VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Актуальность. На протяжении всей истории развития тепличного растениеводства происходит постоянное совершенствование технологий. В производстве защищенного грунта применяют технологии досвечивания, когда низкий уровень естественной солнечной радиации сопровождается коротким световым днем. Доказано, что использование правильно организованных технологий освещения дает ряд преимуществ. Таким образом, с одной стороны применение оптических электротехнологий ведет к повышению энергоемкости в тепличном производстве. С другой стороны полностью отказаться от применения энергии оптического излучения невозможно, исходя из свойств растений. Оптическими электротехнологиями называют процессы, в которых излучение искусственного источника света используется не только как энергетический фактор, но и как управляющей (регулирующей, стимулирующей) фактор.

В настоящее время, применение оптических электротехнологий тесно связано с вопросом об энергосбережении. В отрасли тепличного растениеводства, из-за наличия биологических объектов в энергетической системе потребления, методы энергосбережения разработаны недостаточно. Процессы облучения характеризуются малой долей полезно используемой энергии живыми организмами, которыми является растения. Поэтому поиск возможностей экономии электроэнергии в технологическом процессе выращивания тепличных растений с использованием энергии оптического излучения представляет собой весьма важную практическую задачу.

Анализ современного тепличного растениеводства показал, что повышение эффективности зависит в основном от внесенных удобрений. Это интенсифицирует продукционный процесс и формирует максимальный урожай, но сводит к минимуму возможность получения экологически чистого продукта. В этой связи вызывают, как научный, так и практический интерес исследования новых методов эффективной защиты растений, стимуляции их роста и развития на основе оптических электротехнологий.

На сегодняшний день достижения в области применение физических факторов в растениеводстве достаточно весомы. При обработке семян физическими факторами многие исследователи наблюдали: повышение энергии прорастания, всхожести, усиление фотосинтетической активности, повышение выживаемости растений, улучшение качества продукции, увеличение урожайности. Растения из семян, обработанных физическими факторами более устойчивы к заболеваниям.

Исследования проводятся по широкому спектру факторов: постоянных и переменных электрических и магнитных полей, ультразвуковых колебаний, ультрафиолетовых и инфракрасных лучей, гамма-лучей и других способов. Таким образом, при большом многообразии физических методов обработки семян и растений, остается проблема выбора устройств, отличающихся эффективностью, простотой конструкции, большой производительностью, малыми габаритами, невысокой стоимостью и большой надежностью.

К настоящему времени накоплен большой, так или иначе характеризующий процессы, протекающие в семенах, растущих растениях, подвергнутых воздействию данных факторов. Однако сведений о влиянии на жизнедеятельность семян видимой частью спектра не так уж много. Нами не найдено работ по воздействию видимой части спектра на семена, всходы, сеянцы тепличных растений.

В настоящее время в научной литературе имеется довольно сведений об успешной светостимуляции роста и развития различных видов растений в условиях биотехнологических лабораторий при использовании в установках светодиодных ламп. Тем не менее, применение светодиодов, как метод стимуляции семян и производства посадочного материала в виде рассады, находится на этапе своего становления. Светостимуляция на основе светодиодов является перспективным направлением в связи с возможностью разработки инновационных технологий. С появлением светодиодных ламп появилась возможность варьировать энергию оптического излучения, как по спектру, так и по интенсивности.

При всём многообразии используемых источников, до сих пор не предложено системы эффективных величин для оценки действия на семена излучения различного спектрального состава. Такая система эффективных (редуцированных) величин позволит, во-первых, определить КПД источников, уже применяемых для облучения семян, во-вторых – создать научную основу для разработки более совершенных облучательных и светостимулирующих установок, и, в-третьих, понять механизм взаимодействия излучения и биовещества.

В основе такой системы лежит кривая чувствительности семян к одному из факторов режима световой стимуляции, либо к соотношению данных факторов. Учёт данной кривой и других оптических спектральных свойств семян позволит увеличить эффективность их предпосевной обработки. Кроме того, полученные знание позволят существенно дополнить научные знания о процессах прорастания семян растений, понять, какие факторы ответственны за ростовые процессы, как происходит стимуляция увеличения продуктивности, каковы видовые признаки этой стимуляции и другие особенности. При анализе научной литературы обнаружено небольшое количество сообщений о воздействии переменных физических факторов используемых для стимуляции семян. В частности нами не найдено применение переменного светового поля видимой части спектра на семена и рассаду для создания посадочного материала тепличных растений.

