РЕФЕРАТ

Отчет 93 с.. 1 кн.. 1 рис., 36 табл., 40 источн., 4 прил.

ИНДАУ ПОСЕВНОЙ, ДВУРЯДНИК ТОНКОЛИСТНЫЙ, БАЗИЛИК ОВОЩНОЙ, ШПИНАТ ОГОРОДНЫЙ, МОРФОМЕТРИЯ, МОЩНОСТЬ ОБЛУЧЕНИЯ, СВЕТОКУЛЬТУРА, ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ФЕРМЫ, ЗАМКНУТЫЕ СИСТЕМЫ ВЫРАЩИВАНИЯ

Объектами исследования являются сорта двурядника тонколистного, индау посевного, базилика овощного, шпината огородного в условиях полной светокультуры.

Цель работы – разработка элементов технологии выращивания (подбор сортов, разработка оптимальных режимов освещения) двурядника тонколистного, индау посевного, базилика овощного, шпината огородного в условиях полной светокультуры.

В процессе работы проводились экспериментальные исследования роста и развития, урожайности, расчеты энергоэффективности и рентабельности выращивания двурядника тонколистного, индау посевного, базилика овощного, шпината огородного в условиях полной светокультуры.

Впервые определены взаимосвязи между световыми условиями и фенологическими, морфометрическими параметрами, урожайностью и накоплением сухого вещества. Установлены биологические особенности изучаемых культур (скороспелость, отношение к световым условиям) и энергозатраты на их выращивание.

Впервые для организации рентабельного выращивания индау посевного, двурядника тонколистного и базилика в замкнутых системах рекомендуется: выращивать сорта индау посевного Худей вкусно и Чудесница при 140 мкмоль/м²/с с рентабельностью 401 и 276 % соответственно, а сорта Диковина и Сицилия при 170 мкмоль/м²/с с рентабельностью 234 и 171 % соответственно; выращивать сорта двурядника тонколистного Пасьянс и Гурман при 140 мкмоль/м²/с с рентабельностью 301 и 119 % соответственно; выращивать сорт базилика Мариан при 110 мкмоль/м²/с с рентабельностью 154 %.

Степень внедрения – результаты исследования внедрены в учебный процесс и внедряются на производстве.

Эффективность разработанных режимов освещения определяется их низким энергопотреблением и подбором сортов исследуемых культур с высокой энергоэффективностью фотосинтетического аппарата.

В течение вегетационного периода увеличение мощности освещения оказывало влияние различной степени силы, что в дальнейшем послужит основой для составления дифференцированной системы освещения.

Для разработки полной технологии выращивания в замкнутых системах и увеличения рентабельности необходимо продолжить исследования по подбору сортов, мощности, спектра и периода освещения, густоты посадки, системы питания.

ВВЕДЕНИЕ

Развитие энерго- и ресурсосберегающих технологий производства овощных культур, расширение ассортимента и сортимента требует научного обоснования применения новых технологий. Сейчас в мире активно развиваются технологии выращивания в замкнутых системах, то есть без солнечного света. Основным источником света в таких системах служат светодиодные облучатели, а питание осуществляется с помощью гидро- и аэропонных методов.

Замкнутая система выращивания – это сооружение, предназначенное для круглогодичного производства овощей, рассады овощных и декоративных культур на вертикальных фермах в контролируемых искусственных условиях. Для регулирования и контроля параметров микроклимата и питания используют технические системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, гидро- и аэропонные методы питания и светокультуру растений.

Основными преимуществами замкнутых систем являются:

— независимость от почвенно-климатических условий местности расположения производства;

— использование объема помещения для непрерывного выращивания;

— полное регулирование микроклиматических условий выращивания, что позволят выращивать сельскохозяйственные культуры круглый год;

— возможность гибкого производства в зависимости от потребностей рынка;

— высокий уровень автоматизации производственных процессов, позволяющий стабильно получать стандартную продукцию требуемого качества.

Для организации производства сельскохозяйственной продукции в замкнутых системах необходимо следующее:

— высокий уровень первоначальных капиталовложений для строительства и оборудования производства;

— платежеспособный спрос на продукцию или большой объем рынка сбыта;

— обеспечение новыми кадрами, т.к. замкнутые системы выращивания представляют собой инженерно-роботизированные системы, в которых агроном должен знать не только инженерную составляющую процесса выращивания, но и программирование;

— научное обеспечение процесса выращивания в виду специфической реакции сельскохозяйственных культур на мощность, спектр и период облучения, количество и качество минерального питания в зависимости от фазы развития растений;

— наличие надежного источника семенного материала сельскохозяйственных культур высокого качества.

На данный момент нет общепринятой технологии выращивания сельскохозяйственных культур в замкнутых системах, поэтому целью наших исследований является подбор сортов и разработка оптимальной мощности освещения для таких востребованных культур как двурядник тонколистный, индау посевной, базилик овощной, шпинат огородный.

1 Биологические особенности и влияние света на исследуемые культуры

1.1 Индаупосевной(ErucasativaMill.)

Индау посевной (Erucasativa (Mill.)) однолетнее, холодостойкое, светолюбивое растение семейства Капустные (Brassicaceae).Индау посевной – масличная культура. В семенах содержится 26-34% масла. Листья и молодые побеги обладают пряным орехово-горчичным вкусом и используются для приготовления салатов, а побеги с цветками как горчицу[1].

Все надземные части индау посевного используются с лечебной целью, как витаминное и тонизирующее средство. В них содержится до 14 % сухих веществ, горчичные масла, листья богаты важнейшими витаминами – антиоксидантами (С, А, К, Р, N), а так же витаминами группы В, фолиевой кислотой. Важной особенностью является высокое содержание солей калия, кальция, а также жизненно необходимых солей фосфора, железа, йода. Все это определяет диетическое значение индау [2].

Содержание йода в зелени до 835 мкг/кг, селена – до 135 мкг/кг сухой массы. Стимулирует иммунную систему и оказывает тонизирующее действие. В 1 г 500 семян [3].

Как и все зеленные листовые культуры, индау является низкокалорийным овощем. 100 г свежих листьев обеспечивает только 25 килокалорий. Тем не менее, индау содержит много важных фитохимических соединений, антиоксидантов, витаминов и минералов, которые могут быть очень полезными для здоровья. Обладает высокой антиоксидантной активностью — около 1904 мкмоль TE на 100 г листьев. Кроме того, дииндолилметан, растворимый в липидах, имеет иммуномодуляторные, антибактериальные и антивирусные свойства. Дииндолилметан в настоящее время применяют в лечении повторяющихся респираторных папилломатоз, вызванных вирусом папилломы человека, и при дисплазии шейки матки [4,5].

Индау– хороший источник фолатов. 100 г свежей зелени содержит 97 мкг или 24% фолиевой кислоты.

Как и все капустные культуры, является отличным источником витамина А. 100 г свежих листьев содержит 1424 мкг бета-каротина и 2373 МЕ витамина А; каротины превращаются в витамин А в организме. 100 г зелени обеспечивает около 79 % от рекомендуемого суточного потребления[6, 7].

Богат витаминами группы В, такими как тиамин, рибофлавин, ниацин, витамин B6 (пиридоксин) и пантотеновая кислота, которые имеют важное значение для оптимизации ферментативных и метаболических функций клеток организма.

Свежие листья содержат высокие уровни витамина C. 100 г обеспечивает около 25 % от рекомендуемого суточного потребления. Витамин С является мощным, природным антиоксидантом. Продукты, богатые этим витамином, помогают защитить человеческий организм от заболевания цингой, повышают иммунитет, выводят свободные радикалы из организма [8].

Является одним из отличных источников растительного витамина К, 100 г зелени индау обеспечивает около 90 % от рекомендуемого суточного потребления. Витамин К имеет потенциальную роль для здоровья костей, способствуя образованию и укреплению костной ткани. Кроме того, соответствующие уровни витамина K в диете ограничивают повреждения нейронов в головном мозге, и тем самым, снижают риск развития болезни Альцгеймера.

Листья содержат минеральные соли, особенно меди и железа. Кроме того, они имеют небольшое количество других важных минералов и электролитов, таких как кальций, железо, калий, марганец, фосфор. Темно-зеленые листья содержат большое количество хлорофилла, который помогает выводить из печени афлотоксины – канцерогенные веществ [9].

В семенах содержится эфирное масло, которое выделяется после предварительной ферментации (более 1 %). Главной составной частью его является горчичное масло, оно содержит до 96% ненасыщенных жирных кислот из них 46% полиненасыщенных жирных кислот (из которых омега-3 составляет 14%, омега-6 составляет 32%). Семена содержат 25-34 % полувысыхающего жирного масла, в котором преобладает эруковая кислота (20-44 %, названа по латинскому названию индау лат. eruca); имеются также линолевая (12-24,9 %), линоленовая (до 17 %), олеиновая (до 18 %) и другие кислоты, стероиды (р-ситостерин, компестерин), тиогликозиды [1].

