Влияние спектров излучения на рост и развитие микрозелени.

Введение 9
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ РАСТЕНИЙ В СООРУЖЕНИЯХ ЗАЩИЩЕННОГО ГРУНТА 12
1.1 Искусственное облучение растений и эффективный спектральный состав излучения 14
1.1 Механизм фотосинтеза 15
1.2 Физиологическая роль различных хлоропластов в 17
организме растения 17
1.2.1 Хлорофиллы 18
1.2.2 Каротиноиды и их функция в организме растения 19
1.3 Физиологическая роль различных участков спектра актиничного света 21
1.4 Влияние уровня облученности на процессы жизнедеятельности растений 36
Выводы по главе 40
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБЛУЧЕНИЯ РАСТЕНИЙ В ЗАЩИЩЕННОМ ГРУНТЕ 41
2.1 Математическая модель роста растений 41
2.2 Оптимальное количество облучения растений 48
Выводы по главе 52
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ВЫРАЩИВАНИЮ МИКРОЗЕЛЕНИ ПОД СВЕТОФИЛЬТРАМИ И ФИТООБЛУЧАТЕЛЕМ. 53
3.1 Экспериментальная установка для облучения растений на базе светодиодного светильника с регулируемым спектром излучения 53
Вывод по главе 59
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ СВЕТОФИЛЬТРОВ И ФИТООБЛУЧАТЕЛЯ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРОЗЕЛЕНИ 60
4.1 Результаты проведенных исследований 60
4.2 Технико – экономическое обоснование выращивания зеленых культур 63
Вывод по главе 67
Выводы по диссертации 68
Библиографический список 69

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность темы исследования. Тепличное растениеводство в РФ в основном сосредоточено в Центральном, Приволжском, Южном и Сибирском федеральных округах, при этом капитальные зимние теплицы расположены преимущественно в Центральном, Приволжском и Южном, а весенние пленочные - в Сибирском, Приволжском и Центральном федеральных округах
В некоторых тепличных комбинатах резервы по увеличению урожайности культур и снижению затрат на энергоресурсы практически исчерпаны в связи с тем, что теплицы находятся в эксплуатации 30-35 лет, моральный и физический износ основных фондов составляет более 70%
По сравнению с 2000 годом на сегодняшний день цена реализации культур выросла более чем в 3,5 раза, в то же время тарифы на тепло, газ и электроэнергию повысились почти в 6-7 раз. Такой диспаритет цен на тепличную продукцию и топливно-энергетические ресурсы привели к низкой рентабельности производства. Себестоимость производства в капитальных теплицах содержит затраты на семена 10%, питательные вещества - до 10%, фонд оплаты труда и прочие затраты - до 20%, а основную долю составляют затраты по приобретению тепловой и электрической энергии - более 60%
Площади капитальных тепличных сооружений в настоящее время распределены следующим образом: 82% - устаревшие, 13% - реконструированные теплицы, 5% - новые инвестиционные проекты. Однако с учетом продуктового эмбарго, введенного в 2014г, приоритетным направлением развития сельского хозяйства в РФ является обеспечение активного импортозамещения, особенно актуальным представляется замещение в отрасли производства овощей и зелени тепличного происхождения

