Рост и развитие растений тесно связаны с условиями внешней среды. Основными из них являются: свет, тепло, воздух, питательные вещества и вода. Они представляют собой тот комплекс факторов, без которого существование растений невозможно. Знание условий существования растительных организмов и умение создавать эти условия соответственно требованиям растений - важнейшая задача агрономической науки и практики.

В зависимости от биологических особенностей овощные культуры предъявляют неодинаковые требования к условиям внешней среды. Огурец, например, лучше растет и развивается в условиях, приближающихся к климату влажных субтропиков, т. е. для роста и развития требует высоких температур, влажного воздуха и короткого дня. Томат лучше себя чувствует в условиях сухих субтропиков, т. е. при высокой температуре днем и пониженной ночью, хорошей освещенности, укороченном дне и относительно низкой влажности воздуха. Капуста успешно произрастает в условиях умеренного климата.

Овощные культуры резко реагируют на изменение внешних условий: температуры, освещенности, обеспечения водой и элементами питания. Именно этими факторами определяются рост и развитие растений и в конечном счете их урожайность. Все они равнозначны, и ни один из них не может быть заменен другим.

Температура воздуха. Температура воздуха является важным фактором, определяющим темпы роста и развития растений, скорость ассимиляции углекислого газа, синтеза органических веществ, поступление воды и дыхание (диссимиляция). Разность между ассимиляцией и диссимиляцией характеризует увеличение сухой массы растения.

Овощные растения в зависимости от вида, сорта, происхождения, фазы роста и развития, интенсивности освещения и способов выращивания предъявляют различные требования к температуре.

Семена огурца и томата начинают прорастать при температуре 13-14 °С, наиболее энергично они прорастают при температуре 25-30 °С. После появления всходов растениям нужна более низкая температура, чем во время их появления. В первый период жизни, не имея достаточных запасов хлорофилла, растения питаются в основном веществами, отложенными в семенах.

Повышенная температура в этот период усиливает ростовые процессы, в результате чего надземные органы растения вытягиваются, а корневая система развивается слабо. Вытянувшиеся растения имеют крупные клетки с тонкостенными оболочками. Они менее устойчивы к неблагоприятным воздействиям внешней среды, больше поражаются болезнями и повреждаются вредителями, плохо растут, поздно вступают в пору плодоношения и дают низкий урожай. Некоторое понижение температуры после появления всходов способствует относительно более сильному росту корней, чем надземной массы.

После появления первых настоящих листочков, способных ассимилировать углекислоту, темпы роста корневой и надземной систем резко возрастают, в связи с чем растения нуждаются в более высокой температуре. Повышенная температура воздуха необходима растениям и в период формирования репродуктивных органов - цветков, плодов и семян, а также в период плодоношения.

Повышенная температура в сочетании с хорошей освещенностью способствует быстрому накоплению пластических веществ. В пасмурные дни при слабой освещенности темпы ассимиляции резко снижаются, а ночью она совсем прекращается. Следовательно, температуру в теплицах в солнечную погоду днем надо повышать, а в пасмурную погоду и ночью - снижать.

В теплицах при высокой температуре в ночное время у томата замедляется передвижение углеводов и происходит опадание цветков и плодов. Понижение температуры в теплицах ночью ослабляет транспирацию и тем самым способствует улучшению их роста. При низкой температуре воздуха в теплице днем подавляются процессы фотосинтеза теплолюбивых культур.

Из приведенных данных видно, что оптимальный температурный режим в теплицах позволяет удерживать обмен веществ на нормальном уровне и тем самым обеспечивать наилучший рост, развитие и высокую продуктивность возделываемых культур.

Температура субстрата и питательного раствора. Температура субстрата и питательного раствора оказывает сильное влияние на жизнедеятельность растений, так как в живом организме все процессы находятся в определенной зависимости от температуры. Повышение ее до известных пределов вызывает ускорение основных процессов жизнедеятельности - ассимиляции и дыхания.

Существует тесная связь поглощения элементов минерального питания от температуры корнеобитаемого слоя. С повышением температуры субстрата поглощение питательных веществ растениями резко увеличивается, и наоборот, снижается поглощение фосфора и нитратного азота при температуре субстрата 13-15 °С. При низкой температуре лучше других элементов усваиваются кальций и калий.

Весьма чувствительны к снижению температуры субстрата растения огурца. При кратковременном се снижении до 10-15 °С резко ослабляются ростовые процессы, при длительном - начинается отмирание корневой системы растений.

Низкие температуры влияют на поглотительную способность корней не только во время их действия, но и в последующий период. Это явление связано с изменением интенсивности дыхания тканей корней и других органов растения, процессов обмена, синтеза и гидролиза, роста и развития его.