В надземной части растения содержатся алкалоиды (0,07 %), флавоноиды (гликозиды кемпферола, кверцетина, изорамнетина). Стероиды участвуют в обмене веществ в качестве стероидных гормонов; алкалоиды входят в состав растений для их защиты от грибков; флавоноиды защищают растение от радиации, ускоряют обмен веществ; кверцетин является антиоксидантом и имеет противоотечное, спазмолитическое и диуретическое действие. Витамины и микро-, макроэлементы в составе индау посевного: Витамины, содержание, массовая доля на 100 г продукта: Бета-каротин 1,424 мг, -Биотин 0,37мкг, Витамин А 119 мкг, Витамин В1(тиамин) 0,044, Витамин В2 (рибофлавин) 0,086 мг, Витамин В3 (пантотеновая кислота) 0,437 мг, Витамин В4 (холин) 15,3 мг, Витамин В6 (пиридоксин) 0,073 мг, Витамин В9 (фолиевая кислота) 97 мкг, Витамин С(аскорбиновая кислота)15 мг, Витамин Е(токоферол) 0,43 мг, Витамин К (филлохинон) 108,6 мкг, Витамин РР (ниациновый эквивалент) 0,305 мг[6,7].

Минеральные элементы (макроэлементы): калий 369 мг, кальций 160 мг, кремний 11,5 мг, магний 47 мг, натрий 27 мг, сера 178 мг, фосфор 52 мг, хлор 27,2 мг. Минеральные элементы (микроэлементы и ультрамикроэлементы) железо 1,46 мг, цинк 0,47 мг, медь 76 мкг, марганец 0,321 мг, йод 0,7- 0,9 мг,селен 0,3 мкг. Фармакологические свойства. Надземная часть растения обладает диуретическим, антибактериальным, лактогенным и улучшающим пищеварение действием; на Кавказе используют как противоцинготное действие растения [3].

Индау посевной является холодостойким, но растения лучше формируются при повышенных температурах [10,11]. Оптимальный температурный режим 15-25 °С. Относится к растениям, требующим интенсивного освещения. Культура длинного светового дня.При выращивании под видами пленки, различающимися оптическими свойствами, выявлена реакция растений [12]. В работах М.Ю. Карпухина отмечается высокая эффективность светодиодного освещения [13].

Облучение индау посевного натриевыми лампами высокого давления с добавлением синего спектра с пиками 420 и 440 нм увеличило содержание флавоноидов в листьях растения [14].

При облучении мощностью 100 мкмоль/м²/с с фотопериодом 16 ч сырая масса листьев индау посевного накапливалась быстрее, чем при фотопериоде 12 ч и составила 5,4 г на 28 сутки от всходов. Однако, на 28 сутки существенной разницы между растениями, выращенными при 16 ч и 12 ч фотопериоде, не было[15].

Висследовании[16]черезшестьнедельвыращиванияпримощностиоблучения 20-30 мкмоль/м²/синдаупосевнойсформировалтонкиелистьямассой 2,5-3,5 г/растение, асростоммощностиоблучениядо 80-120 мкмоль/м²/с – болеетолстыелистьямассой 2,0-4,6 г/растение.

1.2 Двурядник тонколистный (DiplotaxistenuifoliaL.)

Двурядник тонколистный (Diplotaxis tenuifolia (L.) DC.) многолетнее, холодостойкое, светолюбивое растение семейства Капустные (Brassicaceae). Вкус горчично-ореховый, острее, чем индау. Листья содержат 28% бетакаротина, 16% кальция и марганца, 15% калия, 12% магния, 24% витамина В9, 17% витамина С от суточной нормы потребления, а также каротиноиды, витамин С, клетчатку, полифенолы (производные кверцетина) и глюкозинолаты. Листья очень сочные, поэтому широко применяют в кулинарии. Растения обладают мочегонным, лактогенным, антибактериальным действием, стимулируют работу желудочно-кишечного тракта [17, 18, 19]. Глюкозинолаты представляют основной класс соединений в растениях двурядника, их содержание в этой культуре были хорошо описаны в литературе [17]. Несколько исследований показали потенциальную роль фитохимических соединений в растениях семейства Brassicaceae в профилактике некоторых заболеваний и типов рака [20]; торможении канцерогенеза и гепатопротекторный эффект [21].

Двурядник тонколистный и индау посевной являются холодостойкими, но теплолюбивыми растениями [18]. Оптимальный температурный режим для данных культур 15-25 °С.Не входят в число светотребовательных культур, но отзывчивы на улучшение условий освещенности. Относятся к растениям, требующим интенсивного освещения. Культуры длинного светового дня.От всходов до технической спелости 36-57 дней.

При снижении мощности облучения антиоксидантная активность и сухая масса растений двурядника тонколистного снижается[22].

Висследовании[16]черезшестьнедельвыращиваниядвурядниктонколистныйпримощностиоблучения 20-30 мкмоль/м²/ссформировалтонкиелистьямассой 1,0-3,0 г/растение, асростоммощностиоблучениядо 80-120 мкмоль/м²/с – болеетолстыелистьямассой 0,9-2,5 г/растение.

1.3 Базилик (Ocimumbasilicum L.)

Базилик (Ocimumbasilicum L.) – однолетнее растение из семейства яснотковых (Lamiaceae). Имеют окраску от светло-зеленой до темно-фиолетовой в зависимости от сорта. Фиолетовая пигментация отмечается также на стеблях, черешках листа, соцветиях[7].

Вся надземная часть растения отличается пряным запахом. Все наземные части содержат эфирное масло, основным компонентом которого является эвгенол, в листьях имеется витамин С, минеральные соли, клетчатка, дубильные вещества, белки. Содержание эфирных масел в надземной части базилика колеблется в пределах от 0,2 до 1,5% в зависимости от сорта, а также дубильных веществ – до 6 %, гликозиды, сапонины, аскорбиновую кислоту и сахара. Эвгенол является основным компонентом эфирного масла (до 70%). В семенах содержится 12…20% жирного масла; в листьях — 0,003…0,009% каротина, до 0,15% рутина[23].

Базилик очень теплолюбив. Семена прорастают только при высоких температурах: при 30-35 ^оС всходы появляются на 6-7 -й день, а при 20-22 ^оС – на 9-11-й день. Если температура ниже 10 ^оС, семена почти не прорастают и начинают загнивать. Хорошо растут и развиваются растения при температуре более 25 ^оС.Базилик требователен к влаге, особенно во время прорастания семян и в период до начала цветения[7].Кроме того, как и многие другие лекарственные растения, базилик чувствителен к действию засоления[24].

Некоторые исследования показывают, что от 5 до 20% синего света в общем фотосинтетическом фотонном потоке необходимо для нормального роста и развития, а также минимизации реакции на затенение (удлинение междоузлий, снижение продукции хлорофилла и раннее цветение) в контролируемых условиях[25].

Таким образом, для хозяйственного выращивания базилика оптимальным по спектру будет сочетание излучений в красном и синем диапазонах области ФАР, поскольку зеленое излучение по эффективности им существенно уступает. При этом нужно учитывать, что вид спектра действия зависит от облученности (E_фили Е), от уровня которой эффективность того или иного диапазона для ФАР может резко меняться[26].

В исследовании [30]более чем 2-кратное увеличение скорости фотосинтеза не реализовалось в таком же повышении накопления биомассы растениями базилика, что может быть связано с различным световым насыщением ростовых процессов и фотосинтеза.

При низкой мощности освещения сорт базилика Sweet Genovese формировал компактные растения с малой массой, меньшей площадью листьев, меньшим количеством побегов, более высокой удельной площадью листьев и низкой интенсивностью фотосинтеза [31].

Стоит отметить, что облучение растений специальными полосами светодиодов может смягчить негативное влияние вредителей и болезней в производственных условиях, что впоследствии может повысить эффективность растениеводства за счет предотвращения потерь урожая. Влияние качества света на накопление вторичных метаболитов (например, флавоноидов) было связано с иммунитетом растений, развитием болезней и взаимодействием с насекомыми[23, 27, 29]. Также в некоторых источниках сообщается, что красные светодиоды могут индуцировать устойчивость к пушистой мучнистой росе у базилика, вызванной Peronosporabelbahrii[28].Хотя исследования показали, что светодиоды могут подавлять некоторые болезни и уменьшать ущерб от вредителей, которые имеют экономическое значение для основных культур, необходимо учитывать косвенное влияние, которое применение этой технологии защиты растений окажет на рост и развитие растений.

1.4 Шпинат (Spinacia oleracea L.)

