Введение
Актуальность темы. Экономическое положение тепличных комбинатов не только Пермской области, но и по всей России критическое. Большинство тепличных хозяйств из-за плохого технического оснащения не могут покрыть производственные затраты. Из высоко рентабельных они превратились в убыточные. Наибольший процент в себестоимости отечественных овощей составляет доля энергетических затрат - 65-75%, причем цены за период с 2000 по 2004 годы на энергоносители возросли в 4,5 раза, а цены на реализацию овощей в 1,5 раза.
Для того чтобы выйти из такой ситуации необходимо использовать в производстве новые технологии, которые бы обеспечили высокорентабельное производство овощей и решили проблему круглогодового обеспечения населения витаминной продукцией.
Томат - ценная овощная культура, в плодах которой содержится большое количество витаминов С, Вь В2, каротина (провитамина А), Сахаров, яблочной и лимонной кислот, минеральных солей (Ващенко С.Ф., 1984) и очень требовательная к освещенности.
Пермская область относится ко 2-ой световой зоне. По условиям естественной освещенности в зимние месяцы выращивание томата невозможно, а ранняя тепличная культура томата возможна со 2-3-й декады февраля, в сочетании с досвечиванием рассады (Ващенко С.Ф., 1984, Папонов А.Н., Захарченко Е.П., 1989).
В зимних теплицах Пермской области томат выращивают преимущественно в продленном, а так же в зимне-весеннем и летне-осеннем оборотах, продукция поступает с апреля по ноябрь, в зимние месяцы ощущается ее дефицит.
Одним из путей позволяющих снизить дефицит свежей витаминной продукции во внесезонное время, и повысить эффективность производства является использование нового для России переходного оборота с
5
дополнительным облучением растений в течение всего периода выращивания (Доброхотова СИ., 1938, Юдкин Ф.М., 1956), так называемой светокультуры томата. Это и определяет актуальность поставленной темы диссертационной работы.
Цель и задачи исследования. В этой связи целью наших исследований являлось изучение возможности выращивания томата в переходном обороте с использованием дополнительного облучения растений в тепличном комбинате «Пермский», подбор перспективных гибридов томата и разработка основных элементов сортовой агротехники.
В задачи исследований входило:
- Дать комплексную оценку реакции гибридов томата по основным биоморфологическим и хозяйственно-ценным признакам на низкую освещенность.
Изучить рост, развитие и продуктивность гибридов томата различных по типу роста в условиях светокультуры.
- Установить оптимальный срок посева для перспективных гибридов томата в переходном обороте.
- Определить оптимальное количество стеблей на одном квадратном метре при возделывании томата на светокультуре.
- Определить экономический эффект выращивания томата и дать
экономическую оценку лучшим сортам и агроприемам.
Объект исследований - технология выращивания томата в условиях
светокультуры.
Предмет исследований - гибриды томата.
Научная новизна работы. Впервые в условиях Пермской области доказана возможность получения томата в зимние месяцы с декабря по февраль, с применением искусственного облучения, в так называемом переходном обороте.
Из 18 изученных гибридов томата выделены перспективные отечественные гибриды Диво, Энерго, Подмосковный, Титаник,
обеспечивающие высокую урожайность и рентабельность в условиях светокультуры.
Изучены биологические особенности растений томата в переходном обороте. При исследовании выявлено:
- при проведении морфобиологического анализа рассады разных по типу роста групп, на растении закладывается неодинаковое количество соцветий: у детерминантных гибридов от 3 до 8, у индетерминантных от 2 до 4;
- завязываемость соцветий у растений томата, заложившихся в рассадный период от 8 до 27 % выше, чем у тех, которые заложились после высадки их на постоянное место;
формирование генеративных органов в соцветии прямо пропорционально освещенности. Чем ниже освещенность, тем меньше насчитывается в соцветии бутонов и цветков;
- при ухудшении световых условий завязываемость соцветий снижается, особенно сильная реакция наблюдается у индетерминантных гибридов (завязываемость соцветий прямо пропорциональна снижению освещенности);
- условия освещенности оказывают влияние на продолжительность цветения соцветий. Период цветения у детерминантной группы гибридов составляет от 15 до 22 дней, у индетерминантной от 13 до 27 дней.
Выращивание томата в зимний период в условиях светокультуры не снижает качества продукции и ее питательной ценности.
Определены показатели, определяющие структуру продуктивности томата показатели: плотность посадки, количество соцветий, масса плодов и их число в кисти.