Поглощение и накопление веществ в клетке происходит в процессе жизнедеятельности протоплазмы. При понижении температуры повышается ее вязкость и, следовательно, ухудшается обмен веществ.

Необходимо отметить, что с возрастом чувствительность растений к температуре субстрата изменяется. У молодых растений томата при температуре 30 °С корни лучше растут, чем при 20 °С, а у взрослых - наоборот. При 10 °С рост его корней угнетается на всех фазах развития.

В гидропонных теплицах температура субстрата при выращивании рассады огурца должна составлять 20-23 °С, а в период завязывания плодов 20-22 °С и в период плодоношения 22-24 °С. Температура субстрата для выращивания томата во все периоды должна быть на 2-3° ниже по сравнению с температурой субстрата для огурца. Резкое колебание температуры субстрата вызывает растрескивание корневой шейки огурца.

Большинство овощных культур хорошо растет и развивается, когда температура субстрата на 2-3°С ниже температуры воздуха. Более высокая температура субстрата по сравнению с воздухом приводит к преждевременному старению растений. Это объясняется тем, что при высокой температуре корневая система для дыхания расходует много углеводов, необходимых для образования ассимиляционного аппарата.

Подогрев субстрата в гидропонных теплицах осуществляется с помощью металлических труб диаметром 20 мм, уложенных на глубине 50 см в асбоцементные трубы. Расстояние между трубами 70-80 см. Их соединяют с отопительной системой теплиц. Если в зимнее время возникает необходимость в подогреве субстрата, то летом растения страдают из-за его высокой температуры. При температуре свыше 29 °С рост растений замедляется. При температуре 38-40 °С поглощение воды и питательных веществ прекращается.

При высокой температуре субстрата снижается поглотительная способность корней, в связи с чем уменьшается интенсивность транспирации листьев, и растения начинают увядать. Для снижения температуры воздуха и субстрата кровлю культивационных сооружений затеняют, разбрызгивая суспензию мела. В теплицах с побеленной таким способом кровлей температура воздуха и субстрата снижается на 4-5 °С.

Недостатком этого способа является то, что суспензия мела на поверхности стекла остается довольно длительное время. В пасмурную погоду от такого притенения ухудшается освещенность в теплицах, что в свою очередь снижает интенсивность фотосинтеза растений. Кроме того, во время интенсивных дождей мел полностью смывается.

Были проведены опыты по использованию стекла, поглощающего тепловые лучи. Это не дало желаемых результатов, так как стекло, поглощая тепловые лучи, быстро нагревается и повышает температуру воздуха в теплице. Чтобы такое притенение было эффективным, в жаркие дни следует отводить тепло, смывая поверхность стекла водой, что способствует снижению температуры воздуха в теплицах на 5-10 °С.

Одним из наиболее эффективных способов снижения температуры воздуха в теплицах летом является испарительное охлаждение в теплицах. При этом часть воды испаряется в воздухе сразу, остальное количество ее испаряется после осаждения на растения или субстрат. Для испарения воды расходуется тепло, вследствие чего охлаждаются субстрат и воздух. За счет испарения увеличивается относительная влажность воздуха, которая благоприятно действует на траспирацию растений и способствует хорошему росту и плодоношению огурца.

Испарительное охлаждение воздуха снижает температуру листьев в теплицах без вентиляции на 4-6°С и с естественной вентиляцией - на 10-12 °С.

Обычно при увлажнении субстрата питательным раствором верхний 2-3-сантиметровый слой остается сухим. Летом в жаркие дни для снижения температуры этот слой периодически смачивают, что способствует охлаждению субстрата.

Значение света и искусственное досвечивание растений

Для нормального роста и развития растениям необходим свет определенного спектрального состава и достаточной интенсивности. От этих показателей зависит питание растения, его рост, развитие и урожайность.

Астрономическая продолжительность дня в пределах нашей страны очень различная и зависит от географической широты и времени года. На юге она колеблется от 10 до 14 ч, а в средней полосе летом достигает 16-17 ч, зимой уменьшается до 6-7 ч. Однако продолжительность дня, используемая растением для накопления органических веществ в процессе фотосинтеза, значительно меньше астрономической. Летом она составляет 14, зимой не более 3 ч в сутки.

Помимо продолжительности дня, на интенсивность естественного излучения влияет облачность, осадки, загрязнение воздуха дымом и пылью. Даже при ясной погоде часть солнечного излучения поглощается атмосферой. При облачной погоде много солнечных лучей отражается в пространство или поглощается облаками. Даже незначительная облачность ослабляет поток солнечных лучей в 2-4 раза, а дождевые облака в 5-8 раз и более.