Шпинат (Spinacia oleracea L.) – однолетнее и двулетнее растение из семейства маревые (Chenopodiaceae), 25-50 см и более высоты. Молодые растения шпината образуют прикорневую розетку из треугольно-копьевидных листьев, иногда с довольно длинновытянутыми боковыми ушками или округлых, овальных, продолговато-яйцевидных, ланцетовидных, цельнокрайних, всегда стянутых в черешок. Верхние листья, а иногда и средние часто острые, продолговатые с клиновидным основанием. Шпинат – двудомное растение. Встречаются и однодомные формы. Мужские растения меньше облиственные, чем женские. Мужские цветки собраны в метельчатые соцветия. На женских растениях формируются плоды – орешки округлой формы или с угловатыми колючими выростами. В центре розетки мужских растений на 10-26-й день от всходов в зависимости от сорта появляется величиной с горошину зачаток центрального соцветия. У наиболее короткостадийных сортов центральное соцветие образуется на 10-15-й день после всходов и совпадает с развитием 4-6-го листа розетки. Появление центрального соцветия в летне-осенние сроки произрастания растений наблюдается на 14-48-й день после всходов, и различие между сортами составляет почти 5 недель, а при весенне-летнем произрастании для этой фазы оно не превышает 16 дней [7].

Устойчивость к преждевременному израстанию является для шпината важным хозяйственно-биологическим свойством, особенно при выращивании в условиях длинного дня. У очень неустойчивых сортов вытягивание цветоносного стебля начинается на 11-16-й день после всходов, у неустойчивых – на 17-22-й день, у среднеустойчивых – на 26-30-й день после всходов. Шпинат – перекрестно-опыляемое растение, пыльца его мелкая и легко переносится ветром. Как у двудомного растения, сорт шпината состоит из женских и мужских растений. Но наряду с ними, как правило, присутствуют и однодомные растения с раздельнополыми и реже обоеполыми цветками. Гиренко М.М. (1962, 1964) отмечает, что наиболее часто в сортовых популяциях встречаются следующие типы растений: 1) чисто мужские растения; 2) мужские растения с единичными гермафродитными цветками; 3) обоеполые растения мужского типа (с преобладанием мужских цветков на растении); 4) обоеполые растения женского типа (с преобладанием женских цветков на растении); 5) чисто женские растения. Мужские растения, заканчивая цветение, продолжающееся у них 2-3 недели, начинают желтеть и отмирают. Это происходит на 33-51-й день после всходов. Наиболее продолжительное цветение и позднее отмирание свойственны растениям с хорошей облиственностью побегов, а также растениям, на которых наряду с чисто мужскими встречаются хотя бы единичные обоеполые цветки. Женские растения остаются зелеными и продолжают вегетировать до полного созревания семян, которое наступает на 52-70-й день после всходов. От начала цветения женских растений до начала созревания семян проходит 5-6 недель [7].

Семена шпината прорастают длительное время, недружно и при набухании впитывают значительное количество воды – 128-130 % от массы семян. Продолжительность водопоглощения при 25⁰С составляет 48, при 12⁰С – 130 ч. Изучение требовательности семян к теплу во время прорастания показало, что шпинат при 2⁰С начинает прорастать только на 18 сутки, а через 30 суток прорастает 30,1 % семян. При 5⁰С одиночные семена прорастают на 12, при 8⁰С — на 7 сутки. Чем выше температура, тем быстрее и интенсивнее прорастают семена. При 16, 18, 20 и 22⁰С семена начали прорастать соответственно на 4,3 и 2 сутки после замачивания. Период прорастания растянут от 15 до 28 суток. Однако повышение температуры до 26⁰ С снизило прорастание семян до 41,8 %. При 32⁰С прорастали одиночные семена, а при 34⁰С семена не прорастали.

По содержанию витамина С только перец сладкий, петрушка и черемша могут соперничать со шпинатом. Витамина В1 в шпинате в 4-5 раз больше, витамина В2 – в 2-5 раз выше, чем в других овощах. Только морковь столовая превышает шпинат по содержанию бетта-каротина. Витамина Е в шпинате значительно, а белка почти в 2 раза больше, чем в других овощах. Свежая зелень шпината содержит (%): 2,3 — белков, 1,7 — углеводов, 0,3 — жиров, 0,6 — клетчатки, 1,0 – минеральных солей и 93,3 – воды. Кроме того, он содержит фолиевую кислоту, которая вместе с солями железа оказывает эффективное действие при малокровии. Однако содержащиеся в шпинате растворимые соли щавелевой кислоты связывают кальций, поэтому употребление его должно быть умеренным. В пищу у шпината употребляют листья варенными, сырыми. Продукция используется также для замораживания, сушки, консервирования. Сок шпината может служить естественным красителем при консервировании других овощей. Все это определяет применение этого растения как лечебно-диетического средства при различных заболеваниях.Содержание в шпинате аскорбиновой кислоты связано также с интенсивностью освещенности. В опытах Т. Suguwara [32] при снижении интенсивности освещенности на 40%, количество аскорбиновой кислоты в шпинате уменьшалось почти на 30%.

Шпинат – холодостойкое растение, приспособленное к выращиванию в зимний период с ограниченным освещением. Наиболее благоприятная температура для прорастания семян 4⁰С. Указывается, что действие пониженной температуры на прорастающие семена или растения шпината в начале их роста ускоряет развитие. Степень ускорения зависит от сорта. Рост наиболее благоприятно протекает при температуре 15-18 ⁰С. В условиях более высокой температуры, особенно если она сочетается с недостатком влаги в почве и с сухостью воздуха, урожайность его уменьшается и снижается качество продукции. Низкие температуры, особенно ночью, усиливают гофрированность листьев у сортов, обладающих этим признаком[33].

Шпинат – типичное длиннодневное растение, быстрее развивающееся на длинном, медленнее – на коротком (10-12 — часовом) дне. Сортовые различия по требованию к продолжительности дня сильно разнятся [34,35]. Для раннеспелых сортов характерна быстрая адаптация к короткому дню и низким температурам, а для позднеспелых – к длинному дню и повышенной температуре. Длинный день в сочетании с высокой температурой ускоряет развитие растений и способствует раннему образованию цветоносный стеблей.

Влияние мощности освещения на рост и развитие шпината требует большего количества исследований. Однако, на данный момент существуют данные, что при освещении в 800 мкмоль/м²/с наблюдается статистически значимое увеличение свежей массы растения, сухой массы растения, площади листьев на растение и удельной сухой массы листа, а также уровня содержания сахарозы по сравнению с освещением в 200 мкмоль/м²/с. Однако при низкой освещенности (200 мкмоль/м²/с) отношение побега к корню является большим, чем при высокой освещенности (800 мкмоль/м²/с). Также, в исследования приводится наблюдение за обратно — пропорциональной корреляцией между факторами температуры, освещенности и количеством нитратов в листьях растений [36].

Также имеются данные о чувствительности шпината к концентрации CO₂.Растения, выращенные при высокой концентрации CO₂ (800 ppm), имели большую свежую массу растений, сухую массу и площадь листьев, чем растения, выращенные при низкой интенсивности света, в то время как удельная сухая масса листьев и отношение побегов к корням статистически значимо не зависели от интенсивности света. То есть мощность освещения и концентрация СО₂ влияла на растения шпината сходным образом. Количество щавелевой кислоты, производимой растениями, находится в прямой зависимости от концентрации CO₂ и температуры. По данным того же исследования, содержание щавелевой кислоты наблюдалось наибольшим при высоком СО₂ и низкой мощности освещения, но при высоком освещении и высокой концентрации СО₂ содержание щавелевой кислоты снижалось [36].

Рост и фитохимическое накопление растений шпината можно регулировать, применяя различные световые спектры: флуктуирующая световая среда может влиять на урожайность и фитохимическое содержание растений. Так, растения шпината, выращенные при светодиодном освещении в сочетании красного и синего диапазонов волн, показывают большее содержание свежей массы побегов и хлорофилла, чем при монохроматическом освещении или его отсутствии[33].

Исследования показывают, что чистая скорость фотосинтеза, устьичная проводимость, межклеточная концентрация CO₂ и скорость транспирации гидропонного листа шпината значительно зависят от DLI и светового спектра [36]. Интенсивность света не всегда играет ключевую роль. Так, исследования показывают, что шпинат, выращенный под белым светом, имеет более высокую чистую скорость фотосинтеза, чем шпинат, выращенный под синим светом с той же интенсивностью света при 500 мкмоль/м²/с. [33,36].

Урожайность шпината в значительной степени зависит от средней площади и активного функционирования листовой поверхности.

Таким образом, можно сделать вывод, что существующие исследования описывают лишь некоторые факторы влияния среды и их взаимодействие на рост, и развитие шпината. Требуются более масштабные исследования, подробно анализирующие условия роста и развития шпината в разные фенофазы [36].

