XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Физиологические процессы, совершающиеся в растениях, за­висят от температуры и влажности воздушной среды, окружаю­щей их. Температура воздуха, участвуя вместе с лучистой энер­гией источников света в формировании термического режима внутри растений, влияет на продуктивность их фотосинтеза, а также на процессы роста и развития. Значение воздействия этого фактора определяется тем, что в основе физиологических про­цессов растений лежат биохимические превращения веществ. Последние, подчиняясь закону Вант-Гоффа, удваивают свою ин­тенсивность при повышении температуры на каждые 10°[1]. Ха­рактер протекания одного из важнейших процессов жизнедея­тельности растений -фотосинтеза в зависимости от температу­ры окружающего воздуха иллюстрируется рис.1. Интенсив­ность фотосинтеза сначала быстро увеличивается вместе с повышением температуры, затем наступает зона оптимума, по­сле прохождения которой она снижается. Другой, не менее важ­ный физиологический процесс, дыхание растений, может уси­ливаться с возрастанием температуры вплоть до оптимума, ле­жащего близко к условиям гибели растений.

Рис.1 Зависимость интенсивности фотосинтеза растений от температуры окружающего воздуха.

Таким образом, рост растений, характеризующийся накопле­нием сухого вещества в результате взаимодействия этих двух процессов, также сначала с увеличением температуры усилива­ется, затем, когда наступает равновесие процессов фотосинтеза и дыхания (компенсационная точка), он прекращается, и даль­нейшее увеличение температуры уже приводит лишь к потерям сухого вещества на поддержание дыхания.

Требования к обеспечению температурных режимов для куль­тивирования растений при разных уровнях облученности раз­личны[2]. Так, в условиях более интенсивного облучения, когда фотосинтез растений высок, температура воздуха может быть повышенной. Это ускоряет рост. При слабой облученности рас­тений, чтобы уменьшить потери на дыхание, следует поддержи­вать пониженные температуры[3].

Температура самих растений зависит от условий окружаю­щей среды. При безветренной погоде температура листьев обыч­но бывает на 4-7° выше температуры воздуха, при ветре - только на 0,2-0,7°. На прямом солнечном свету перегрев листь­ев растений относительно окружающей температуры воздуха может достигать +26°. Такой фактор, как влажность воздуха, также играет сущест­венную роль в жизнедеятельности растений. Определяя условия транспирации воды растени­ями, поддержания тургора в тканях, влажность воздуха, в конечном счете, воздейст­вует на продуктивность

фо­тосинтеза растений и их уро­жай[4].

В естественных условиях относительная влаж­ность воздуха в раститель­ном покрове не остается по­стоянной в течение вегета­ционного периода. Она уве­личивается по мере роста и развития растений, достигая наибольшей величины (при­мерно 85-90%) в конце ве­гетационного периода. Позднее, когда наступает период созре­вания растений, испарение уменьшается, а вместе с ним умень­шается и относительная влажность воздуха (до 76% и ниже).

Действия режимов относительной влажности воздуха и его температуры на жизнедеятельность растений взаимосвязаны. Один и тот же режим влажности воздуха при разных темпера­турах, как одна и та же температура при разных значениях влаж­ности воздуха, могут действовать на них и благоприятно и угне­тающе.

В результате многочисленных исследований с различными видами растений определены диапазоны температур и относи­тельной влажности воздуха, в пределах которых наиболее эф­фективно протекают процессы жизнедеятельности растений [5]: по температуре от +15 до +30°; по влажности - от 50 до 90 отн.%.

Выше и ниже предельных значений температура и влажность воздуха, мало участвуя в процессах роста и развития растений, характеризуют лишь экстремальность условий. Наибольшей про­дуктивности фотосинтеза и максимальным значениям роста и развития растений соответствуют оптимальные сочетания тепло- влажностных параметров воздушной среды. Они индивидуальны для разных видов растений. Рекомендации по созданию опти­мальных температурных и влажностных условий в настоящеевремя имеются для очень немногих культур, да и они в большин­стве случаев достаточно противоречивы. Это объясняется суще­ствованием исключительно сложных, изменяющихся во времени, многофакторных влияний, таких, например, как интенсивности облучения, концентрации С0₂, разности скоростей их изменений, на температурные оптимумы в различных этапах развития рас­тений.

Существенное влияние на рост, развитие и продуктив­ность растений оказывают условия термопериодизма. В соответствии с ними тре­буется, чтобы температура воздуха в светлую часть вре­мени культивирования рас­тений отличалась от темпе­ратуры воздуха темной части суток. Создание в камерах с растениями заданных значений температуры и влажности воздуха в соответствии с различными программами их изменений во времени осуществля­ется с помощью технических систем кондиционирования.