Весь текст будет доступен после покупки

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ РАСТЕНИЙ В СООРУЖЕНИЯХ ЗАЩИЩЕННОГО ГРУНТА

Многолетняя практика выращивания растений в теплицах показала, что в осенне-зимний и зимне-весенний периоды в светопроницаемых теплицах, одним из основных лимитирующих рост и развитие факторов, является свет
В последние годы подавляющее число теплиц оборудуется светильниками на базе НЛВД. При этом наблюдается тенденция увеличения мощности используемых натриевых ламп, начиная от 250 Вт к 400 Вт и 600 Вт. Отлажен выпуск ламп с зеркальным отражателем типа ДНаЗ, имеющих преимущество по световому потоку [1]. Отмечается, что натриевые лампы высокого давления в технологии светокультуры действительно обладают высокими ресурсными показателями и энергоэффективностью [2, 3]. Поэтому до недавнего времени светильники с НЛВД практически не имели конкурентов
Разработка и производство в промышленных масштабах мощных светодиодов с начала 2000-х годов обеспечило появление конкурента для НЛВД. Светоотдача некоторых типов мощных светодиодов составляет 100…120 лм/Вт, а для НЛВД - 100…115 лм/Вт. При этом, опытные лабораторные образцы, достигают уровня светоотдачи в 150-180 лм [4]. При этом удельная стоимость светодиодного излучения на сегодняшний день составляет 10…15 коп/лм, что в 2…3 раза выше, чем для натриевых ламп. Однако наблюдается тенденция снижения удельной стоимости излучения светодиодов, которая по прогнозам на 2018 год должна варьировать от 5 до 8 коп/лм, с учетом курса доллара
Динамика снижения цены мощных СД, большой срок службы, возможность подстройки спектральных характеристик под любые виды и сорта плодоовощных растений и зелени, адаптированность под цифровое управление мощностью излучения обеспечивают светильникам на основе светодиодов неоспоримые преимущества перед традиционными источниками излучения.
Важной задачей в технологии светокультуры является оптимизация режимов облучения растений. Для решения этой задачи необходимо создавать светодиодные светильники, обеспечивающие требуемые характеристики излучения, а также локальные системы на базе микропроцессорных контроллеров. С другой стороны, необходимо исследовать и разрабатывать методы и алгоритмы оптимизации, как режимов облучения растений, так и формирования урожая в целом. Применение гибких и динамичных в управлении светодиодных светильников, интегрированных с современными цифровыми технологиями, с возможностями микропроцессорной техники, может дать качественный скачок в решении стратегической задачи энергосбережения [5]
Учеными в области электрификации сельскохозяйственного производства Л.К. Алферовой, А.М. Башиловым, И.Ф. Бородиным, Р.Г. Бутенко, И.Р. Владыкиным, Ф.Я. Изаковым, В.Н. Карповым, А.П. Коломийцем, Н.Ф. Кожевниковой, В.А. Козинским, О.А. Косицыным, Н.П. Кондратьевой, В.М. Леманом, А.К. Лямцовым, В.В. Малышевым, С.А. Овчуковой, С.А. Поповой, А.П. Примаком, Л.Г. Прищепом, Н.Н. Протасовой, С.А. Растимешиным, С.А. Ракутько, Г.С. Сарычевым, И.И. Свентицким, Д.С. Стребковым, К.А. Тимирязевым, А.А. Тихомировым, В.П. Шарупичем, С.М. Яковлевым, R. McCree, B. Singh, P. Mekkel, J. Bonnet, P. Harris, M. Fischer и другими доказана эффективность применения искусственного облучения (досвечивания) в управлении процессом формирования урожая и повышений урожайности растений.
Облучая растения различными по спектру излучения источниками ОИ, можно управлять процессом формирования урожая, удлинять или сокращать онтогенез растений, повышать урожайность, что обеспечит уменьшение потребления электрической энергии при выращивании растений
Поэтому тема диссертационной работы, посвященная повышению эффективности облучения растений с использованием светодиодных светильников в сооружениях закрытого грунта, является актуальной и имеет научное и прикладное значение.