Разработаны элементы сортовой технологии выращивания томата в переходном обороте:
- оптимальные сроки посева, обеспечивающие экономический эффект: для Fi Прекрасная леди - 2 августа, для Fj Красная стрела Fj Энерго, Fi Диво,
Fi Кентавр -10 августа, Fi Фараон лучше высевать 18 августа.
- оптимальное количество стеблей на 1 м2 — 2,2, которое позволяет получать высокие урожаи товарной продукции гибридов Fj Диво и Fj Энерго.
Впервые показана возможность выращивания вишневидных гибридов томата на светокультуре. Рентабельность их производства по оптимальным параметрам составляет 104-109%.
Положения, выносимые на защиту.
-Обоснование основных агротехнических параметров,
обеспечивающих наивысшую урожайность томата в переходном обороте.
-Эффективность выращивания томата в условиях светокультуры в Пермской области.
Практическая значимость, работы. На основании трехлетних исследований (2001-2004 годы), проведенных в условиях производства, обоснована эффективность выращивания томата в условиях светокультуры. Выделены перспективные отечественные гибриды томата, разработаны для них основные элементы сортовой агротехники, что позволяет бесперебойно поставлять свежую витаминную продукцию жителям Пермской области в течение всего года, особенно в поздне-осенние и зимние месяцы.
Производственная проверка проведена на ФГУДП ТК «Пермский» Пермской области.
Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на научно-практической конференции в Пермской сельскохозяйственной академии 28 февраля 2002 года, на зональном совещании овощеводов 21 ноября 2002 года, на областном совещании директоров и главных агрономов 12 ноября 2003 года.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 5 статей и два заключительных отчета за 2001-2003 годы по плановой тематике ВНИИО.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 176 страницах, состоит из введения, 6 глав, выводов, практических
8
рекомендаций, включает 43 таблицы, 21 рисунок, 18 приложений. Список литературы включает 162 наименований, из них 19 на иностранном языке.
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Современное состояние вопроса
Наиболее распространенными овощными культурами в зимних теплицах являются огурец и томат. Предпочтение отдается культуре огурца, как наиболее тоннажной и рентабельной. В последние годы во всех странах мира возрос интерес к культуре томата. В настоящее время, как по площади возделывания, так и по объему производства, в открытом и в защищенном грунте, он занимает 10-е место в мире среди продуктов питания растительного происхождения (Н. Kruq, 1991).
Основными производителями тепличных томатов в Европе являются Нидерланды (2300 га), Англия (800 га), Германия (200 га), Швеция (50 га) и Дания (65 га). Урожайность томата составляет 40-50кг/м (Круг Г., 2000).
В тепличных хозяйствах России накоплен некоторый положительный опыт выращивания томата в зимних теплицах. Томат выращивают в разных оборотах, но наибольшую урожайность получают в продленном обороте (с февраля по октябрь) 30-40 кг/м .
На Урале с его коротким безморозным периодом томат в открытом грунте практически не возделывают. В культивационных сооружениях томату отводится 30% площади в зимне-весенний период и до 50% в летне-осенний. Средняя урожайность томата в продленном обороте 18 кг/м2 , летне-осеннем — 6 кг/м2. Продукция поступает с апреля по ноябрь, в зимние месяцы ощущается ее дефицит. Ликвидировать «мертвый» сезон, на наш взгляд, возможно за счет использования светокультуры, то есть прибавления к естественной освещенности искусственного света (Доброхотова СИ., 1938, ЮдкинФ.М., 1939, ЮдкинФ.М., 1956, Круглякова Н.П., 1977, Прищеп Л.Г., 1980, СтейгерХ. 2001).
10
1.1.1. Влияние солнечного излучения на рост и развитиерастений
Солнечное излучение (радиация), падающее на землю, состоит из электромагнитных колебаний с разной длиной волны. Оптическое излучение, положительно влияющее на растения, по спектральному составу разделено на три части: ультрафиолетовое (295 - 380 нм), видимое (свет) (380 - 780 нм) и ближнее инфракрасное излучение (780 - 1100 нм). Соотношение отдельных участков спектра в солнечном излучении в сильной степени зависит от высоты солнца над горизонтом. По мере увеличения высоты солнца увеличивается доля видимого и ультрафиолетового излучения (J. Seemann, 1957, Зуев В.И., 1982, Тараканов Г.И., 1982).
