В условиях развития технологий защищённого грунта и светокультуры особую роль играет оптимизация параметров искусственного освещения, определяющих рост, развитие и продуктивность растений [2]. Световой режим, включающий интенсивность, фотопериод и спектральный состав излучения, оказывает комплексное воздействие на фотосинтетическую активность, морфогенез и физиологическое состояние растений [3, 4].

Томат ( Solanum lycopersicum L.) является одной из базовых культур светокультуры [1]. Сорт «Ямал-200» отличается скороспелостью и компактностью [5], что делает его удобным объектом для экспериментов в условиях защищённого грунта. Однако сведения о реакции данного сорта на динамическое изменение спектрального состава излучения в научной литературе ограничены. Это определяет актуальность настоящего исследования, направленного на экспериментальную оценку возможности применения динамического спектра освещения при выращивании томата сорта «Ямал-200».

Целью работы является оценка эффективности динамического спектра излучения по сравнению с постоянными спектральными режимами при выращивании томата в условиях контролируемой среды.

Материалы и методы исследования

Эксперимент проводился в условиях фитотрона с использованием светодиодных источников света RGB-типа. Объектом исследования являлись растения томата сорта «Ямал-200», выращиваемые в стандартном почвенном субстрате при постоянных температурно-влажностных условиях. Температура воздуха поддерживалась на уровне 22–24 °C в световую фазу и 18–20 °C в теневую, относительная влажность составляла 60–70 %.

Растения были разделены на три группы по 10 экземпляров в каждой в зависимости от режима освещения:

1. Универсальный спектр — постоянное соотношение RGB: 50 % красного, 30 % синего и 20 % зелёного излучения.
2. Оптимальный спектр для сорта «Ямал-200» — 85 % красного, 10 % синего и 5 % зелёного света.
3. Динамический спектр освещения представлял собой экспериментальный режим, основанный на поэтапном изменении спектрального состава излучения. На первой и второй неделе выращивания преобладал синий компонент спектра — 70 %, при этом доля красного составляла 20 %, а зелёного — 10 %. На третьей и четвёртой неделях доля красного компонента увеличилась и составляла 70 %, синего — 20 %, а зелёного — 10 %

Продолжительность светового дня во всех вариантах составляла 19 часов, теневая фаза — 5 часов. Расстояние между источниками света и растениями было одинаковым во всех вариантах.

Оценка эффективности режимов освещения проводилась на основании измерений высоты растений и показателей листообразования (общее количество и количество настоящих листьев). Измерения осуществлялись еженедельно в течение четырёх недель. Полученные данные обрабатывались статистически с расчётом средних значений и анализом динамики показателей с помощью программы PAST.

Результаты и обсуждения

В ходе исследования были получены данные, позволяющие провести сравнительную оценку влияния трёх режимов спектрального освещения на рост и развитие растений томата сорта «Ямал-200». Анализ результатов основан на изучении динамики изменения высоты растений и интенсивности листообразования в течение четырёх недель выращивания.

Рост растений томата существенно зависел от спектрального состава излучения. Средние значения высоты растений по неделям при различных режимах освещения представлены в таблице 1.

Таблица 1

Динамика изменения средней высоты растений при различных режимах освещения представлена на рис. 1.

Рис. 1. Динамика роста растений по неделям

Уже в первую неделю наблюдений растения, выращиваемые при динамическом спектре, превосходили по высоте растения, находившиеся под воздействием оптимального и универсального спектров. Аналогичная тенденция сохранялась и на четвёртой неделе, что указывает на более благоприятные условия раннего развития при поэтапном изменении спектра. Оптимальный для сорта «Ямал-200» спектр обеспечивал умеренные темпы роста и занимал промежуточное положение, тогда как универсальный спектр характеризовался наименьшими значениями высоты на всех этапах наблюдений.

Анализ листообразования подтвердил закономерности роста растений. Средние значения общего количества листьев и количества настоящих листьев по неделям представлены в таблице 2.

Таблица 2

Динамика изменения общего количества листьев по неделям представлена на рис. 2.

Рис. 2. Динамика листообразования растений

В первые две недели выращивания наибольшая интенсивность формирования листового аппарата наблюдалась у растений, освещаемых динамическим спектром с преобладанием синего излучения, что способствовало активной закладке листьев и формированию компактного габитуса растений. При оптимальном и универсальном спектрах листообразование происходило менее интенсивно, что отражено в более низких средних значениях числа листьев (рис. 2). На третьей и четвёртой неделях, при увеличении доли красного компонента в динамическом спектре, сохранялась тенденция к более активному формированию листьев по сравнению с постоянными режимами освещения.

Для оценки устойчивости выявленных различий и наглядного сравнения вариантов освещения на финальном этапе эксперимента были использованы диаграммы размаха (boxplot-диаграммы), отражающие распределение максимальных значений высоты растений и количества листьев (рис. 3).

Рис. 3. Диаграммы размаха (boxplot-диаграмма) максимальных значений при различных режимах освещения: А — высота (см) растений; Б — количество листьев растений

Анализ диаграмм показал, что при динамическом спектре медианные значения обоих показателей превышали соответствующие значения при оптимальном и универсальном спектрах, а внутригрупповая вариабельность была менее выраженной.

Таким образом, результаты эксперимента показали, что применение динамического спектра светодиодного излучения при выращивании томата сорта «Ямал-200» обеспечивает более благоприятные условия для роста и развития растений по сравнению с постоянными спектральными режимами. Последовательное изменение соотношения спектральных компонентов с учётом стадий онтогенеза способствовало формированию более развитого листового аппарата на ранних этапах и интенсификации ростовых процессов в последующий период, что выражалось в более высоких средних значениях высоты растений и количества настоящих листьев. Полученные данные подтверждают целесообразность использования динамического спектра освещения как эффективного приёма управления ростом растений в условиях искусственного освещения.

Литература:

1. Козлова, И. В. Влияние освещения различными типами ламп на рост и развитие растений томата // Рисоводство. 2022. № 1 (54). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-osvescheniya-razlichnymi-tipami-lamp-na-rost-i-razvitie-rasteniy-tomata /
2. Курьянова, И. В., Олонина С. И. Оценка влияния различных спектров светодиодного светильника на рост и развитие овощных культур // Вестник НГИЭИ. 2017. № 7 (74). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/otsenka-vliyaniya-razlichnyh-spektrov-svetodiodnogo-svetilnika-na-rost-i-razvitie-ovoschnyh-kultur
3. Оптогенетика растений — светорегуляция генетического и эпигенического механизмов управления онтогенезом / Ю. Н. Кульчин, В. П. Булгаков, Д. О. Гольцова, Е. П. Субботин // Вестник ДВО РАН. 2020. № 1 (209). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/optogenetika-rasteniy-svetoregulyatsiya-geneticheskogo-i-epigenicheskogo-mehanizmov-upravleniya-ontogenezom
4. Оценка влияния факторов световой среды на эффективность выращивания рассады томата / А. Е. Маркова, А. П. Мишанов, Е. Н. Ракутько, С. А. Ракутько // АгроЭкоИнженерия. 2020. № 1 (102). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/otsenka-vliyaniya-faktorov-svetovoy-sredy-na-effektivnost-vyraschivaniya-rassady-tomata
5. Томат Ямал // Строй подсказка: [сайт]. — URL: https://stroy-podskazka.ru/tomaty/sorta/yamal/