ООО «ГроуТэк»

Баланс ассимилятов: создание устойчивого равновесия между вегетативным и генеративным ростом

| 9

Любовь Прыткова, консультант компании «ГроуТэк» Илья Бородин, директор Российского филиала Hoogendoorn

ООО «ГроуТэк» – компания, известная на российском рынке продукции и услуг для защищенного грунта как надежный поставщик кокосового субстрата BIOGROW и минеральной ваты GrowTech, водорастворимых минеральных удобрений ведущих отечественных и зарубежных производителей. С текущего года компания является дистрибьютором семян овощных культур BASF Nunhems. Кроме того, ООО «ГроуТэк» предоставляет покупателям консультационные услуги по всем вопросам ведения и питания овощных культур. С 2022 года компания «ГроуТэк» запустила партнерскую программу сотрудничества с крупнейшими европейскими компаниями агропромышленного сектора с целью просвещения российских агрономов в вопросах современных тенденций выращивания, а также ознакомления с новинками технологических и агрономических исследований, которые уже используются на передовых европейских комбинатах.

Hoogendoorn Growth Management – компания, обеспечивающая комплексные решения автоматизации для оптимального производства и высокого качества выращивания. Будучи экспертом по эффективному использованию воды, питательных веществ и энергии, с 2006 года компания участвует в программе исследований New Generation Growing (новое поколение выращивания) в сотрудничестве с Wageningen University and Research (WUR). Именно это исследование привело нас к новым взглядам на водный баланс растений, усовершенствовало подход к климатическим системам и системе контроля полива. Программное обеспечение Hoogendoorn iSii поддерживает эти новые, продвинутые стратегии, которые описаны ниже, соответствует нуждам растений с точки зрения полива, питания, оптимизации условий корневой зоны, а также специфических характеристик мата. При помощи программы можно получить прямую информацию о том, что происходит в мате, и о функционировании поливной системы в целом.

Данная статья – одна из серии публикаций, которые вы можете найти на сайте компании www.growtech.pro, в разделе «Статьи».



Процесс фотосинтеза. Для поглощения углекислого газа нужно, чтобы устьица были открытыми





Факторы роста

Процесс роста растения в основном определяется тремя видами баланса: водным, энергетическим и балансом ассимилятов. Эти балансы связаны друг с другом через устьица: микроскопические поры на листьях, которые выпускают водяной пар и поглощают углекислый газ.

Если в условиях солнечного дня уровень испарения повышается, а уровень воды в растении становится слишком низким, то устьица закрываются, чтобы снизить уровень испарения и предотвратить обезвоживание. Из-за этого повышается температура листа. Кроме того, закрытие устьиц препятствует поглощению углекислого газа, что влечет за собой замедление процесса фотосинтеза и негативно сказывается на балансе ассимилятов.

Вот почему, усиливая один из факторов роста, например излучение ФАР (фотосинтетически активной радиации), чтобы действительно увеличить темпы роста растения, нужно подстраивать и остальные факторы, такие как температура, поглощение углекислого газа, относительная влажность и потребление воды.

При любых условиях растение стремится сохранить все три фактора в равновесии. Наблюдая за поведением растения через эти балансы, достаточно просто выявить многие аспекты того, как растения реагируют на изменение условий. Несмотря на то что внутри происходит множество сложных физиологических процессов, всегда очевидно, что они преследуют одну цель: восстановление трех балансов настолько быстро и качественно, насколько это возможно.

Баланс ассимилятов

Баланс ассимилятов – это баланс между производством и потреблением ассимилятов (глюкозы). Производство ассимилятов происходит в процессе фотосинтеза. Фотосинтез – это процесс, при котором углекислый газ и вода в ходе фотохимической реакции преобразуются в гидрокарбонаты (глюкозу) и кислород. Чтобы поглощать углекислый газ, растению нужно держать устьица открытыми. Высокий уровень углекислого газа и высокая относительная влажность сохраняют устьица открытыми и стимулируют эффективность фотосинтеза. В большинстве случаев увеличить уровень фотосинтеза и производства ассимилятов можно просто путем удерживания фрамуг теплицы закрытыми, а также иногда прибегая к дополнительному затуманиванию.


Баланс ассимилятов. Зеленые клетки растения содержат пигмент хлорофилл. Хлорофилл поглощает световые волны определенной длины видимого спектра. Зеленый свет поглощается не до конца и частично отражается, поэтому мы видим растение зеленым





Произведенные ассимиляты используются растением для роста. В данном процессе имеющиеся ассимиляты «сжигаются» и преобразуются, к примеру, в новые ткани растения и углекислый газ, который снова попадает в окружающую среду.