2 Цель и задачи, методика и условия проведения исследования

Целью настоящего исследования является разработка элементов технологии выращивания (подбор сортов, разработка оптимальных режимов освещения) двурядника тонколистного, индау посевного, базилика овощного, шпината огородного в условиях полной светокультуры

Исходя из поставленной цели, решались следующие задачи:

— подобрать сорта двурядника тонколистного, индау посевного, базилика овощного, шпината огородного с низкими энергозатратами на выращивание в условиях полной светокультуры;

— определить оптимальную мощность освещения для выращивания в замкнутых системах для сортов данных культур;

— определить параметры роста и развития, урожайность сортов двурядника тонколистного, индау посевного, базилика овощного, шпината огородного;

— рассчитать энергоэффективность и рентабельность выращивания двурядника тонколистного, индау посевного, базилика овощного, шпината огородного в условиях полной светокультуры;

— разработать методические рекомендации по выращиванию двурядника тонколистного, индау посевного, базилика овощного, шпината огородного в замкнутых системах.

Исследования проходили в фитотроне Лаборатории светокультуры и сити-фарминга ФГБОУ ВО СПбГАУ в 2020 г. Объектами исследования являлись:

— сорта индау посевного (Eruca sativa (Mill.)) Худей вкусно, Чудесница, Диковина, Сицилия.

— сорта двурядника тонколистного (Diplotaxis tenuifolia (L.) DC.) Триция, Пасьянс, Гурман.

— сорта базилика овощного (Ocimum basilicum L.) Арарат, Ереванский сапфир, Эмили, Тонус, Марианн, Дженовизе, Ароматный, Смуглянка, Лимонный вкус.

— сорта шпината огородного (Spinacia oleracea L.) Матадор, Рембрандт, Спокейн, Жирнолистный, Крепыш.

Все сорта включены в Госреестр для выращивания в открытом и защищённом грунте.

Размещение вариантов систематическое, площадь учетной делянки 1 м², исследования проводились в 3-х кратной аналитической повторности и в 10-ти кратной биологической повторности.

Во время вегетации проводились фенологические наблюдения (даты посева, массовых всходов, появления 2-х, 4-х и 8-и настоящих листьев, стрелкования, бутонизации, цветения, продолжительность вегетационного периода); биометрические измерения (высота растения, диаметр растения или ширина листа, количество настоящих листьев, ассимиляционная площадь листьев). Учет урожая проводился четыре раза с периодичностью 7 суток (при выращивании индау посевного и двурядника тонколистного) и 5 суток (при выращивании базилика овощного и шпината огородного). При проведении исследований руководствовались методическими указаниями: «Методические указания по изучению коллекции капусты и листовых зеленных культур (салат, шпинат, укроп)» [38] и «Методика полевого опыта в овощеводстве» [39].

Для описания фотосинтетического потенциала использовали индекс листовой поверхности (ИЛП) – это отношение площади листьев растения к единице площади посадки. Для расчета ИЛП определяли ассимиляционную площадь листьев. Ассимиляционная площадь листьев определялась методом высечек. Суть метода высечек заключается в следующем: отбирали среднюю пробу растений, быстро срезали листья и определяли их массу. Затем из каждого листа выбивали сверлом диаметром 0,25 см² несколько высечек, объединяли вместе и устанавливали их массу. Ассимиляционную площадь листьев определяли по формуле (1):

где а –средняя масса сырых листьев одного растения, г;

b –средняя масса сырых высечек, г;

с –средняя площадь высечки, см².

Определение содержания сухого вещества осуществлялось гравиметрическим методом согласно ГОСТ 31640-2012 «Корма. Методы определения содержания сухого вещества».

Мощность освещения измеряли спектрофотометром ТКА-Спектр (ФАР) (ООО «НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «ТКА», г. Санкт-Петербург) при высоте подвеса светильников 40 см. Среднюю мощность освещения рассчитывали согласно ПНСТ 211-2017 «Облучение растений светодиодными источниками света. Методы измерений».

Для расчета энергоэффективности выращивания мы использовали показатели энергоемкости и энергоотдачи согласно [40].

Энергоемкость (Е_э) выращенной продукции рассчитывается как отношение общих затрат электроэнергии на единицу площади выращивания (Q) к урожайности с единицы площади выращивания (У). В нашем исследовании расчет ведется на номинальную электрическую мощность (Q_н), потребляемую светодиодными светильниками на единицу площади выращивания, и на световую энергию (Q_св), т.е. энергию, переносимую светом на площадь выращивания и пошедшую на фотосинтез. Расчет производится по формуле (2):

Энергоотдача или коэффициент энергетической эффективности (Е_от) исчисляется как отношение энергии, накопленной урожаем (U), к энергии, затраченной на получение этого урожая (Q) рассчитывается по формуле (3).

Энергия, накопленная урожаем (U) рассчитывается по формуле (4):

где У – урожайность продукции, кг/м²;

С_св – содержание сухого вещества, %;

q – калорийность урожая, МДж/кг сухой массы, 14,36 МДж/кг сухой массы [40].

Статистическую обработку экспериментальных данных по урожайности проводили методом дисперсионного анализа по t-критерию Стьюдента (оценка значимости разности между средними осуществлялась при 5% уровне значимости) с использованием прикладных программ Microsoft Excel.

Агротехника при проведении исследований следующая: посев семян исследуемых культур осуществлялся вручную на поверхность субстрата.Густота посадки составила 180 растений на м². В качестве субстрата использовался нетканый материал Дорнит. Проращивание осуществлялось при 23-24 ⁰С и влажности воздуха 93 %. При появлении массовых всходов включалось освещение. Световые условия выращивания для индау посевного, двурядника тонколистного и базилика овощного: фотопериод составил 16 ч день, 8 ч ночь; фотопериод у шпината огородного составил 12 ч день, 12 ч ночь; средняя мощность облучения, мкмоль/м²/с – 80±8, 110±10, 140±12, 170±15; спектр света – отношение синего спектра к красному спектру 1:5, спектрограмму смотри ниже на рисунке 1; температура воздуха – 22-23 ⁰С(индау посевной, двурядник тонколистный, шпинат огородный) и 24-25 ⁰С (базилик овощной), влажность воздуха – 55-65 %. Учет урожая проводился четыре раза с периодичностью 7 суток (при выращивании индау посевного и двурядника тонколистного) и 5 суток (при выращивании базилика овощного и шпината огородного).

Рисунок 1 – Спектрограмма светодиодного источника освещения

Питание растений осуществлялось аэропонным методом. Состав питательного раствора для индау посевного и двурядника тонколистного, мг/л: N – 190, Р – 26, К – 166, Mg – 9 и микроэлементы; рН поддерживался на уровне 5,5-6,0, электропроводность раствора – 1,5-2,0 мСм/см.

Состав питательного раствора для базилика овощного, мг/л: N – 134, Р – 40, К – 183, Mg – 41, Са – 173, S– 86 и микроэлементы; рН поддерживался на уровне 5,5-5,7, электропроводность раствора – 1,5 мСм/см.

Состав питательного раствора для шпината огородного, мг/л: N – 288, Р – 67, К – 211, Mg – 41, Са – 396, S– 104 и микроэлементы; рН поддерживался на уровне 5,5-6,5, электропроводность раствора – 1,7-2,1 мСм/см.

Схема опыта включает в себя четыре варианта мощности освещения, мкмоль/м²/с – 80±8, 110±10, 140±12, 170±15. Потребляемая электрическая мощность на м² по вариантам опыта – 92,0, 118,8, 156,1, 189,8 Вт*ч/м² соответственно. Световая мощность на м² по вариантам опыта – 18,0, 24,0, 29,5, 35,0 Вт*ч/м² соответственно.

Характеристика сортов индау посевного согласно [37]:

1. Худей Вкусно – период от полных всходов до начала цветения — 65-70 дней. Растение высокое. Розетка листьев полуприподнятая. Лист очень сильнорассечённый, крупный, зелёный, слабоопушённый. Цветки кремовые. Масса растения 25-30 г. Аромат сильный. Урожайность зелени 2,3 кг/кв.м. Срок созревания (гр. спелости): среднепоздний. Оригинатор(ы): ООО «АГРОФИРМА АЭЛИТА».

2. Сицилия – среднеспелый. Период от полных всходов до начала хозяйственной годности 27-30 дней. Высота растения 60 см. Лист лировидный, перисто-рассеченный, зеленый. Цветки желто-белые с фиолетовыми жилками. Урожайность зеленой массы 2,5 кг/кв.м. Холодостойкий, не выносит жары, при засухе стрелкуется. Срок созревания (гр. спелости): средний (среднеспелый). Оригинатор(ы): ЗАО НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ФИРМА «РОССИЙСКИЕ СЕМЕНА».