Большинство тепличных растений в зависимости от физиологических особенностей растут и плодоносят при освещенности 8-12 тыс. лк. Такой мощности поток наблюдается с конца февраля по октябрь. Зимой освещенность на поверхности земли на открытом месте в полдень достигает 4-5 тыс. лк, что примерно в 15 раз меньше освещенности в эти же часы летом. Еще меньше лучистой энергии попадает на землю в утренние и послеполуденные часы. Освещенность теплиц в это время совсем низкая. Вследствие отражения и поглощения света стеклом она уменьшается примерно наполовину по сравнению с освещенностью на открытом месте. Около 10 % света отражается стеклом, 10 % поглощается конструкцией теплиц. При потере 30 % света из-за загрязнения кровли теплиц общие потери составляют 50 %. Если на почву поступает 20 % света, то на долю растения остается всего 30 %.

Большое значение для процессов развития растений имеет спектральный состав радиации. Солнечные лучи, как известно, представляют собой электромагнитные излучения с волнами различной длины. Область солнечного спектра, соответствующая волнам длиной до 380 нм, называется ультрафиолетовым излучением, 380-780 - видимая область спектра и 780-1100 нм - ближняя инфракрасная область излучения. Последние несут в основном тепловую энергию. Наиболее важным для жизни растений является видимая часть солнечного излучения, которая воспринимается человеческим глазом как свет. Ее часто называют физиологической радиацией, или фотосинтетически активной радиацией (ФАР), так как многие физиологические процессы не могут проходить без видимого излучения света.

Инфракрасное излучение стимулирует ростовые процессы и способствует ускоренному цветению растений и созреванию плодов. Ультрафиолетовое излучение влияет на растение слабее, чем инфракрасное.

Ультрафиолетовое излучение с волнами длиной от 10 до 250 нм губительно для растений. Однако, как утверждают специалисты, ультрафиолетовое излучение с волнами длиной 300-380 нм, т. е. примыкающими к видимой части спектра, положительно влияет на процессы формирования растений, в частности предотвращает их вытягивание. Интенсивность солнечного излучения изменяется в зависимости от географической широты, времени года и других факторов.

Осенью солнечная радиация более богата ультрафиолетовыми лучами, чем весной. В зимние месяцы в полуденное время ультрафиолетовых лучей в 20, сине-фиолетовых - в 5, видимых лучей спектра - в 3 и тепловых в 2,5 раза меньше, чем в летнее время.

Условия освещения растений в сооружениях защищенного грунта зависят от многих факторов, в частности от выбора участка под теплицы, размещения сооружений, угла наклона кровли, качества стекла, его загрязнения, размещения растений в теплицах и т. д. Сооружения защищенного грунта располагают так, чтобы в них проникало как можно больше прямых солнечных лучей. Желательно, чтобы участок имел небольшой уклон на юг (5-7 °). В этих условиях солнечные лучи падают в большом количестве на единицу остекленной поверхности.

Ангарные и блочные теплицы располагают коньком с севера на юг, что обеспечивает доступ большого количества солнечных лучей и более равномерное освещение в утренние и вечерние часы. Немаловажное значение для проникновения солнечных лучей в теплицы имеет угол наклона кровли.

Конструкция теплиц должна быть рассчитана на наиболее темный период года и на рассеянное излучение. Теоретически полусферические теплицы были бы идеальны, по строительство их конструктивно очень сложно. Угол наклона кровли 25-30° обеспечивает лучшую освещенность в течение года. Увеличение его нежелательно. При этом образуются тени и, кроме того, строительство таких теплиц требует больше строительного материала и обходится дороже. Кровля теплиц должна быть ажурной и не притенять растения.

Досвечивание растений и светокультура. Слабая интенсивность естественного излучения и короткий день в течение осенне-зимнего периода не позволяют выращивать в теплицах овощные растения без дополнительного освещения. В настоящее время искусственное досвечивание широко применяется в средней части и северных районах нашей страны при выращивании рассады.

Источником искусственного досвечивания растений служат электрические лампы различных типов. Для успешного роста и развития растений эти источники должны обладать следующими свойствами: иметь спектральный состав излучения ламп, в наибольшей степени способствующий прохождению основных физиологических процессов; содержать все участки видимого излучения с преобладанием красных, синих и фиолетовых лучей, а также небольшую часть длинной ультрафиолетовой и короткой инфракрасной радиации (300-1000 нм); не излучать большого количества тепла, так как систематическое перегревание растений нарушает нормальный обмен веществ, приводит к преждевременному цветению, плодоношению и, как правило, к снижению урожая; быть экономичными, создавать достаточную освещенность при возможно меньшем потреблении электроэнергии; как можно меньше затенять растения от естественного света; не мешая уходу за растениями, обеспечивать равномерное освещение растений; соответствовать требованиям техники безопасности в помещениях с высокой влажностью воздуха.