Наиболее важную роль в жизни растений играет видимая человеческим глазом часть-свет, или фотосинтетически активная радиация (ФАР) (Смирнов H.A., 1977, Тараканов Г.И., 1982).
На свету в зеленых листьях совершается важнейший физиологический процесс — фотосинтез. Кроме того, он оказывает значительное регуляторное и формообразовательное влияние на растение. Многочисленные исследования показали, что, изменяя спектральный состав оптического излучения, можно произвольно замедлить или ускорить обмен веществ, рост и развитие растений (Клешнин А.Ф., 1954, Прищеп Л.Г., 1976, Прищеп Л.Г. и др., 1980/
Наряду с фотосинтезом под действием видимого излучения в растениях осуществляются такие важные физиологические процессы, как образование хлорофилла, формирование листьев, цветов и плодов, синтез витаминов, ферментов и других веществ. Эти процессы наиболее активно проходят в красном или сине - фиолетовом участках спектра (Китаев И.И., 1954, Прищеп Л.Г., 1980, Федюнькин Д.В., 1988). Имеются сведения, что при пониженной освещенности процесс образования хлорофилла более интенсивно происходит под красным светом, а при высокой - под синим (Клешнин А.Ф., 1954, Леман В.М., 1976, Бойко Л.А., 1986, Федюнькин Д.В., 1988).
11
По мнению ученых J. Seemann., Китаева НИ. красный свет (600-700нм) способствует интенсивному росту листьев и осевых органов. Высокий ростовой эффект стимулируется фоторецептором - фитохромом. Отсутствие или низкая интенсивность в спектре источника светоизлучения в красной области вызывает формирование неполноценных генеративньк органов. Процессы роста и развития задерживаются.
Синий цвет (400-500 нм) тормозит рост стебля, черешков и поверхности (площади) листьев, что приводит к формированию низкоросльк растений с низкой продуктивностью, стимулирует образование белков, морфогенез и переход к цветению растений короткого дня, замедляя развитие растений длинного дня (Брызгалов В.А., 1983, Третьяков H.H., 1998, Дайджест «Микроклимат».,2001).
В зелёной области спектра (500-600 нм) формируются вытянутые осевые органы, тонкие листья с меньшим числом клеток и хлоропластов и низким фотосинтезом на единицу площади листа. Продуктивность растений низкая (Зуев В.И., 1982, Дайджест «Микроклимат», 2001).
В растениеводческой литературе принято условное деление ультрафиолетового излучения на длинноволновое и коротковолновое. Коротковолновое ультрафиолетовое излучение, так называемое фитонцидное (от 10 до 280 нм), даже в небольших дозах оказывает очень вредное действие на растения. Длинные ультрафиолетовые лучи (315-380 нм) задерживают вытягивание стебля, повышают содержание некоторых витаминов, а средние ультрафиолетовые (280-315 нм) повышают холодостойкость растений, способствуют процессу их закаливания (ЗуевВ.И., 1982, Брызгалов В.А., 1983).
В средней полосе России зимой излучение с длиной волн короче 306-312 нм отсутствует, и лишь летом в полдень граница ультрафиолетового излучения понижается до 295 нм. В теплицах и парниках, покрытых стеклом, растения даже летом получают только длинноволновые ультрафиолетовые лучи с нижней границей около 340 - 360 нм.
Установлено, что ближнее ИК - излучение также оказывает сильное формирующее действие на растения, которое проявляется главным образом в
12
растяжении осевых органов (стебель, подсемядольное колено). Не все растения одинаково реагируют на длинноволновое излучение (700 - 1100 нм): одни слабо (томаты), другие сильно (огурцы), что мешает их выращиванию в теплицах (Тараканов Г.И., 2002).
В естественных условиях физиологически активное излучение содержится в прямой и рассеянной радиации солнца. Прямой солнечной радиацией называется та часть солнечного излучения, которая доходит до поверхности земли в виде параллельных лучей, идущих непосредственно от солнца. Рассеянной называется та радиация, которая падает на землю после отражения и рассеивания ее молекулами газов воздуха, пылинками, капельками воды и кристаллами льда, находящимися в атмосфере (Гусев М.М., 1972, Овчинников H.H., 1972, Брежнев Д.Д., 1977, ЗуевВ.И., 1982).
В практике выращивания растений учитывают суммарную радиацию, включающую оба вида солнечной радиации (Тараканов Г.И., 1982).