1.1 Искусственное облучение растений и эффективный спектральный состав излучения

С каждым годом все больше внимания уделяется освещению тепличных комплексов. Свет является важнейшим звеном, участвующем в развитии растения. Количество и качество света напрямую влияет на урожайность растения и содержание питательных веществ в нём.
Повсеместно идет переоборудование традиционных облучательных установок для растений на светодиодные. Облучательные установки на основе светодиодных источников излучения более компактные и более эффективные, а также удобнее в плане настройки спектрального состава облучения и регулировки уровня облученности. Однако на сегодняшний день светодиодные излучатели менее популярны, чем газоразрядные и люминесцентные. Это связано с дороговизной и сравнительно низкой эффективностью светодиодных излучателей. Низкое соотношение мкмоль/с/доллар, делает их экономически неоправданными. Однако светодиодные излучатели можно располагать намного ближе к растению в силу их низкого тепловыделения.
Таким образом переоборудование существующих теплиц с газоразрядных излучателей на светодиодные должно иметь комплексный подход. А именно разработка светотехнических проектов непосредственно с соблюдением технологических особенностей светодиодных излучателей.
Разрабатываемый излучатель должен иметь спектральный состав с наличием в нём всех длин волн из области ФАР при этом должна быть высокая квантовая эффективность, не ниже 2 мкмоль/Дж [6]. Для разработки излучателя необходимо изучить литературу по данной тематике.
Так, в данном разделе рассматриваются методики проведения экспериментов по исследованию влияния светодиодного излучения и его параметров на растения, а также объясняется, механизм взаимодействия растения со светом и процесс фотосинтеза. При этом будут рассмотрены различные режимы облучения и методы расчёта параметров излучателя.

1.1 Механизм фотосинтеза

Фотосинтез — это процесс преобразования неорганических соединений в органические вещества под действием солнечной энергии. Процесс фотосинтеза уникален по своей природе. Это биологическое явление протекает с накоплением и увеличением свободной энергии. Процесс преобразования солнечной энергии осуществляет посредством пластид – хлоропластов [7].
Реакцию фотосинтеза можно разделить на три основных этапа которые включают в себя фотофизические и фотохимические процессы. На первом этапе световая энергия поглощается растением с помощью светособирающих антенных комплексов и переходит в энергию электронного возбуждения молекул пигментов растения. Затем энергия передается в реакционный центр растения. На втором этапе энергия электронного возбуждения тратится на разделение зарядов в реакционных центрах растения. В РЦ энергия возбуждения поступает посредством улавливания световой энергии светособирающими антеннами, которые эффективно поглощают световую энергию. Затем эта энергия поступает в фотосистемы ФС II и ФС II, каждая из которых, возбуждаясь предает энергию все ближе к РЦ резонансным способом [7, 8].
Данный процесс описывается так называемой Z - схемой нециклического и циклического транспорта электронов при фотосинтезе.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Мартиросян, Ю.Ц. Фотосинтез и продуктивность растений картофеля в условиях различного спектрального облучения / Полякова М.Н., Диловарова Т. А, Кособрюхов А.А. // С.-х. биология. Сер. Биология растений, 2013; N 1, С. 107-112.
2. Тихомиров, А.А. Светокультура растений: учебное пособие / А.А. Тихомиров, В.П. Шарупич, Г.М. Лисовский. – Новосибирск: Изд-во Сиб. Отд. АН, 2000.-213 с.
3. Большин, Р.Г Повышение эффективности облучения меристемных растений картофеля светодиодными (LED) фитоустановками /Большин Р.Г. – Дисс. На соиск. Уч. Ст. канд.техн.наук. Москва, 2016.– 148 с.
4. Прокофьев А., Туркин А., Яковлев А. Перспективы применения светодиодов в растениеводстве // Полупроводниковая светотехника. 2010. № 5. – С. 60–63.
5. Каримов, И.И. Энергосберегающее управление ростом растений в теплицах / И.И. Каримов, Р.Р. Галиуллин // Сельский механизатор. – №5. – С.15-18.
6. Аугамбаев, М. Основы планирования научно-исследовательского эксперимента [Текст]/ М. Аугамбаев, А.З. Иванов, Ю.И. Терехов. – Ташкент: Укитувчи, 1993. – 336 с.
7. Айзенберг Ю. Б. Световые приборы: Учебник для электромеханических техникумов. – М.: Энергия, 1980 – 464 с
8. Аверчева О.В., Беркович Ю.А., Ерохин А.Н., Жигалова Т.В., Погосян С.И., Смолянина С.О. Особенности роста и фотосинтеза растений китайской капусты при выращивании под светодиодными светильниками // Физиология растений. – 2009. – Т. 56. – № 1. – С. 17–26.
9. Бабенко, А.В. Автоматическое управление освещением / Бабенко А.В. , Гадай А.В. , Захарчук А.Н./ / Энергетика и электротехника.2013.№1–С.1–5.

Весь текст будет доступен после покупки