Для облучения растений начали применять ксеноновые лампы водяного или воздушного охлаждения, лампы с добавлением иодидов металлов. Добавление йодистого калия и йодистого натрия повышает их светоотдачу. Эти лампы называют еще металлогалоидными.

Перспективны лампы, совмещающие иодиды натрия, лития и индия с трехфазным током мощностью от 200 до 10000 Вт. Одним из вариантов таких ламп, созданных для облучения растений, служат лампы, которые имеют добавки иодидов лития и индия.

Каждая лампа ЛОР-1000 облучает рассаду на площади 15-20 м². При их эксплуатации сокращается количество эксплуатируемых ламп, на 40 % снижаются затраты электроэнергии на единицу площади, уменьшается затенение растений осветительной арматурой и т. д.

Скорость роста и развития рассады огурца и томата, выращиваемых зимой, зависит от количества излучения, получаемого растениями, выражаемого произведением интенсивности излучения на его продолжительность.

В наших опытах при применении искусственного досвечивания рассады томата по 12 часов в сутки в течение 60 дней при интенсивности освещения 6 тыс. лк на 1 м² первые цветочные кисти образовывались через 65 дней после всходов, тогда как у растений, не получавших облучения, они образовывались через 85-90 дней.

От искусственного облучения зависит место заложения цветочной кисти на стебле. У растений, выращиваемых без досвечивания, первая цветочная кисть сформировалась над 8-9-м, вторая - над 11-12-м листом, а у выращиваемых при искусственном досвечивании - соответственно над 6-7 и 8-9-м листом, что значительно ускоряло их плодоношение.

Аналогичные результаты получены при выращивании рассады огурца. Режим досвечивания различными источниками существенным образом повлиял на рост и развитие рассады.

Ростовые процессы при различных источниках облучения довольно хорошо коррелировали с показателями накопления пластичных пигментов.

Содержание хлорофиллов а и в при облучении лампами ЛД-80 составляло 2,73 мг/г, лампами ДРЛФ-400 - 2,15 и лампами ДРЛФ-400 + лампы накаливания - 2,78 мг/г сырой массы. Такой биосинтез хлорофилла можно объяснить различием спектра и интенсивности излучения этих ламп. Синтез хлорофилла быстрее протекает под действием излучения в красном, а каротиноидов в синем участке спектра.

Во всех случаях применение искусственного досвечивания позволяет сократить сроки выращивания рассады на 15-20 дней и значительно повышает урожайность выращиваемых культур. При облучении рассады огурца лампами ЛД-80 с удельной мощностью установки 400 Вт/м² в течение 12 ч в сутки на протяжении 24 дней сбор урожая начался на 29-30-й день после посадки, тогда как без облучения на 46-й.

Себестоимость овощей при досвечивании рассады, несмотря на дополнительные расходы, снижается на 15-20%. Затраты на осветительные установки окупаются за 1-2 года.

Светокультура. Выращивание тепличных овощей с применением дополнительного искусственного освещения в последние годы становится более реальным, однако при этом овощеводы защищенного грунта сталкиваются с целым рядом нерешенных проблем, таких кик сочетание естественного и искусственного освещения, подбор источников облучения и сортов для светокультуры и т. д.

Для изучения эффективности дополнительного освещения томата были проведены опыты в производственном объединении тепличных совхозов на площади 8 тыс. м². Культуру томата после высадки на постоянное место в течение 20 дней облучали лампами с удельной мощностью установки 400 Вт/м² по 12 ч в сутки, с удельной мощностью установки 160 Вт/м² по 18 ч.

Различные условия облучения растений томата в теплицах существенным образом повлияли на процесс фотосинтеза. У растений без дополнительного освещения интенсивность фотосинтеза равнялась 12-13 мг СО₂ на 1 дм² в час, при досвечивании люминесцентными лампами - 24, лампами ДРЛФ-400 - 18 мг. При этом дневная интенсивность фотосинтеза составляла соответственно 104, 276 и 324 мг/дм²/ч.

Из полученных данных видно, что при дополнительном освещении растений в течение 20 дней плодоношение их ускорилось на 13-14 дней. В первые месяцы плодоношения отмечалась дружная отдача урожая. Разница в величине общего урожая сохранялась до конца вегетации.

Экономический анализ показал, что дополнительное облучение томата лампами для получения раннего урожая вполне возможно и экономически выгодно.

Строительство в нашей стране крупных электростанций, позволит выращивать в зимний период при полном искусственном облучении не только высококачественную рассаду, но и овощи.