Понятие облучательной установки подразумевает наличие источника оптической энергии и объекта воздействия. На самом деле связь между источником излучения и биологическим объектом осуществляется при помощи технических средств: светотехнического оборудование, устройств, механизмов, конструкций и положения рабочей поверхности относительно источника. Таким образом, сформулируем представление об установке переменного облучения – это комплексное понятие, которое включать в себя источник света и растение, но и средства, с помощью которых осуществляется изменение параметров энергии и формирование потока оптического излучения во времени в объеме теплицы.

Таким образом, в рамках рассматриваемых проблем была разработана новая светостимулирующая технология на основе оптической элетротехнологии с применяем переменного способа облучения. Данная технология учитывает:

• объект исследования – определенный сорт томатов;

• способ воздействия – переменные световые режимы;

• установка с регулируемой рабочей (облучаемой) поверхностью;

• определенный этап развития томатов (сеянцы, всходы, рассада), на каждом из них длительность и интенсивность облучения меняется в течение вегетационного периода;

• длительность работы установки переменного облучения в течение светового дня;

• режим работы (ритм облучения) установки переменного облучения за время работы облучательной установки;

• контроль реакции растения на создаваемый световой режим.

Разработанная установка светостимуляции переменного облучения имеет ряд преимуществ перед ранее созданными, а именно:

• простотой конструкцией, малыми габаритами, невысокой стоимостью, большой надежностью, следовательно, появляется возможность использования для небольших частных теплиц и фермерских хозяйств;

• возможность варьировать как по качеству спектрального состава, так и по интенсивности воздействия, а так же регулировать динамику, ритм, длительность влияния на семенной материал тепличных растений;

• в устройстве установки существует возможность перемешать рабочую (облучаемую) поверхность относительно светодиодного светильника, это дает возможность использовать ее как для семян тепличных растений, так и на последующих стадиях развития растения (всходы, сеянцы, рассады), с последующим изменением светового режима.

Анализ опубликованного научного материала позволил сформировать рабочую гипотезу: использование светодиодной установки переменного облучения для создания особых переменных световых полей (по спектру, интенсивности, длительности) позволяет создать необходимые условия для реализации тепличными растениями своих генетически заложенных потенциальных возможностей.

Научная новизна. В работе впервые предлагается использовать для стимуляции семян и посадочного материала тепличных растений переменные световые поля, создаваемые светодиодными светильниками по трем факторам спектру, интенсивности, ритму воздействия, а так же при помощи перемещения облучаемой поверхности относительно источника света.

Перспективы практического применения. Целью исследования является разработка светостимулирующей технологии с использованием светодиодных светильников для предпосевной обработки. С последующим определением чувствительности к переменным светом полям (по спектру, интенсивности, по длительности воздействия), как эффективного средства управления биологической активностью семян тепличных растений. А также поиск теоретических основ, положений для создания системы эффективных величин оценки действия на семена излучения различного соотношения факторов создающих световой режим (спектральный состав, интенсивность, ритм воздействия). Такая система эффективных (редуцированных) величин позволит, регламентировать выбор источников света, применяемых для облучения посадочного материала (семян, всходов, сеянцев), это позволит создать научную основу для разработки более совершенных облучательных и светостимулирующих установок.

Список литературы

1. Klyuchka, E.P. Development prospects of researches variable lighting of the protected ground / Science and world. International scientific journal, № 10 (14), 2014, Vol. I. – 98-100 р.

2. Степанчук, Г.В. Оптические электротехнологии переменного облучения растений в культивационных сооружениях / Г.В. Степанчук, Е.П. Ключка, Н.Е. Пономарева / Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Азово–Черноморская агроинженерная академия (ФГБОУ ВПО АЧГАА) – Зерноград: ФГБОУ ВПО АЧГАА, 2013. – 210 с.

3. Klyuchka E.P., Stepanchuk G.V. Improvement of technological processes with use of optical electro technologies of variable radiation // Science, Technology and Higher Education: materials of the international research and practice conference, Vol. 1, Westwood, December, 2012 / publishing office Accent Graphics communications – Westwood – Canada, 2012. – P. 499-503.

4. Ключка Е.П. Биотехническая система оптических электротехнологий переменного облучения растений / Е.П. Ключка, Г.В. Степанчук. – Международный сборник научных труд Донской аграрной научно- практической конференции «Инновационные пути развития агропромышленного комплекса: задачи и перспективы» // Высокоэффективные технологии и технические средства в сельском хозяйстве. – ФГБОУ ВПО АЧГАА. – Зерноград. – 2012. - С.149…152.

5