Система освещения и выращивание гидропонного зеленого корма в климатических условиях Узбекистана

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлены экспериментальные результаты по выращиванию пшеницы с помощью гидропоники. Детально обсуждаются изменения длины и веса ее корневых и стеблевых частей на основе поглощения световых фотонов растением в процессе выращивания, что является частью технологии.

ABSTRACT

This article presents the experimental results of wheat cultivation using hydroponics. The changes in the length and weight of its root and stem parts based on the absorption of light photons by a plant during cultivation are discussed in detail, which is part of the technology.

Ключевые слова: искусственное освещение, натуральный корм, гидропоника, хлорофилл, светодиодные светильники, освещение.

Keywords: artificial lighting, natural food, hydroponics, chlorophyll, LED lamps, lighting.

Введение

Свет очень важен в вегетационный период растения. Гранулы хлорофилла в нем образуются и развиваются при фотосинтезе. В процессе выращивания зерна гидропонным способом спрос на свет высок. Растущие над головой горшки блокируют свет. Для того чтобы процесс фотосинтеза был быстрым и полным, потребуется специальная система структурного освещения. Роль таких систем в современном сельском хозяйстве неоценима. Сложно представить системы искусственного роста растений без систем искусственного освещения [10].

В настоящее время используются натриевые лампочки, которые работают под сильным давлением. Это, в свою очередь, ограничивает его практическое использование из-за его высокой стоимости. Из экспериментов Mac KRI [8; 9; 4] известно, что для осуществления эффективного и нормального процесса фотосинтеза квантовое излучение спектра света, падающего на растение, должно иметь длины волн 440 нм и 620 нм. Эксперименты показали, что роль красного света в фотосинтезе на длинах волн более 700 нм в эффекте Эмерсона невелика [1; 2]. Для достижения высокой эффективности важно использовать коротковолновый красный свет во время фотосинтеза. В частности, сочетание белого и синего света с целью увеличения скорости красного света может дополнительно повысить эффективность фотосинтеза, потому что две световые реакции происходят одновременно, создавая оптимальные условия для фотосинтеза [6]. Для фотосинтеза в этом процессе также более эффективно использовать зеленый свет. Вот почему гидропонный натуральный зеленый корм выращивается из источников синего света с длинами волн 450 нм и 500 нм или из темно-красного света с длиной волны от 650 нм до 700 нм. Использование природных ресурсов будет эффективным [7].

Количество света для выращивания натурального гидропонного зеленого корма

Фотосинтетическая активная радиация (ФАР) необходима для прогрессивного развития растения. ФАР является частью излучения оптического диапазона, необходимого для жизнедеятельности растений и формирования биомассы растений во время фотосинтеза. Это должно быть между 400 нм и 700 нм соответственно. Количество фотонов в мкмоль/м²с используется в качестве единицы при определении ФАР. Это определение означает, что количество фотонов зависит от максимального значения молекул, которые их получают. Исходя из этого, согласно международным стандартам, желательно, чтобы фотосинтетическое излучение растущей пищи в гидропонике природных питательных комплексов составляло 2 мкмоль/Дж [3].

Зона фотосинтетического излучения определяется по следующей формуле [5].

 ,

Z_ФАР – поток фотосинтетических фотонов, мкмоль/с;

Е – спектральная плотность рассеяния радиоактивной энергии, Дж/нм;

  – длина волны, нм;

h – постоянная планки;

C – скорость света;

N_A – число Авагадро;

M – спектральная чувствительность растения.

По интегральным расчетам в программе Matlab   кмоль/с. То есть источник света, который мы выбираем, должен соответствовать вышеуказанным требованиям. Учитывая, что один слой гидропонного натурального зеленого пищевого комплекса составляет 1,5×0,25 метра, мы использовали x светодиодные фонари. Предполагалось, что каждая светодиодная лампа имеет световой поток 100 лм. Используя модель, созданную с помощью программного средства Light Tools, световой поток каждой светодиодной лампы был рассчитан на 1500 лм, чтобы создать нормальный процесс фотосинтеза на поверхности 0,375 м² с потоком фотосинтетических фотонов, равным 56,766. Чтобы создать световой поток 1500 лм, были сформированы х = 20 светодиодных ламп, то есть 2000 лм светового потока, и световой поток составлял 1500 лм.

