Все ростовые процессы и накопление сухого вещества растением связаны с фотосинтезом. В процессе фотосинтеза создается около 95 % органической массы урожая и аккумулируется вся энергия, накапливаемая в организме. Поэтому при выращивании растений в теплицах основное внимание должно быть уделено повышению их фотосинтетической деятельности. Исследованиями ряда авторов установлено, что тепличные культуры, в частности огурец и томат, обладают пониженной способностью к фотосинтезу. Интенсивность его у этих культур, выращиваемых в теплицах, в 1,5-2 раза ниже, чем у растений, выращиваемых в открытом грунте. Это объясняется прежде всего тем, что в тепличных условиях освещенность значительно ниже, чем в естественных.
В естественных условиях интенсивность поглощения углекислого газа растениями превышает 40 мг на 1 дм2 листовой поверхности в час, тогда как тепличными растениями, как показали наши исследования, поглощается его не более 20 мг, и только при особо благоприятных условиях - 30 мг/дм2 в час.
Особенно резко снижается фотосинтетическая деятельность тепличных растений в осенне-зимний период, когда интенсивность освещения резко падает.
В теплицах можно создавать более благоприятные условия для фотосинтеза растений, влияя тем самым на их продуктивность.
К факторам внешней среды, влияющим на фотосинтез, относятся освещение, концентрация углекислого газа в воздухе теплиц, температурный режим и режим влажности в теплицах, условия минерального питания и водоснабжения растений.
Условия внешней среды, особенно температура и влажность воздуха, субстрата, а также освещение оказывают влияние на интенсивность фотосинтеза и накопление пигментов, в частности хлорофилла в листьях растений.
Особо важную роль для тепличных растений имеет интенсивность солнечной радиации, которая является источником света и тепла.
При достаточном количестве света фотосинтез в растениях проходит во много раз энергичнее, чем дыхание, поэтому в них накапливаются органические вещества. По мере снижения интенсивности освещения фотосинтез ослабевает и наконец наступает такой момент, когда интенсивность фотосинтеза и дыхания становятся одинаковыми. Такое состояние равновесия, как известно, называется компенсационной точкой. При дальнейшем понижении интенсивности освещения начинает преобладать процесс дыхания над процессом фотосинтеза. Растения вместо накопления органических веществ расходуют их, вследствие чего у них сначала прекращается рост и опадают листья, а затем они погибают. Повышенная температура в теплицах при недостатке света способствует ускорению процесса дыхания растений.
В условиях защищенного грунта к выращиванию рассады огурца и томата приступают в начале декабря, т. е. во время, когда накопление сухой массы растениями находится почти на компенсационном уровне.
Чтобы восполнить недостаток света, необходимо осуществлять ряд мероприятий, в частности: облучение рассады лампами дневного света, очистку кровли теплиц от пыли и копоти, подкормку растений углекислым газом и растворами макро- и микроэлементов (некорневые подкормки).
Большое влияние на фотосинтез оказывает температура воздуха. От температурных условий зависит процесс новообразования хлорофилла. Низкие температуры, воздействуя на синтез и деятельность хлоропластов, подавляют процессы фотосинтеза огурца.
Установлено, что на процесс фотосинтеза отрицательное влияние оказывает не только низкая, но и высокая температура. По данным многих авторов, благоприятной для ассимиляции веществ огурцом и томатом является температура от 20 до 35 °С с оптимумом 25-30 °С. Повышение ее свыше 35 °С ведет к замедлению фотосинтеза, а затем к полному его прекращению.
Отрицательное действие высоких температур на фотосинтетическую деятельность растений обусловливается угнетением ростовых процессов и замедлением утилизации продуктов фотсинтеза на построение более сложных органических веществ.
Некорневая подкормка растений
Установлено, что растения способны поглощать элементы питания не только корневой системой, но и листовой поверхностью. Наши исследования показали, что сосущая сила листьев даже при хорошем обеспечении растений водой pавнa 294-392 кПа, а в жаркую погоду она повышается до 440-657 кПа. Поэтому при опрыскивании растений раствором минеральных удобрений листья быстро впитывают их.