3. Чудесница – период полных всходов до начала цветения 65-68 дней. Растение средней высоты. Розетка листьев полуприподнятая. Лист рассеченный, крупный, зеленый, гладкий. Цветки беловатые. Масса растения 30 г. Урожайность зелени 2,4-2,6 кг/кв.м. Срок созревания (гр. спелости): поздний (позднеспелый). Оригинатор(ы): ООО «АГРОФИРМА АЭЛИТА».

4. Диковина – среднеспелый. Розетка листьев полуприподнятая высотой 18-20 см. Лист среднего размера, лировидный с гладкой поверхностью, зеленый. Цветок кремовый с коричневыми жилками. Масса одного растения 18-20 г. Урожайность зеленой массы 1,7 кг/кв.м. Холодостойкий, влаголюбивый. Долго сохраняет товарность, поздно стрелкуется. Срок созревания (гр. спелости): средний (среднеспелый). Оригинатор(ы): ООО «АГРОФИРМА ПОИСК», ФГБНУ «ФЕДЕРАЛЬНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ОВОЩЕВОДСТВА».

Характеристика сортов двурядника тонколистного согласно [37]:

1. Триция – раннеспелый. Период от полных всходов до начала хозяйственной годности 20-25 дней. Растение высотой 20-25 см. Лист крупный, зеленый, дольчатый, сильнорассеченный с мелкозубчатым краем. Цветки кремовые. Масса одного растения 35 г. Аромат сильный, вкус острый. Урожайность зелени 1,9 кг/кв.м. Срок созревания (гр. спелости): ранний (раннеспелый). Оригинатор(ы): ENZA ZADEN BEHEER B.V.

2. Пасьянс – раннеспелый. Период от полных всходов до начала хозяйственной годности 25 дней. Растение высотой 18-20 см. Розетка листьев полуприподнятая. Лист среднего размера, зеленый, лировидно-рассеченный, гладкий с надрезами по краю. Цветки желтые. Масса одного растения 15-20 г. Урожайность зелени 1,4-1,6 кг/кв.м. Холодостойкий.Срок созревания (гр. спелости): ранний (раннеспелый). Оригинатор(ы): ООО «НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЕКЦИИ ОВОЩНЫХ КУЛЬТУР», ООО «СЕЛЕКЦИОННАЯ ФИРМА ГАВРИШ».

3. Гурман – раннеспелый. Период от полных всходов до начала хозяйственной годности 20-25 дней. Растение высотой 18-20 см. Лист среднего размера, зеленый, лировидно-рассеченный, гладкий. Цветки желтые. Масса одного растения 15-25 г. Урожайность зелени 1,5-1,6 кг/кв.м. Срок созревания (гр. спелости): ранний (раннеспелый). Оригинатор(ы): ООО «СЕЛЕКЦИОННАЯ ФИРМА ГАВРИШ».

Характеристика сортов базилика овощного согласно [37]:

1.Мариан – раннеспелый. Период от полных всходов до начала хозяйственной годности 40-45 дней. Растение средней высоты, прямостоячее, плотное. Лист эллиптической формы, среднего размера, антоциановая окраска отсутствует. Волнистость края отсутствует или очень слабая. Черешок средней длины. Окраска цветков белая. Аромат перечный. Масса одного растения — 250 г. Урожайность зелени — 3,2 кг/кв.м. Оригинатор(ы): ENZA ZADEN BEHEER B.V.

2.Арарат – среднеспелый. Период от полных всходов до начала цветения 71 день. Растение прямостоячее, полураскидистое, высотой 60 см. Лист черешковый, среднего размера, широкояйцевидной формы с редко-зубчатым краем, синевато-зеленый со средним антоцианом, цветок сиреневый. Масса одного растения 25-35 г. Аромат анисовый. Урожайность зелени 2,0-2,4 кг/кв.м. Оригинатор(ы): ООО «АГРОФИРМА ПОИСК».

3.Ереванский сапфир – среднеспелый. Период от полных всходов до начала хозяйственной годности — 40-46 дней. Растение высокое, прямостоячее, средней плотности. Лист яйцевидной формы, среднего размера, антоциановая окраска верхней стороны имеется. Волнистость края средняя. Черешок короткий. Окраска цветков розовая. Аромат гвоздичный. Масса одного растения — 120-140 г. Урожайность зелени — 1,0 кг/кв.м. Оригинатор(ы): ООО «СЕЛЕКЦИОННАЯ ФИРМА ГАВРИШ».

4.Генуэзский – крупнолистный базилик с сладковато-острым ароматом аниса и гвоздики. Среднеспелый, период от всходов до хозяйственной годности – 45-50 дней. Растение мощное, полураскидистое, хорошо облиственное, высотой 45-55 см. Масса одного растения 300-400 г. Урожайность 2-2,3 кг/кв. м.

5.Тонус – среднеспелый. Период от полных всходов до начала цветения 76 дней. Растение прямостоячее, полураскидистое, высотой до 55 см, средней компактности, побеги приподнятые. Лист черешковый, среднего размера, удлиненно-яйцевидный, зеленый, край листа мелкозубчатый, цветок белый. Масса одного растения 25-38 г. Аромат сильный. Урожайность зелени 2,0-2,7 кг/кв.м. Оригинатор(ы): ООО «АГРОФИРМА ПОИСК».

6.Эмили – раннеспелый. Период от полных всходов до начала хозяйственной годности 40-45 дней. Растение средней высоты, прямостоячее, средней плотности. Лист яйцевидной формы, среднего размера, антоциановая окраска отсутствует. Волнистость края отсутствует или очень слабая. Черешок средней длины. Окраска цветков белая. Аромат перечный. Масса одного растения – 250 г. Урожайность зелени — 3,4 кг/кв.м. Оригинатор(ы): ENZA ZADEN BEHEER B.V.

7.Зеленый ароматный – среднеспелый. Период от полных всходов до начала хозяйственной годности 50 дней. Растение прямостоячее. Розетка листьев полуприподнятая. Лист зеленый, яйцевидный, среднего размера. Поверхность листа сильнопузырчатая со слабоволнистым краем. Окраска цветков белая. Масса одного растения 200-250 г. Урожайность зелени 1 кг/кв.м. Оригинатор(ы): ООО «СЕЛЕКЦИОННАЯ ФИРМА ГАВРИШ».

8.Смуглянка – среднеспелый. Период от полных всходов до начала цветения 70-75 дней. Растение высотой 47-60 см. Стебель с антоциановой окраской. Лист крупный со средне выраженным антоцианом, синевато-зеленый, эллиптический, вогнутый, пузырчатость отсутствует или очень слабая, край зубчатый. Окраска цветков сиреневая. Масса одного растения 210-280 г. Облиственность сильная. Аромат стойкий, гвоздичный. Урожайность зелени 2,0-2,5 кг/кв.м. Оригинатор(ы): ООО «АГРОФИРМА СЕДЕК».

9. Лимонный аромат – среднеспелый. Растение полураскидистое. Лист среднего размера, светло-зеленый, плоский. Стебель среднерослый, зеленый. Масса одного растения 210-241 г. Аромат сильный, лимонный. Товарная урожайность зелени 1,3-1,6 кг/кв.м. Оригинатор(ы): ЗАО «НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КОРПОРАЦИЯ «НК. ЛТД».

Характеристика сортов шпината огородного согласно [37]:

1. Матадор – фирма «Моравосид» (Чехия). Среднеспелый. Рекомендуется для использования в свежем виде и замораживания. Период от полных всходов до технической спелости 40-50 дней. Растение средневетвистое, розетка компактная, сомкнутая, среднего размера. Лист гладкий, овальный, толстый, серо-зеленый, среднепузырчатый, глянцевый, край слабоволнистый, верхушка тупая. Дольчатость отсутствует или очень слабая. Черешок полувертикальный, средней длины. Главная жилка средней длины. Товарная урожайность 250-280 ц/га. Требователен к влаге, устойчив к цветушности. Оригинатор(ы): ООО «СЕМКО-ЮНИОР».

2. Жирнолистный – среднеспелый сорт, урожайный. Период от всходов до технической спелости 25-30 дней, стрелкование через 60-65 дней. Розетка компактная, средней величины, полуприподнятая, до 28 см в диаметре. Форма пластинки листа овальная, поверхность слабопузырчатая, окраска зелёная. Масса одного растения 20-28 г.Оригинатор(ы): ООО ФГБНУ «ФЕДЕРАЛЬНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ОВОЩЕВОДСТВА».

3. Крепыш – раннеспелый. Розетка листьев горизонтальная. Лист крупный, эллиптической формы, выпуклый, светло-зеленый, слабопузырчатый, черешок средней длины. Масса одного растения 40-90 г. Урожайность 1,9-3,7 кг/кв.м.Оригинатор(ы): ООО «АГРОФИРМА ПОИСК».