В результате для гидропонного комплекса для приготовления естественной пищи на 25 фунтов в день требовалось всего 14 горшков и 280 светодиодных ламп с 20 светодиодами (каждый из которых обеспечивает световой поток 100 лм) для освещения поверхности каждой емкости.

Результаты экспериментов

Эксперименты проводились на зернах пшеницы. Пшеницу очищали и промывали в 5 %-ном растворе хлора в течение 2 часов. Зерна были равномерно распределены по 2,5 кг на 0,375 м² поверхности (то есть один горшок) и поливались 8 раз в день при температуре 18–20 градусов. Горшок был освещен светодиодной подсветкой по 18 часов в сутки. Растение было проверено на длину и толщину корневой и стеблевой частей растения путем изменения мощности светодиодной лампы несколько раз. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты эксперимента по изменению длины корней и стеблей растения, которые были освещены с помощью светодиодных фонарей в процессе выращивания зерна пшеницы методом гидропоники

 Результаты таблицы можно увидеть на рисунках 1, 2, 3, 4 законов изменения.

Рисунок 1. График изменения длины корня в зависимости от мощности лампы

Рисунок 2. График изменения длины стебля в зависимости от мощности лампы

Рисунок 3. График изменения массы корня в зависимости от мощности лампы

Рисунок 4. График изменения массы стебля в зависимости от мощности лампы

Вывод

Роль света в технологии натурального выращивания корма методом гидропоники велика. Как показано на рисунке 1, изменение длины корневой части растения относительно света равно 50 % изменения относительно освещения в темном месте и светодиодной подсветке мощностью 50 Вт. Изменение части стебля, которая развивается в темноте, лучше, чем на свету, но зерен хлорофилла в нем гораздо меньше, чем на свету. Следует отметить, что в графическом режиме корни растений, выращенные с помощью светодиодных ламп 50 Вт, на 257 % тяжелее, чем корни растений, выращенные в темноте. Это, в свою очередь, свидетельствует о повышении продуктивности приготовления кормов и кормового питания. Вес стебля существенно зависит от света, а корм висит в темном месте.

Список литературы:

1. Клешнин А. Растения и свет. – М. : АН СССР, 1954. – 456 с.
2. Леман В.М. Курс светокультуры растений : учеб. пособие для с.-х. вузов. 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Высшая школа, 1976. – 271 с.
3. Ничипорович А.A. Рабочее совещание по вопросам измерения оптического изучения для целей агрометеорологии, физиологии и экологии растений // Физиол. раст. – 1969. – Т. 7. – Вып. 6. – С. 332–350.
4. Приборы для измерения радиации / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.licor.ru/env/pdf/light/RMB.pdf.
5. Свентицкий И.И. // Вестник сельскохозяйственной науки. – 1960. – № 2. Справочная книга по светотехнике / под ред. Ю.Б. Айзенберга. 3-е изд. перераб. и доп. – М. : Знак, 2006. – 972 с.
6. Тoоминг X.Г., Гуляев Б.И. Методы измерения фотосинтетического активного излучения. – М. : Наука, 1967. – 144 с.
7. Точность квантовых датчиков, измеряющих выход фотонного потока и фотосинтетического фотонного потока / C. Barnes, T. Tibbitts, J. Sager, G. Deitzer [et al.] // Садоводство. – 1993. – № 28 (122).
8. Mc Cree K.J. ​​Спектр действия, абсорбция и квантовый выход фотосинтеза в растениеводстве // Сельскохозяйственная и лесная метеорология. – 1972. – № 9.
9. Zhu X.-G., SP Long, DR Ort. Повышение эффективности фотосинтеза для увеличения урожайности // Ежегодный обзор биологии растений. – 2010. – № 61.