Для нормальной жизнедеятельности растений большое значение имеет рассеянная радиация. Число часов, когда прямое солнечное излучение падает на листья, значительно меньше общей продолжительности светлого периода суток. Кроме того, прямая радиация используется лишь частью листьев (к листьям, находящимся в тени и в глубине кроны, прямая радиация не доходит). Для растений более благоприятен спектральный состав рассеянного излучения, около 50 - 60% которого составляет физиологически активное излучение. В прямых лучах солнце при высоте его над горизонтом от 30 до 70° физиологически активное излучение составляет около 35 - 40 процентов (J. Seemann, 1957,ЭделыптейнВ.И., 1962).
Спектральный состав солнечного излучения, прежде всего, зависит от высоты стояния солнца над горизонтом. Когда солнце находится низко (летом в начале и конце дня, а зимой весь день), в его излучении преобладает инфракрасное и красное. Летом в середине дня - синее, фиолетовое и ультрафиолетовое (Клешнин А.Ф., 1954, J. Seemann, 1957, Эделыптейн В.И., 1962, ЛеманВ. М, 1976, Брызгалов В.А., 1983).
13
В теплицах спектральный состав излучения, получаемый растениями, определяется также свойствами стекла. Обыкновенное оконное стекло пропускает преимущественно длинноволновое излучение, т.е. красное и желтое. Значительно больше задерживается излучение коротковолновой части спектра. В теплицу через кровлю попадает 70% солнечной радиации, и только 46-47 % солнечного света растения используют с пользой для себя (Китаев И.И., 1954, P.Wisser., 2001). Очень большое значение имеют светопроницаемость и чистота кровли. Принято считать, что увеличение освещенности теплицы на 1% означает повышение урожайности тоже на 1 %. Загрязнение стекла может снизить освещенность на 50% и более. Также освещенность снижается затеняющим действием конструктивных элементов и отопительных труб. Белая окраска труб и элементов конструкций улучшает освещенность в теплице (Доброхотова СИ., 1938, Юдкин ФМ, 1939, Китаев И.И., 1954, Юдкин ФМ, 1956, Seemann, 1957, Пчелкин ЮЛ, 1966, Гусев НМ, 1972, Клапвайк Д., 1976, Смирнов НА, 1977, Гусев НМ, 1981, Зуев В.И., 1982, Коновалова Л.Н., 1984, P.Wisser.., 2001, Тараканов ГЛ., 2002, Гавриш С.Ф.идр.,2003).
Видимое излучение, или свет, — основной источник энергии для фотосинтеза, с увеличением освещенности пропорционально будет возрастать и интенсивность фотосинтеза. Для большинства растений эта закономерность сохраняется в пределах освещенности до 20 - 40 клк.
В растительных клетках наряду с процессами создания и усвоения органических веществ непрерывно (днем и ночью) происходят процессы распада, а затем окисление этих веществ — процесс, противоположный фотосинтезу — дыхание. Интенсивность дыхания у растений не всегда одинакова. Молодые растущие органы (особенно цветки) дышат сильнее, чем старые, прекратившие рост. При повышении температуры воздуха интенсивность дыхания быстро возрастает, а потеря органических веществ увеличивается.
При высоком уровне освещенности растений фотосинтез происходит во много раз энергичнее дыхания, поэтому в растении накапливаются органические вещества. По мере уменьшения освещенности процесс фотосинтеза становится
14
все слабее и слабее — наконец, наступает такой момент, когда интенсивность фотосинтеза и дыхания уравнивается — такое состояние равновесия носит название компенсационной точки. При дальнейшем уменьшении освещенности начинает преобладать дыхание, и расход органических веществ превышает их накопление. При преобладании дыхания над фотосинтезом у растений сначала прекращается рост и начинается сбрасывание листьев, а затем наступает их гибель.
По требованию к величине освещенности, обусловливающей получение сельскохозяйственной продукции, овощные растения принято делить на три группы. Первая группа — растения, наиболее требовательные к высокой освещенности: томаты, огурцы, фасоль, цветная капуста (рассада), кабачки, баклажаны, перец. Вторая группа — растения, удовлетворяющиеся средней освещенностью: редис, укроп, шпинат. Третья группа — растения, растущие при малой освещенности: лук на перо, свекла на лист, цветная капуста (доращиваемая осенью), петрушка на зелень (Клешнин А.Ф., 1954, Эделыптейн В.И., 1962, Леман В. М, 1976, Третьяков H.H., 1998).
