
Слишком тепло при высокой влажности — удлинённые междоузлия и большие листья, слабые цветки, проблемы с опылением (иссушение пыльцы). Сильное повышение температуры утром даёт удлинённые междоузлия и оси кистей.
Слишком тепло при никой влажности — укороченные междоузлия и мелкие листья.
Слишком холодно — слишком сильные верхушки, слишком сильные цветки.
Слишком тепло — тонкие и слабые верхушки, слабые цветки, мелкие плоды, слишком мелкие листья.
Тёплая культура и охлаждение воздуха в теплице — низкий риск конденсации (меньше энергии требуется для создания циркуляции воздуха), небольшой расход тепловой энергии.
| ЕС мата, мСм/см | Прохладно | Нормально | Тепло | Жарко |
|---|---|---|---|---|
| менее 3,5 | 3,0 | 2,7 | 2,4 | 2,1 |
| менее 4,0 | 2,9 | 2,6 | 2,3 | 2,0 |
| менее 4,5 | 2,8 | 2,5 | 2,2 | 1,9 |
| более 4,5 | 2,7 | 2,4 | 2,1 | 1,8 |
Для более правильного подхода в создании рецепта питания на томатах, можно выделить три фазы развития растения на светокультуре. Для примера выберем кистевой среднеплодный томат со средней массой плода 150 — 180 г.
1 фаза: Конец июля (посев) — конец октября (начало плодоношения).
2 фаза: Начало ноября (массовое плодоношение при минимальных уровнях естественной освещённости) — начало марта (массовое плодоношение при увеличении солнечной активности и длины дня).
3 фаза: С середины марта — начало июля (высокие температуры, избыток солнечной энергии, «старая» культура).
Стартовый раствор для томата и содержание элементов в прикорневой среде (ЕС = 3,0 мСм/см)
| Элементы | Фаза 1 | Фаза 2 | Фаза 3 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раствор | Мат | Раствор | Мат | Раствор | Мат | |
| NH4 | 0,10 | 0,10 | 0,10 | |||
| NO3 | 15,0 - 19,0 | 15,0 - 16,0 | 15,0 - 17,0 | 15,0 - 16,0 | 15,0 - 17,0 | 15,0 - 16,0 |
| P | 0,8 - 1,5 | 1,0 | 0,8 - 1,5 | 1,0 | 0,8 - 1,5 | 1,0 |
| K | 9,0 - 10,0 | 10,0 - 11,0 | 10,0 - 11,5 | 10,0 - 11,0 | 10,0 - 11,5 | 10,0 - 11,0 |
| Ca | 6,0 - 8,0 | 10,0 - 11,0 | 5,0 - 6,0 | 10,0 - 11,0 | 5,0 - 6,0 | 10,0 - 11,0 |
| Mg | 2,5 - 3,5 | 4,0 - 5,0 | 2,5 - 3,5 | 4,0 - 5,0 | 2,5 - 3,5 | 4,0 - 5,0 |
| SO4 | 4,0 | 7,0 | 4,0 | 7,0 | 4,0 | 7,0 |
| Cl | 3,0 - 5,0 | 8,0 - 10,0 | 3,0 - 5,0 | 8,0 - 10,0 | 3,0 - 5,0 | 8,0 - 10,0 |
| Элементы | Фаза 1 | Фаза 2 | Фаза 3 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раствор | Мат | Раствор | Мат | Раствор | Мат | |
| Fe | 30 | 40 | 30 | 40 | 30 | 40 |
| Mn | 8 | 7 | 8 | 7 | 8 | 7 |
| Zn | 5 | 7 | 5 | 7 | 5 | 7 |
| B | 45 | 100 | 45 | 100 | 45 | 100 |
| Cu | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 |
| Mo | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
Часть шмелей погибает, сгорая от тепла ламп и не возвращается в улей при ориентации в пространстве (нет прихода ультрафиолета). В среднем на светокультуре томата шмели живут в 2 раза меньше, чем при традиционном выращивании. Свет ламп дезориентирует шмелей — для того, чтобы найти домик, шмелям необходим ультрафиолет.
Если отключение искусственного освещения будет совпадать с естественным заходом солнца, то больших потерь шмелей не будет, то есть когда фотопериод будет совпадать с продолжительностью естественного дня
В середине или ближе к концу естественного дня нужно вручную закрыть один леток (для вылетающих особей), а леток для «влёта» оставить открытым. Некоторые производители ставят рядом с домиком ултрафиолетовые лампы или делают ультрафиолетовые метки на домики шмелей.
В стандартном продлённом обороте начинают выставлять семей при первом раскрывании бутона и еженедельно выставляют по 1 шмелиной семье на 1 гектар. Некоторые начинают выставлять с 2 семей на 1 гектар при цветении 10 — 15% растений томата. В тёмную пасмурную погоду начинают с 4 семей на 1 гектар.
На светокультуре томата выставляют еженедельно по 4 шмелиные семьи на 1 гектар. Это зависит от более высокой интенсивности цветения, при этом лёт шмелей ограничен. Шмели летают в период естественного дня. Если лёт шмелей при высокой освещённости при искусственном освещении затруднён, то в середине дня проводят выключение искусственного освещения на несколько часов.
Оптимальная температура для работы и лёта шмелей 18 — 200С, а влажность не выше 75%. При температуре более 270С и влажности 80 — 90% шмели не вылетают и остаются в домике для охлаждения, в этот период доставляют 1 семью на 1 гектар.
В среднем за оборот расход шмелиных семей составляет:
По сравнению с традиционной системой выращивания на светокультуре также применяются подкормки СО2 на уровне 700 ppm, иногда до 1000 ppm, но это сильно зависит от сбалансированности растений и чистоты подаваемого газа, чаще сжиженного. Подавать газ от котельной более 700 ppm зимой при закрытых форточках очень рискованно.
При расчётах также учитывается эффективная доза СО2 на повышение продуктивности культуры. Замечено, что доза ниже 250 ppm снижает продуктивность (урожайность) томата на 20 — 30%. При увеличении концентрации СО2 до уровня 700 ppm происходит пропорциональное увеличение продуктивности. Более высокие дозы газа не оказывают существенного влияния, а только увеличивают риск отравления культуры.
При посадке в августе — сентябре в течение первого месяца после посадки уровень СО2 гораздо ниже для того, чтобы растение не было чересчур вегетативным: 400 — 600 ppm.
Если растения переживают стресс (например, температуры более 300С или влажность менее 50%), временно понижаем уровень О2 до 400 — 500 ppm.