4. Спокейн –среднеспелый гибрид. Розетка листьев полувертикальная до горизонтальной. Лист крупный, овальной формы, плоский, желто-зеленый до темно-зеленого, среднепузырчатый, черешок средней длины и толщины. Масса одного растения 26-40 г. Отличается более поздним стрелкованием. Урожайность 2,3-3,1 кг/кв.м. Устойчив к ложной мучнистой росе (раса 1, 2, 3, 4), к вирусу огуречной мозаики и стеблеванию. Оригинатор(ы): BEJO ZADEN B.V.

5. Рембрандт–среднеранний гибрид. Розетка листьев приподнятая, компактная, среднего размера, высотой до 20 см. Лист зеленый, среднего размера, овальной формы, выгнутый, слабопузырчатый, дольчатость слабая, черешок среднего размера до длинного. Масса одного растения 40-50 г. Стрелкование позднее. Урожайность 3,0-3,3 кг/кв.м. Оригинатор(ы): BEJO ZADEN B.V.

3 Разработка элементов технологии выращивания (подбор сортов, разработка оптимальных режимов освещения) двурядника тонколистного, индау посевного, базилика овощного, шпината огородного в условиях полной светокультуры

3.1 Индау посевной

Фенологические наблюдения за сортами индау посевного показали, что мощность освещения в нашем исследовании специфично влияла на скорость развития сортов на разных этапах (таблица 1).

Так увеличение мощности освещения не оказало определяющего влияния на скорость развития сорта Худей вкусно за вегетационный период (r²=0,02-0,20). Однако при мощности освещения 140 мкмоль/м²/с данный сорт начал переходить к генеративному развитию на 36 сутки от массовых всходов.

Среднюю степень влияния мощность освещения оказала на сорта Сицилия (r²=0,60) и Диковина (r²=0,63) на среднем этапе развития (наступление фазы 4-х настоящих листьев). При мощности освещения 140 мкмоль/м²/с данные сорта на 36 сутки от массовых всходов начали переходить к генеративному развитию.

Сильное влияние мощность освещения оказала на развитие сорта Чудесница (r²=0,80-0,89) на ранних и средних этапах (наступление фазы 2-х и 4-х настоящих листьев соответственно). При мощности освещения 140 мкмоль/м²/с данный сорт на 36 сутки от массовых всходов начал переходить к генеративному развитию.

Специфическая реакция сортов индау посевного на увеличение мощности освещения проявилась и в росте растений (таблица 2). Так увеличение мощности освещения оказало сильное влияние на рост высоты растений и количества настоящих листьев сортов Худей вкусно, Чудесница, Диковина на 25 сутки, ширины листьев – на 18, 25 и 39 сутки соответственно.

Таблица 1 – Продолжительность фенологических фаз индау посевного при разной мощности освещения, 2020

Таблица 2 – Морфометрические показатели индау посевного при разной мощности освещения по учетам, 2020

Наиболее быстрый рост наблюдался при мощности освещения 170 мкмоль/м²/с, высота растений сорта Худей вкуснодостигла17,2 см на 25 сутки, у сорта Чудесница – 19,3 см на 25 сутки, у сорта Диковина – 18,5 см на 25 сутки.

Увеличение мощности освещения не оказало влияния на рост растений сорта Сицилия. Наиболее быстрый рост наблюдался при мощности освещения 140 мкмоль/м²/с, высота растений достигла 21,0 см на 32 сутки.

Для характеристики развития фотосинтетического аппарата нами выбран индекс листовой поверхности. Индекс листовой поверхности (ИЛП) – это отношение площади листьев растения к единице площади посадки. В таблице 3 приведены значения ИЛП. Анализируя данные таблицы видно, что с ростом мощности освещения активно растет площадь листьев. Высокими значениями ИЛП, от 6 до 9, на 39 сутки отмечены сорта Худей вкусно, Чудесница (при 140 и 170 мкмоль/м²/с), Диковина (при 170 мкмоль/м²/с); у сорта Сицилия наблюдался умеренный рост фотосинтетического аппарата – от 3,78 до 4,55.

Таблица 3 – Индекс листовой поверхности индау посевного при разной мощности освещения по учетам, м²/м², 2020

Урожайность культуры – это результат сложного взаимодействия генетического потенциала растения с условиями выращивания.

Анализируя данные по урожайности, представленные в таблице 4, можно заключить, что рост мощности освещения оказывает сильное влияние на среднем этапе роста и развития растений (на 25 сутки от массовых всходов) сортов Худей вкусно, Сицилия и Диковина, а у сорта Чудесница – на начальном этапе (18 сутки от массовых всходов). На рост мощности освещения сильнее всего реагировал сорт Диковина(r²=0,98), у сортов Худей вкусно, Сицилия и Чудесница – средняя степень реакции, — r²=0,55, 0,33, 0,40 соответственно.

Высокая урожайность и наименьшая энергоемкость выращивания у сорта Худей вкусно при 140 мкмоль/м²/с – 4,63 кг/м², 21,03 кВт/кг.

Высокая урожайностьу сорта Чудесница при 140 мкмоль/м²/с – 3,47 кг/м², энергоемкость выращивания 28,07 кВт/кг, но наименьшая энергоемкость выращивания при 80 мкмоль/м²/с – 20,14 кВт/кг.

Высокая урожайность у сорта Диковина при 170 мкмоль/м²/с – 3,62 кг/м², энергоемкость выращивания 32,72 кВт/кг, но наименьшая энергоемкость выращивания при 80 мкмоль/м²/с – 28,85 кВт/кг. Стоит отметить, что между сортами Диковина и Чудесница нет существенной разницы по урожайности.

Высокая урожайностьу сорта Сицилия при 170 мкмоль/м²/с – 2,94 кг/м², энергоемкость выращивания 40,29 кВт/кг, но наименьшая энергоемкость выращивания при 80 мкмоль/м²/с – 29,29 кВт/кг.

Наиболее точно эффективность фотосинтеза в нашем исследовании описывает энергоемкость выращивания индау посевного рассчитанная на 1 грамм сухого вещества и энергоотдача. Содержание сухого вещества в листьях сортов индау посевного колебалось от 5,5 до 8,9 % (см. таблицу 5).

Наименьшая энергоемкость на образование 1 грамма сухого вещества (см. таблицу 6):-у сорта Худей вкусно при 110 мкмоль/м²/с – 277 Вт/г;

-у сорта Чудесница при 80 мкмоль/м²/с – 341 Вт/г;

-у сорта Диковина при 170 мкмоль/м²/с – 409 Вт/г;

-у сорта Сицилия при 80 мкмоль/м²/с – 413 Вт/г.

Наибольшая энергоотдача у сортов индау посевного по результатам расчетов (см. таблицу 7), %: -у сорта Худей вкусно при 110 мкмоль/м²/с – 1,44;

-у сорта Чудесница при 80 мкмоль/м²/с – 1,17;

-у сорта Диковина при 170 мкмоль/м²/с – 0,98;

-у сорта Сицилия при 80 мкмоль/м²/с – 0,97.

Таблица 4 – Урожайность индау посевного при разной мощности освещения по учетам и энергоемкость выращивания, 2020

Таблица 5 – Содержание сухого вещества в надземной части индау посевного при разной мощности освещения по учетам, С_св, %, 2020

В таблице 8 приведен расчет затрат на выращивание сортов индау посевного при разной мощности освещения. Затраты на выращивание складываются из затрат на: электроэнергию, отопление, семена, воду (вода вместе с водоотведением), удобрения, субстрат и фонд оплаты труда (на одного работника при площади выращивания до 1000 м²). Стоимость единицы ресурса указана на 01.02.2020. Затраты на выращивание указаны без амортизационных затрат.

Затраты на выращивание индау посевного составляют 583,7 руб/м² при 80 мкмоль/м²/с, 706,5 руб/м² при 110 мкмоль/м²/с, 877,5 руб/м² при 140 мкмоль/м²/с, 1032,3 руб/м² при 170 мкмоль/м²/с.

Доля электроэнергии на освещение в структуре затрат составляет 69 % при 80 мкмоль/м²/с, 74 % при 110 мкмоль/м²/с, 78 % при 140 мкмоль/м²/с, 80 % при 170 мкмоль/м²/с.

Таблица 6 – Накопление сухого вещества в надземной части индау посевного при разной мощности освещения по учетам и энергоемкость выращивания, 2020

Таблица 7 – Расчет энергоотдачи при выращивании индау посевного, 2020

Таблица 8 – Расчет затрат на выращивание сортов индау посевного при разной мощности освещения, 2020

Таблица 9 – Сводная таблица по энергоэффективности и рентабельности выращивания индау посевного, 2020

Исходя из данных, приведенных в таблице 9, можно заключить, что:

1. Высокая урожайность и рентабельность у сорта Худей вкусно при мощности освещения 140 мкмоль/м²/с – 4,63 кг/м² и 401 %. Энергоотдача при мощности освещения 140 мкмоль/м²/с – 1,14 %.