В листьях осуществляется большинство жизненных процессов растительного организма, определяющих его рост, развитие и урожай. Преимущественное количество биохимических процессов в живых клетках протекает при участии ферментов. От их активности зависит характер обмена веществ в растении, а значит, темпы его развития и скорость накопления сухой массы урожая.
Опрыскивание листовой поверхности растений раствором макро- и микроэлементов повышает синтетическую деятельность растений. Это обстоятельство имеет огромное значение при выращивании овощей в защищенном грунте, так как тепличное растение обладает пониженной способностью к фотосинтезу.
Некорневые подкормки растений минеральными удобрениями создают благоприятные условия для роста и развития растений. Имеется немало данных, подтверждающих несомненную эффективность данного приема для повышения урожайности возделываемых культур.
В результате применения некорневых подкормок растворами макро- и микроэлементов урожайность огурца и томата повышается на 15,5-18,5%, а также увеличивается товарность плодов. Кроме того, повышается устойчивость их к неблагоприятным условиям среды, улучшается качество продукции, снижается процент пораженных болезнями плодов. Так, при опрыскивании огурца растворами макро- и микроэлементов наличие растений, пораженных антракнозом и бактериозом, сократилось вдвое. Если количество больных растений на контроле (опрыскивание водой) составляло 12,1%, то при подкормке растворами макро- и микроэлементов - 6,4%. Так же резко сокращалось количество пораженных болезнями плодов при опрыскивании растений 0,1%-ным раствором молибденовокислого аммония.
Нитраты в растениях восстанавливаются в аммиак. Этот процесс регулируется ферментом нитратредуктазой, в состав которой входит молибден. Когда растения питаются аммиачным азотом, потребность в молибдене резко снижается, и наоборот, при питании нитратным азотом - повышается. В питательных же растворах основным источником азота является нитратный азот. На часть аммиачного азота берется три части нитратного, в связи с чем возникает острая необходимость в молибденовых подкормках.
Физиолого-биологическая сущность некорневой подкормки растений пока еще недостаточно изучена. Многие исследователи склонны объяснить сущность действия тех или иных элементов, поступающих в листья при некорневой подкормке, так же, как его объясняют при поглощении этих элементов корнями растений. Это едва ли правильно. Соединения фосфора, азота и других элементов, поглощаемые корнями растений из субстрата, проходят длительный путь и, естественно, испытывают превращения прежде, чем достигнут листьев. При некорневой подкормке они поступают непосредственно в главную лабораторию зеленого растения - в ассимиляционный аппарат. Здесь они не только влияют на важнейшие процессы обмена веществ, но и включаются в них.
Многие исследователи считают, что, выращивая растения на искусственных субстратах при усиленном корневом питании, эффективность некорневой подкормки снижается. Чем лучше питаются растения, тем активнее они отзываются на некорневую подкормку, потому что вещества, попадающие в листья из растворов, играют, по-видимому, не столько роль элементов питания, сколько роль стимуляторов. Этот вопрос представляет большой интерес и нуждается в специальных исследованиях.
При некорневой подкормке большое значение имеет правильный выбор солей, концентрация раствора, количество и соотношение питательных элементов.
Удобрения и соли, применяемые для некорневых подкормок, должны быть хорошо растворимы в воде и гигроскопичны. Чем выше эти показатели, тем лучше происходит поглощение листьями питательных элементов. Дело в том, что при некорневых подкормках раствор, который наносят на поверхность листьев, быстро высыхает и на листовой поверхности остается сухой осадок солей. Если соли, образовавшие на листьях осадок, имеют высокую гигроскопичность и растворимость, то, поглощая водяные пары при повышенной влажности воздуха, они возобновляют ионный обмен на поверхности листа.