На рис.2 показана схема камеры для культивирования рас­тений в искусственных условиях среды с указанием основных источников выделяющегося тепла и влаги.

Рис. 2 Основные источники тепла и влаговыделений в камере с растениями

Уравнение теплового баланса для этой камеры с растениями будет:

Li_t=Li_a + Q_0J±Q_or, (1)

гдеL —расход воздуха, циркулирующего через камеру с расте­ниями, кг/ч;i_n\ i_%—теплосодержание воздуха на входе и выходе из камеры; ккал/кг; Q_oy— приток тепла в камеру от мощных об­лучающих устройств, ккал/ч; Q_or—приток тепла (или потеря тепла) через ограждения камеры, ккал/ч.

Таким образом, температура воздуха в камере с растениями будет изменяться при нарушении равенства между притоком и выводом тепла под влиянием любой из составляющих в уравне­нии(1). Восстановление этого баланса в условиях сохранения заданной температуры воздуха в камере осуществляется путем изменения содержания тепла в приточном воздухев теплообменных устройствах системы кондиционирования.

Относительная влажность воздуха в камере с растениями из­меняется при нарушении условий равенства между поступлени­ем и выводом влаги. Восстановление условий этого баланса при заданном значении относительной влажности воздуха в камере с расте­ниями производится путем изменения содержания влаги в при­точном воздухев осушающих или увлажняющих устройствах кондиционеров.

К системам кондиционирования воздуха в камерах с расте­ниями предъявляются следующие основные требования:

1. Обеспечивать поддержание заданных тепловлажностных параметров воздуха с необходимой точностью.

Следует оговорить, что существуют два понятия о значениях точности поддержания температуры и влажности воздуха в ка­мере:

а) точность «в расчетной точке», т. е. точность измерения тем­пературы (или влажности) одним и тем же датчиком, неподвиж­но закрепленным в какой-либо точке пространства камеры.

б) точность, характеризуемая величиной максимального от­клонения («градиента») температур, измеряемых в двух каких-либо разных точках пространства камеры для растений. Обычно почти всегда существуют относительно небольшие участки объе­ма, в которых потоки либо света, либо воздуха имеют некоторую неравномерность распределения. Обусловленный ими макси­мальный градиент по температуре может достигать 3-5°.

Необходимо иметь также в виду, что получение больших точ­ностей тепловлагорегулирования воздуха обычно сопряжено с необходимостью использовать дорогую (часто прецизионную) аппаратуру и дополнительное оборудование. Поэтому требования к степени точности поддержания тепловлажностных режимов в камере с растениями следует в каждом случае серьезно обосно­вывать[6].

Все агрегаты и устройства системы кондиционирования воздуха должны надежно работать в условиях длительной не­прерывной эксплуатации.

Важность выполнения этого условия определяется тем, что даже сравнительно кратковременные выходы из работы отдель­ных узлов и устройств могут повлечь за собой значительные ухуд­шения результатов исследований или даже привести к гибели посевов.

3.Системы применяемого кондиционирования должны быть достаточно экономичными (как в отношении первоначальных, так и эксплуатационных затрат на термовлагообработку воз­духа).

Литература

1.Беззубцева М.М. Электротехнологии и электротехнологические установки: учебное пособие. – СПб.: СПбГАУ, 2011 – 242с.

2. Тихомиров А.А.. Светокультура растений: биофизические и биотехнологические основы / А.А.Тихомиров, Шарупич В.П., Лисовский Г.М. - Новосибирск: Изд. Сиб. отд. РАН, 2000. - 213 с.

3. Рождественский В. И., Клешнин А. Ф. Управляемое культивирование растений в искусственной среде/ Наука. -М., 1980 – 199 с.

4.Карпов В.Н. Принципы и устройства стабилизации параметров газоразрядных ламп для растений/ Карпов В. Н., Шарупич В. П., Гулин С. В. // Методы и средства интенсификации технологических процессов на базе микроэлект­роники: Сб. науч. трудов ЛСХИ. — Л., 1990.— С. 33—42.

5.Шарупич В.П. Культивационные сооружения с многоярусной узкостеллажной гидропоникой, PalmariumAcademicPublishing, 2014 – 664с

6.Гулин С.В. Энергетическая эффективность спектральных параметров облучательных установок селекционных климатических сооружений// Известия МААО, №18 – 2013 – С.8 -11.

Код для цитирования: Скопировать