2. Высокая урожайность у сорта Чудесница при мощности освещения 140 мкмоль/м²/с – 3,47 кг/м², но высокая рентабельность и энергоотдача при мощности освещения 80 мкмоль/м²/с и урожайности 2,85 кг/м² – 364 % и 1,17 %.

3. Высокая урожайность, энергоотдача и рентабельность у сорта Диковина при мощности освещения 170 мкмоль/м²/с – 3,62 кг/м², 0,98 % и 234 %.

4. Высокая урожайность у сорта Сицилия при мощности освещения 170 мкмоль/м²/с – 2,94 кг/м², но высокая рентабельность и энергоотдача при мощности освещения 80 мкмоль/м²/с и урожайности 1,96 кг/м² – 220 % и 0,97 %.

На основании полученных данных в результате нашего исследования можно сделать следующие выводы:

1. Мощность освещения оказывает воздействие разной степени силы на развитие сортов индау посевного в виду их генетических особенностей. При мощности освещения 140 мкмоль/м²/с исследуемые сорта на 36 сутки от массовых всходов начали переходить к генеративной фазе развития.

2. С увеличением мощности освещения активно шли ростовые процессы у сортов Худей вкусно, Чудесница, Диковина. Наиболее быстрый рост наблюдался при мощности освещения 170 мкмоль/м²/с, высота растений сорта Худей вкусно достигла 17,2 см на 25 сутки, у сорта Чудесница – 19,3 см на 25 сутки, у сорта Диковина – 18,5 см на 25 сутки. Сорт Сицилия толерантен к условиям освещения.

3. Высокая урожайность и рентабельность у сорта Худей вкусно при мощности освещения 140 мкмоль/м²/с – 4,63 кг/м² и 401 %. Энергоотдача при мощности освещения 140 мкмоль/м²/с – 1,14 %.

4. Высокая урожайность у сорта Чудесница при мощности освещения 140 мкмоль/м²/с – 3,47 кг/м², но высокая рентабельность и энергоотдача при мощности освещения 80 мкмоль/м²/с и урожайности 2,85 кг/м² – 364 % и 1,17 %.

5. Высокая урожайность, энергоотдача и рентабельность у сорта Диковина при мощности освещения 170 мкмоль/м²/с – 3,62 кг/м², 0,98 % и 234 %.

6. Высокая урожайность у сорта Сицилия при мощности освещения 170 мкмоль/м²/с – 2,94 кг/м², но высокая рентабельность и энергоотдача при мощности освещения 80 мкмоль/м²/с и урожайности 1,96 кг/м² – 220 % и 0,97 %.

3.2 Двурядник тонколистный

Фенологические наблюдения за сортами двурядника тонколистного показали, что мощность освещения в нашем исследовании специфично влияла на скорость развития сортов на разных этапах (таблица10).

Так увеличение мощности освещения оказало среднюю степень влияния на скорость развития сорта Гурман за вегетационный период (r²=0,07-0,50). Данный сорт при мощности освещения 140-170 мкмоль/м²/с начал переходить к генеративному развитию на 36 сутки от массовых всходов.

Сильное влияние мощность освещения оказала на сорта Триция (r²=0,89) и Пасьянс (r²=0,81) на среднем этапе развития (наступление фазы 4-х настоящих листьев). Данные сорта начали переходить к генеративному развитию на 36 сутки от массовых всходов при мощности освещения 170 мкмоль/м²/с.

Увеличение мощности освещения вызвало специфическую реакцию у различных сортов двурядника тонколистного, что проявилось в росте растений (таблица 11). Увеличение мощности освещения на 32 сутки оказало сильное влияние на количество листьев сорта Триция, а на 39 сутки сильно повлияло на увеличение высоты растения и изменение ширины листьев. В то же время, увеличение мощности освещения оказало среднее влияние на рост растений сорта Гурман в высоту и изменение количества листьев на 25 сутки, а на 39 сутки — на ширину листа.

Наиболее быстрый рост наблюдался при мощности освещения 140 мкмоль/м²/с у сорта Триция – высота растений достигла 28,6 см на 46 сутки и у сорта Гурман – 37,5 см на 46 сутки, у сорта Пасьянс при мощности освещения 170 мкмоль/м²/с – 29,5 см на 46 сутки.

В таблице 12 приведены значения ИЛП двурядника тонколистного при разной мощности освещения. При анализе данных таблицы становится ясно, что с ростом мощности освещения активно растет площадь листьев. Высокие значениями ИЛП, от 6 до 8, на 39 сутки показал сорт Пасьянс (при 140 и 170 мкмоль/м²/с); у сортов Гурман и Триция наблюдался умеренный рост фотосинтетического аппарата – от 2,02 до 4,05 и от 2,09 до 3,58 соответственно при мощности освещения 140 и 170 мкмоль/м²/с.

Анализируя данные таблицы 13 можно заключить, что рост мощности освещения сильно влияет на среднем и позднем этапах формирования урожайности (на 32-46 сутки от массовых всходов) сорта Триция, у сорта Пасьянс – на начальном этапе (25 сутки от массовых всходов), а у сорта Гурман – на позднем этапе (46 сутки от массовых всходов). На рост мощности освещения сильнее всего реагировал сорт Триция (r²=0,99), у сорта Пасьянс – сильная степень реакции (r²=0,74). На формирование урожайности сорта Гурман увеличение мощности освещения сильно (r²=0,88) повлияло только на 46 сутки от массовых всходов, то есть на позднем этапе.

Высокая урожайность и наименьшая энергоемкость выращивания у сорта Пасьянс при 140 мкмоль/м²/с – 4,21кг/м², 27,29 кВт/кг.

Высокая урожайность при наименьшей энергоемкости выращивания у сорта Гурман при 140 мкмоль/м²/с — 2,30 кг/м²,49,94кВт/кг.

Таблица 10 – Продолжительность фенологических фаз двурядника тонколистного при разной мощности освещения, 2020

Таблица 11 – Морфометрические показатели двурядника тонколистного при разной мощности освещения по учетам, 2020

Урожайность у сорта Триция при 170 мкмоль/м²/с – 1,68 кг/м², энергоемкость выращивания 83,15 кВт/кг. Стоит отметить, что у сорта Пасьянс самая высокая урожайность при наименьшей энергоемкости выращивания, что говорит об эффективной работе фотосинтезирующей системы.

Наиболее точно эффективность фотосинтеза в нашем исследовании описывает энергоемкость выращивания двурядника тонколистного рассчитанная на 1 грамм сухого вещества и энергоотдача. Содержание сухого вещества в листьях сортов двурядника тонколистного колебалось от 4,5 до 8,3% (таблица 14).

Наименьшая энергоемкость на образование 1 грамма сухого вещества (таблица 15): -у сорта Пасьянс при 140 мкмоль/м²/с – 384 Вт/г;

-у сорта Гурман при 110 мкмоль/м²/с – 784 Вт/г;

-у сорта Триция при 110 мкмоль/м²/с – 1003 Вт/г;

Наибольшая энергоотдача у сортов двурядника тонколистного по результатам расчетов (таблица 16), %: -у сорта Пасьянс при 140мкмоль/м²/с – 1,04;

-у сорта Гурман при 110мкмоль/м²/с – 0,51;

-у сорта Триция при 110 мкмоль/м²/с – 0,40.

В таблице 17 приведен расчет затрат на выращивание сортов двурядника тонколистного при разной мощности освещения.Затраты на выращивание двурядника тонколистного составляют 654,4 руб/м² при 80 мкмоль/м²/с, 798,3 руб/м² при 110 мкмоль/м²/с, 998,5 руб/м² при 140 мкмоль/м²/с, 1179,7 руб/м² при 170 мкмоль/м²/с.

Доля электроэнергии на освещение в структуре затрат составляет 69% при 80 мкмоль/м²/с, 74% при 110 мкмоль/м²/с, 78% при 140 мкмоль/м²/с, 80% при 170 мкмоль/м²/с.

Исходя из данных, приведенных в таблице 18, можно заключить, что:

1. Самая высокая урожайность и рентабельность у сорта Пасьянс при мощности освещения 140 мкмоль/м²/с – 4,21 кг/м² и 301 %. Энергоотдача примощности освещения 140 мкмоль/м²/с – 1,04 % на номинальную мощность электроэнергии.

2. Высокая урожайность и рентабельность у сорта Гурман при мощности освещения 140 мкмоль/м²/с – 2,30 кг/м² и 119%, а энергоотдача– 0,41 %.

3. Высокая урожайность у сорта Триция при мощности освещения 170 мкмоль/м²/с – 1,68 кг/м², энергоотдача при этом составляет 0,34%, а рентабельность – 35%.