Из азотных удобрений для некорневой подкормки пригодны аммиачная селитра, мочевина и молибденовокислый аммоний. Опрыскивание листьев огурца мочевиной активизирует процессы азотного обмена, в частности приводит к усиленному образованию свободных аминокислот, содержащих сульфогидрильные группы, которые играют важную роль в обмене веществ.
Амидный азот синтетической мочевины может включаться непосредственно в процессы азотного обмена аналогично аспарагину и глютамину, минуя стадию предварительного превращения мочевины в аммиак.
Подкормки огурца путем опрыскивания мочевиной в концентрации 15-20 г на 10 л воды вызывают омоложение растений и усиливают ростовые процессы. Очень хорошие результаты дает некорневая подкормка огурца 0,1 %-ным раствором молибденовокислого аммония, в результате которой не только усиливаются ростовые процессы растений, но и снижается поражаемость их антракнозом и бактериозом.
Из фосфорных удобрений для некорневой подкормки можно использовать очень гигроскопичные и хорошо растворимые в воде соли фосфорной кислоты (калий фосфорнокислый двухзамещенный и однозамещенный), а также водную вытяжку суперфосфата (на одну часть суперфосфата берется 10 частей воды), что соответствует концентрации фосфора 0,8-0,9 %. Последнюю готовят за 2-3 суток до опрыскивания, периодически перемешивают. Из калийных удобрений для некорневой подкормки используют хлористый калий, содержащий 41-50 % калия.
При некорневой подкормке большое значение имеет концентрация раствора. Растворы высокой концентрации вызывают ожоги листьев, а при слабой не всегда достигаются положительные результаты. Для огурца лучшей концентрацией раствора является 0,25-0,30 %, а для томата 0,3-0,35 %. При некорневой подкормке огурца и томата используют такой рецепт раствора: на 10 л воды дают 10-12 г суперфосфата, 8 - сульфата калия, 5-7 - аммиачной селитры или 15-20 г мочевины и 7 г сульфата калия.
Для опрыскивания растений в ранние фазы роста и развития используют растворы меньшей концентрации, чем для взрослых растений.
В состав раствора макроэлементов раз в месяц необходимо добавлять и микроэлементы, для чего готовят маточный раствор их. На 1 л воды, подкисленной серной кислотой до рН4, берут 2,9 г борной кислоты, 1,9 - сульфата марганца, 0,2 - сульфата цинка, 0,2 г сульфата меди. В этот раствор, кроме перечисленных солей, добавляют 1,5-1,7 г отдельно растворенного в горячей воде лимоннокислого или сернокислого железа. Если при некорневой подкормке в составе макроэлементов отсутствуют соли фосфорной кислоты, к микроэлементам добавляют 6-8 г молибденовокислого аммония. Наличие фосфора в растворе осаждает соли молибдена и других микроэлементов. На 10 л раствора макроэлементов берут 100 мл маточного раствора микроэлементов. На теплицу площадью 1000 м2, занятую огурцом, расходуют 250-300 л раствора.
Пока не решен вопрос, когда проводить некорневую подкормку растений. Одни исследователи считают, что ее лучше проводить вечером, когда в листьях существует некоторый водный дефицит, другие рекомендуют опрыскивать растения утром. Ясно, что листья, испытывающие водный дефицит, обладают большой сосущей силой и потому должны быстрее впитывать питательный раствор со своей поверхности, чем листья, насыщенные водой. Как показали исследования, сосущая сила листьев огурца изменяется на протяжении дня. Так, в 11 ч 3 минут у огурца она составляет 219,5, в 16 ч - 439 кПа.
При опрыскивании растений в жаркие солнечные дни, когда испарение влаги с поверхности листа увеличивается, некорневая подкормка не дает желаемых результатов и даже может вызывать ожоги листьев.
Из сказанного можно сделать вывод, что некорневую подкормку растений в теплицах целесообразно проводить в пасмурные дни или в вечерние часы.