По мнению Ващенко С.Ф., 1984, в средней полосе России растения первой и второй групп нельзя выращивать в культивационных сооружениях без дополнительного облучения с октября по январь. Растения третьей труппы можно выращивать круглый год, но в зимние месяцы урожаи будут значительно ниже.
Важное значение в жизни растений имеет продолжительность светлого периода суток. К длине дня растения относятся по-разному. Растениям короткого дня во время перехода к генеративному развитию требуется светлого периода не более 12 и не менее 8 ч в сутки. Такая длина дня способствует в последствии более быстрому наступлению цветения и плодоношения. К этой группе относятся огурцы, некоторые сорта томатов и фасоли, баклажаны, перец и другие. Растения длинного дня наоборот ускоряют цветение при длине дня 14 - 17 ч в сутки. В эту группу входят салат, редис, шпинат. Однако наибольший урожай эти культуры дают при коротком дне. К группе растений короткого дня относятся обычно растения южного происхождения, а к группе растений
15
длинного дня — северного. Томат является по своему происхождению южным растением, однако, отдельные сорта могут расти и плодоносить при длине дня 15 - 16 ч в сутки (Шульгин И.А., 2001).
Астрономическая длина дня в пределах России очень варьирует в зависимости от географической широты и времени года. На юге длина дня колеблется от 10 до 14 часов. На крайнем Севере (за Полярным кругом) зимой света нет, а летом стоит непрерывный день. Длина светлого периода суток летом в средней полосе достигает 16 - 17 ч. Зимой она уменьшается до 6 - 7 ч. Однако длина дня, используемая растением для накопления органических веществ, в процессе фотосинтеза, значительно меньше астрономической. Летом она составляет 14 ч, а зимой не более 3 ч в сутки. Объясняется это тем, что утром и вечером у растений при недостаточной освещенности затраты органического вещества на дыхание превышает его накопление. Для фотопериодической реакции растению необходимо значительно меньшая освещенность, чем это требуется для накопления органического вещества (10 - 20 клк). Отсюда следует, что длина дня, оказывающая фотопериодическое действие, равна или больше астрономической.
Таким образом, зимой в теплицах средней полосы и на севере России естественная освещенность растений недостаточна. Длина дня мала, в 2 - 3 раза короче, чем летом, освещенность в 50 - 100 раз меньше, и, наконец, спектральный состав излучения в зимний период, из - за недостатка коротковолнового сине - фиолетового и ультрафиолетового излучения, не позволяет вырастить нормальные растения. Многочисленные опыты, проведенные в научно - исследовательских учреждениях и на практике тепличных хозяйств показали, что без дополнительного искусственного облучения в зимнее время в теплицах нельзя выращивать нормальные растения (Мошков Б.С., 1953, Клешнин А.Ф., 1954, Эвельштейн В.И., 1962, Мошков Б.С., 1966, Леман В.М., 1976, Мошков Б.С., 1978, Муртазов Т., 1982, Матвеев В.П., 1985).
16
1.1.2. Периоды развития светокультуры растений
Историю светокультуры растений можно разделить на два периода (Леман В.М., 1976). Первый период продолжался с 1865 г. до середины 60-х
годов прошлого столетия. Особенность этого периода — относительно малое знание потребности растений в излучении (его спектральном составе, величине облученности и продолжительности облучения в течение дня) и отсюда в значительной степени эмпирический подход к решению вопросов, связанных с искусственным облучением. Как логическое следствие такого положения долгое время развитие и процесс светокультуры растений определялись в основном развитием физики и прогрессом в светотехнической промышленности.
Первый период создания и развития светокультуры растений, в свою очередь, можно разделить на три этапа в зависимости от применяемых источников искусственного излучения.
На первом этапе (1865 - 1922 гг.) источниками искусственного излучения были керосиновые лампы, газовые горелки, угольные дуги и небольшие лампы накаливания. Такие несовершенные источники искусственного излучения позволяли изучать только отдельные физические процессы у низших и высших растений в лабораторных условиях и выращивать растения в небольших экспериментальных установках.
На втором этапе (1922 - 1940 гг.), когда для облучения растений стали пользоваться мощными лампами накаливания (Тарвей, 1922, Максимов, 1925) и некоторыми типами небольших газоразрядных ламп (ртутных, неоновых, натриевых), светокультура растений стала применяться не только в исследовательских учреждений, но и в производственных теплицах (правда, еще очень ограничено) (Доброхотова СИ., 1938, Seemann, 1957, Прищеп Л.Г., 1980).
17 |