Таблица 12 – Индекс листовой поверхности двурядника тонколистного при разной мощности освещения по учетам, м²/м², 2020

Таблица 13 – Урожайность двурядника тонколистного при разной мощности освещения по учетам и энергоемкость выращивания, 2020

Таблица 14 – Содержание сухого вещества в надземной части двурядника тонколистного при разной мощности освещения по учетам, С_св, %, 2020

Таблица 15 – Накопление сухого вещества в надземной части двурядника тонколистного при разной мощности освещения по учетам и энергоемкость выращивания, 2020

Таблица 16 – Расчет энергоотдачи при выращивании двурядника тонколистного, 2020

Таблица 17 – Расчет затрат на выращивание сортов двурядника тонколистного при разной мощности освещения, 2020

Таблица 18 – Сводная таблица по энергоэффективности и рентабельности выращивания двурядника тонколистного, 2020

На основании полученных данных в результате нашего исследования можно сделать следующие выводы:

1. Мощность освещения в различной степени влияет на развитие сортов двурядника тонколистного, что обуславливается их генетическими особенностями. При мощности освещения 170 мкмоль/м²/с исследуемые сорта на 36 сутки от массовых всходов начали переходить к генеративной фазе развития.

2. С увеличением мощности освещения активно шли ростовые процессы у сорта Триция и Гурман. На ростовые процессы сорта Пасьянс увеличение мощности не оказало существенного влияния. Наиболее быстрый рост наблюдался при мощности освещения 140 мкмоль/м²/с, высота растений достигла у сорта Гурман – 29,9 см на 39 сутки, сорта Триция достигла 26,0 см на 39 сутки, а сорта Пасьянс – 23,3 см на 39 сутки.

3. Самая высокая урожайность и рентабельность у сорта Пасьянс при мощности освещения 140 мкмоль/м²/с – 4,21 кг/м² и 301 %. Энергоотдача при мощности освещения 140 мкмоль/м²/с – 1,04 %.

4. Высокая урожайность и рентабельность у сорта Гурман при мощности освещения 140 мкмоль/м²/с – 2,30 кг/м² и 119%, а энергоотдача – 0,41 %.

5. У сорта Триция высокая урожайность при мощности освещения 170 мкмоль/м²/с – 1,68 кг/м², при низкой энергоотдаче и рентабельности – 0,34% и 35% соответственно.

3.3 Базилик

Фенологические наблюдения за сортами базилика показали, что мощность освещения в нашем исследовании специфично влияла на скорость развития сортов на разных этапах (таблица 19).

На начальном этапе развития мощность освещения оказала среднюю степень влияния на развитие сорта Зеленый ароматный (r²=0,60) в отличие от других сортов, где влияние отсутствовало. При достижении 4-х настоящих листьев степень влияния начала сильно варьировать от сорта к сорту: определяющее влияние рост мощности освещения оказал на развитие сортов Эмили, Тонус, Генуэзский, Смуглянка (r²=0,68-0,90); среднюю степень влияния на развитие сортов Ереванский сапфир и Зеленый аромат (r²=0,60); слабую степень влияния на развитие сортов Арарат, Мариан, Лимонный аромат (r²=0,09-0,26). При достижении 8-и настоящих листьев: определяющее влияние рост мощности освещения оказал на развитие сортов Ереванский сапфир, Лимонный аромат (r²=0,80-0,87); среднюю степень влияния на развитие сортов Арарат, Эмили, Тонус (r²=0,60); слабую степень влияния на развитие сортов Мариан, Генуэзский, Зеленый аромат, Смуглянка (r²=0,07-0,26).

Наиболее активно развитие сортов базилика шло при мощности освещения 140-170 мкмоль/м²/с.

Специфическая реакция сортов базилика на увеличение мощности освещения проявилась и в росте растений (таблица 20). Но в основном растения базилика формируют низкие и широкие растения: высота растений колеблется в пределах 44-154 мм, диаметр растений – 73-189 мм, количество листьев – 4,0-15,3 штуки на 43 сутки от массовых всходов.

К моменту уборки высота и диаметр сортов базилика слабо зависели от роста мощности освещения, что вероятно свидетельствует об ослаблении ростовых процессов или приспособленности к узкому диапазону световых условий выращивания.

Таблица 19 – Продолжительность фенологических фаз базилика овощного при разной мощности освещения, 2020

Таблица 20 – Морфометрические показатели базилика овощного при разной мощности освещения по учетам, 2020

Анализируя данные таблицы 21 видно, что растения базилика формируют преимущественно средний по мощности фотосинтетический аппарат от 2 до 5 м². Сильная вариация значений ИЛП вероятно связана с невысокой точностью метода определения ассимиляционной площади листьев.

Таблица 21 – Индекс листовой поверхности базилика овощного при разной мощности освещения по учетам, м²/м², 2020

Анализируя данные по урожайности в таблице22 можно заключить, что к 43 суткам от массовых всходов определяющее влияние рост мощности освещения оказал на сорт Лимонный аромат r²=0,66, в отличие от других сортов. Данный факт, вероятно, связан с эффективностью работы фотосинтетического аппарата. Между вариантами опыта есть существенные различия.

Высокая урожайность и наименьшая энергоемкость выращивания у сорта Тонус при 110 мкмоль/м²/с – 1,08 кг/м², 75,68 кВт/кг; сорта Смуглянка при 140 мкмоль/м²/с – 0,83 кг/м², 129,37 кВт/кг; сорта Эмили при 140 мкмоль/м²/с – 0,98 кг/м², 109,57 кВт/кг

Высокая урожайность, но повышенная энергоемкость выращивания у сорта Арарат при 110 мкмоль/м²/с – 0,74 кг/м², 110,45 кВт/кг; сорта Ереванский сапфир при 170 мкмоль/м²/с – 0,88 кг/м², 148,39 кВт/кг; сорта Мариан при 140 мкмоль/м²/с – 2,07 кг/м², 51,87 кВт/кг; сорта Генуэзский при 140 мкмоль/м²/с – 1,13 кг/м², 95,02 кВт/кг; сорта Ереванский сапфир при 170 мкмоль/м²/с – 0,88 кг/м², 148,39 кВт/кг; сорта Зеленый аромат при 170 мкмоль/м²/с – 1,30 кг/м², 100,45 кВт/кг; сорта Лимонный аромат при 140 мкмоль/м²/с – 0,68 кг/м², 157,91 кВт/кг.

Содержание сухого вещества в листьях базилика колебалось от 6,2 до 9,9 % (таблица 23).

Наименьшая энергоемкость на образование 1 грамма сухого вещества (таблица 24) при 80 мкмоль/м²/с:

-у сорта Арарат – 1066 Вт/г;

-у сорта Ереванский сапфир – 1172 Вт/г;

-у сорта Генуэзский – 764 Вт/г;

-у сорта Зеленый ароматный – 690 Вт/г.

Наименьшая энергоемкость на образование 1 грамма сухого вещества при 110 мкмоль/м²/с:

-у сорта Эмили – 1081 Вт/г;

-у сорта Мариан – 463 Вт/г;

-у сорта Тонус – 857 Вт/г;

-у сорта Лимонный аромат – 1376 Вт/г.

Наименьшая энергоемкость на образование 1 грамма сухого вещества при 140 мкмоль/м²/с у сорта Смуглянка – 1387 Вт/г.

Наибольшая энергоотдача у сортов базилика (таблица 25) при 80 мкмоль/м²/с, %:

-у сорта Арарат – 0,37;

-у сорта Ереванский сапфир – 0,34;

-у сорта Генуэзский – 0,52;

-у сорта Зеленый ароматный – 0,58.

Наибольшая энергоотдача при 110 мкмоль/м²/с:

-у сорта Эмили – 0,37;

-у сорта Мариан – 0,86;

-у сорта Тонус – 0,47;

-у сорта Лимонный аромат – 0,29.

Наибольшая энергоотдача при 140 мкмоль/м²/с у сорта Смуглянка – 0,29.

В таблице 26 приведен расчет затрат на выращивание сортов базилика при разной мощности освещения. Затраты на выращивание базилика составляют 634,9 руб/м² при 80 мкмоль/м²/с, 769,7 руб/м² при 110 мкмоль/м²/с, 957,5 руб/м² при 140 мкмоль/м²/с, 1127,3 руб/м² при 170 мкмоль/м²/с.

Доля электроэнергии на освещение в структуре затрат составляет 70 % при 80 мкмоль/м²/с, 74 % при 110 мкмоль/м²/с, 79 % при 140 мкмоль/м²/с, 81 % при 170 мкмоль/м²/с.

Таблица 22 – Урожайность базилика овощного при разной мощности освещения по учетам и энергоемкость выращивания, 2020

Таблица 23 – Содержание сухого вещества в надземной части базилика овощного при разной мощности освещения по учетам, С_св, %, 2020

Таблица 24 – Накопление сухого вещества в надземной части базилика овощного при разной мощности освещения по учетам и энергоемкость выращивания, 2020

Таблица 25 – Расчет энергоотдачи при выращивании базилика овощного, 2020