При обработке растений пестицидами против мучнистой росы, паутинного клеща и тли их одновременно подкармливают мочевиной, вытяжкой суперфосфата, хлористым калием и сульфатом магния по вышеизложенному рецепту некорневым способом. При опрыскивании огурца сернистыми препаратами против мучнистой росы листья растений быстро стареют. Прибавление в раствор пестицидов, мочевины и других микроэлементов дает положительные результаты.
Формирование фотосинтетического аппарата растений в гидропонной культуре
Современные достижения в области физиологии и биохимии растений показали, что основным компонентом, определяющим оптические свойства листьев, являются фотосинтетические пигменты, содержащиеся в хлоропластах, изменение которых оказывает определенное влияние на продуктивность растений.
Оптимальные условия водно-воздушного режима и корневого питания растений в условиях гидропоники существенным образом влияют на биосинтез пигментов. Фотосинтетический аппарат растений в условиях гидропонной культуры, по нашим данным, отличается резко повышенным количеством зеленых и желтых пигментов и каротиноидов по сравнению с почвенной культурой.
Существует тесная связь между усиленным корневым питанием, мощным развитием растений в условиях гидропоники и интенсивностью образования пигментов в листьях растений.
Минеральное питание растений оказывает прямое и косвенное влияние на фотосинтез и накопление биомассы, которое обусловливается тем, что многие важные элементы (азот, сера, фосфор и магний) входят в состав хлоропластов, а другие элементы (калий, железо, бор, цинк, молибден и марганец), хотя и не входят в состав белково-хлорофиллового комплекса, однако оказывают большое влияние на накопление хлорофилла и повышают его стойкость к разрушению. Калий, кроме того, влияет на обводненность плазмы, освобождение листьев от продуктов фотосинтеза и превращение их в более сложные органические вещества. Для изучения влияния минерального питания на формирование фотосинтезирующих пигментов была проведена серия опытов с культурой огурца и томата в гидропонных теплицах. В этих целях рассаду огурца выращивали гидропонным методом. Три раза за период выращивания рассады через 7 дней были проведены подкормки растворами различных солей.
Некорневые подкормки рассады огурца растворами солей благоприятно воздействовали на накопление фотосинтетически активных пигментов. Максимальный эффект наблюдался при опрыскивании растений раствором макро- и микроэлементов. Опрыскивание растений мочевиной и сернокислым магнием также способствовало значительному увеличению накопления пигментов. Опрыскивание растений фосфорнокислым калием незначительно повлияло на накопление пигментов, зато при этом заметно изменилось соотношение зеленых и желтых пигментов в сторону увеличения последних. Некорневая подкормка рассады сернокислым железом не оказала воздействия на накопление зеленых пигментов, однако при этом несколько увеличилось содержание каротиноидов.
На основании экспериментальных данных, полученных при изучении влияния отдельных элементов минерального питания, можно сделать вывод, что чем больше растения обеспечены азотом и магнием, тем больше хлорофилла образуется в листьях.
В опытах по изучению влияния различных питательных смесей на формирование фотосинтезирующих пигментов у томата при беспочвенной культуре установлено, что все питательные растворы благоприятно влияют на биосинтез фотосинтетически активных пигментов.
Наибольший эффект наблюдался при использовании дифференцированного раствора Алиева и раствора Чеснокова и Базыриной, где увеличение количества пластидных ферментов в листьях томата достигало 15-16 %. Питательный раствор Гейслера оказался менее эффективным. При его использовании наблюдалось некоторое торможение биосинтеза пигментов, что можно объяснить непомерно высоким содержанием в питательной смеси калия (350 мг/л) при слабом обеспечении растений азотом (100 мг/л).
Как уже отмечалось, при недостаточном азотном питании значительно уменьшается содержание пигментов в листьях. Недостаток калия мало влияет на концентрацию хлорофиллов и каротиноидов, а дефицит фосфора приводит к некоторому повышению их содержания.
Усиленное азотное и магниевое питание на умеренном фоне фосфорно-калийного (раствор Алиева и Чеснокова) способствует повышению содержания пигментов в листьях.