Витрата енергії на виробництво сільсько-господарської продукції досяг сьогодні небувалих величин: наприклад, в США сільське господарство забирає більше 22% енергоресурсів, у Франції - 20%.
Одна з найбільш енергоємних галузей сільського господарства - тепличне виробництво. Чим холодніше клімат країни, тим більше теплиць доводиться їй мати, щоб забезпечити населення теплолюбними ягодами, овочами, зеленню. А теплиці треба будувати, обігрівати, освітлювати...
Вертикальні грядки, червоне світло і трохи С02
Може бути, дешевше привезти овочі і ягоди звідти, де вони добре ростуть у відкритому грунті - на грядках і Полях? Але для перевезення теж потрібна енергія, і чимала. До того ж рослинна продукція швидко псується, доводиться перевозити її в холодильниках або миритися з великими втратами.
Словом, теплиці потрібні. Але витрата енергії, яка витрачається в них на виробництво огірків або, наприклад, полуниці, необхідно зменшувати. Про один із способів - розведенні овочів і ягід в вертикальних культиваційних установках (вертикальних грядках) - написано достатньо. В Угорщині, Великобританії, Іспанії, Італії, Франції після появи вертикальних культиваційних установок більшу частину площі теплиць віддають під полуницю: вирощувати її стало вигідно - урожай з гектара перевищує 77 т на рік (при вирощуванні на звичайних тепличних грядках - близько 14 т). Зараз у багатьох країнах випускають повністю автоматизовані вертикальні установки і для великих теплиць, і для вирощування зелені та квітів в міських квартирах.
Мабуть, використовувати площу теплиць більш повно, ніж при багатоповерхових грядках, не вдасться. Але є й інші способи підвищення ефективності теплиць.
Наприклад, відомо, що фотосинтез йде з максимальною швидкістю, якщо рослина забезпечено водою, вуглекислотою і світлом. Полити грядки, природно, не складно. А ось вуглекислого газу в повітрі трохи - всього 0,03%. Збільшити його концентрацію в теплицях можна різними способами. На Україні в тепличному радгоспі «Київська овочева фабрика» вже випробуваний такий: в теплиці подають гази власної котельні. Концентрація СО2 збільшується в 10-15 разів. З квадратного метра грядки отримують додатково 2 кг помідорів або 5 кг огірків.
Тепер про світло. Біологам відомо, що рослини в полі найбільш активно ростуть вранці, а коли сонце піднімається вище, фотосинтез протікає повільніше. Ефективність фотосинтезу залежить не від кількості світла взагалі, а від кількості променів, поглинених хлорофілом. Цей пігмент поглинає оранжево-червоні промені, тому ми і бачимо листя зеленими. Чим більше червоних променів хлорофіл поглинає, тим ефективніше йде фотосинтез. Зелені ж і сині промені, навпаки, гальмують його. І коли сонце знаходиться низько над горизонтом, рослини розвиваються продуктивніше: шлях сонячних променів в атмосфері збільшується, і вона починає виконувати роль червоного світлофільтру, що розсіює зелені і сині промені. Отже, підвищити ефективність фотосинтезу в теплицях можна, висвітлюючи листя променями з великою довжиною хвилі. Найпростіше - пофарбувати люмінесцентні лампи червоною фарбою. В результаті врожаї овочів збільшаться в кілька разів. Такі дані отримані не тільки в лабораторіях, але і в промислових теплицях.
Поодинці багато способів збільшення продуктивності рослин в теплицях перевірені. Але ніде, ні в одній теплиці, вони не випробувані всі разом. А добре б посадити, скажімо, редис в вертикальні грядки, освітлювати його головним чином червоними променями, додавати в атмосферу теплиці СО2 і подивитися, що вийде.
____________________________________________________
Як освітлювати теплиці
В вище написаній статті «Вертикальні грядки, червоне світло і трохи СО2» можливо не зовсім правильно викладені деякі питання, що стосуються впливу спектрального складу світла на рослини. Справа в тому, що світло одного і того ж спектрального складу може впливати на різні процеси, що відбуваються в рослині, прямо протилежно.
Власне фотосинтезуючою активність володіє світло з довжиною хвилі від 380 до 710 мкм - при освітленні ним рослини відбувається засвоєння клітинами СО2 і розкладання води з утворенням кисню і вуглеводів. Інтенсивність фотосинтезу на одиницю поглиненої листом променевої енергії лінійно зростає зі збільшенням довжини хвилі завдяки збільшенню числа квантів в одиниці енергії: при освітленні листка червоним світлом <600-700 мкм) вона в півтора рази вище, ніж при освітленні синьофіолетовим (400-500 мкм).
Здавалося б, при вирощуванні рослин в теплицях найкраще освітлювати їх саме червоним світлом - так і говорилося в статті. Однак слід мати на увазі, що важливу роль відіграють і сині промені: вони беруть участь в регуляцій фотосинтезу. Якщо всього 20% червоних, променів замінити на сині, істотно збільшується швидкість поглинання листям СО2. Зелені ж промені, хоча вони поглинаються листям гірше, ніж сині або червоні, краще проникають крізь листя і забезпечують енергією своїх квантів листя нижніх ярусів - тому вони так само необхідні рослинам.
Крім того, врожайність рослин визначається не тільки інтенсивністю фотосинтезу, а й тим, як протікають процеси росту, а ці дві сторони життєдіяльності рослинного організму хоча і тісно пов'язані між собою, але багато в чому і самостійні.
Дуже чутливі до спектрального складу світла процеси морфогенезу, від яких багато в чому залежить розвиток рослини. У рослин є спеціальні рецептори, що реагують на червоний і синій світло, завдяки їм зміни спектрального складу світла можуть викликати найнесподіваніші реакції рослинного організму. Наприклад, показано, що при повній відсутності в спектрі освітлення синього і зеленого світла можна вирощувати тільки листові форми рослин - скажімо, салат. Всі інші культури для нормвльного зростання і розвитку потребують додавання до червоного світла певної кількості (20-40%) синіх променів, причому потреба в них зростає зі збільшенням щільності потоку фото-синтетично активної радіації. Тому фарбувати люмінесцентні лампи для освітлення теплиць в червоний колір, не слід (не кажучи вже про те, що це неминуче призведе до зниження їх світловіддачі).
Які ж лампи потрібні в приорітеті для досвітлення рослин, вирощуваних в теплицях? Для всіх вищих наземних рослин ідеальним джерелом світла - як по інтенсивності, так і по спектральному складу - є сонце: в спектрі його випромінювання біля земної поверхні близько 30% синіх променів і приблизно по 35% зелених і червоних. Потрібні лампи, які мали б таку спектральну характеристику. Зараз в рослинництві захищеного грунту широко використовуються ртутні лампи типу ДРЛ або ДРЛФ; в спектрі цих ламп переважають оранжево-зелені промені. Наприклад, в спектрі лампи ДРЛФ розподіл фотосинтетичний активній енергії таке: 400-500 мкм - 20%, 500-600 мкм - 52%, 600- 700 мкм - 28%. Перспективні, мабуть, і натрієві лампи типу ДНаТ, які все частіше застосовуються для освітлення міських вулиць: у них найбільш інтенсивна смуга випромінювання знаходиться в межах 560-610 мкм, і від ламп ДРЛ і ДРЛФ вони відрізняються меншим відношенням синіх променів до червоних.