Баланс ассимилятов и оптимальный рост растения

Сила роста, объем производства и качество продукции берут свое начало из выработки ассимилятов, в частности посредством фотосинтеза. Поэтому основное внимание следует уделять производственной стороне баланса ассимилятов. Другими словами, необходимо максимизировать выработку ассимилятов и утилизацию доступного излучения ФАР. Но, конечно, все это будет напрасным, если полученные ассимиляты не будут полностью использованы для роста.



Так, для оптимального роста растений необходимо: 

  • оптимизировать процесс фотосинтеза так, чтобы уровень производства ассимилятов был максимально высок; 

  • максимально стимулировать использование ассимилятов для роста растений, плодов и цветков; 

  • сохранять правильный баланс между вегетативным и генеративным развитием.

Производство ассимилятов и структура растения

Оптимальное использование излучения ФАР зависит, в первую очередь, от степени его поглощения листьями растения. Положительными факторами являются открытая структура растения и достаточная площадь листьев. Более того, излучение ФАР должно быть рассеянным, чтобы лучше проникать внутрь растения и задействовать максимальное количество листьев в общем производстве ассимилятов.



Визуализация баланса света – температуры демонстрирует развитие растения при фиксированном соотношении температуры и общего излучения ФАР. Она также показывает, что произойдет, если температура и излучение не будут сбалансированы




Климат в теплице

Климат в теплице также важен для производства ассимилятов. Факторы, которые влияют на это: излучение ФАР от солнца и/или искусственного света, количество доступной воды, углекислого газа и уровень влажности. Влажность оказывает косвенное воздействие на производство ассимилятов через поглощение устьицами углекислого газа. Низкая влажность в комбинации с высоким излучением приводит к высокому уровню испарения и, как следствие, к более раннему закрытию устьиц для защиты растения от обезвоживания.

На практике это означает, что водный стресс можно предотвратить, поддерживая высокий уровень относительной влажности в теплице и не уменьшая уровень излучения путем забеливания или закрытия затеняющих экранов. Также большую роль играет температура. В условиях высокой радиации оптимальная температура для фотосинтеза будет составлять 30°С для большинства растений. Таким образом, сохраняя вентиляционные форточки закрытыми дольше в солнечные дни, можно добиться трех положительных факторов для усиления фотосинтеза: меньше потерь углекислого газа, более высокая относительная влажность и температура.

Потребление ассимилятов

Показатели роста растений в основном зависят от температуры, а именно от средней температуры в течение одних или более суток. Как было отмечено выше, потребление ассимилятов должно соответствовать их производству, чтобы поддерживать баланс ассимилятов. Чтобы добиться этого, нужно сохранять соотношение уровня излучения ФАР (производство ассимилятов) и среднесуточной температуры (потребление ассимилятов) на одном постоянном значении. Если уровень излучения ФАР низкий, среднесуточная температура также должна быть низкой. И наоборот, при высоком уровне излучения ФАР среднесуточная температура должна быть высокой.

Баланс между вегетативным и генеративным ростом

Очевидно, что между вегетативным и генеративным ростом культур должен сохраняться правильный баланс. На практике это часто сопровождается наблюдением за состоянием растения и соответственной подстройкой климата. Если рост слишком вегетативный, производятся генеративные действия для того, чтобы это скорректировать. С другой стороны, слишком генеративный статус можно скорректировать, предпринимая меры для усиления вегетативного развития. Эти действия могут включать в себя изменения в температурной стратегии, стратегии полива и др. Но предотвращать всегда лучше, чем исправлять. Исследованиями и на практике было доказано, что сохранение постоянного ежедневного соотношения между излучением ФАР и средней температурой является сильным инструментом для предотвращения смещения баланса между вегетативным и генеративным ростом. В таком случае растение всегда находится в балансе и корректирующие действия практически не требуются.


Диаграмма с ежедневными отметками показывает суммарное количество излучения (Дж/кв. см) и среднесуточную температуру (0°С). Как показано на диаграмме, при определенном уровне производства (количестве излучения) уровень поглощения разный (среднесуточная температура). Это приводит к тому, что растение становится несбалансированным



Данная диаграмма показывает сбалансированное соотношение количества света и среднесуточной температуры. Уделяя больше внимания достижению необходимого соотношения, можно максимально приблизить точки к линии. Что, в свою очередь, приводит к сбалансированности растения



Соотношение свет - температура на практике

Как было описано выше, чтобы обеспечить баланс растения, очень важно ежедневно сохранять устойчивое соотношение между излучением ФАР (производство ассимилятов) и среднесуточной температурой (поглощение ассимилятов). Тем не менее на практике часто случается так, что при одном и том же уровне выработки ассимилятов различная среднесуточная температура приводит к различным величинам их потребления. Это приводит к тому, что растение становится несбалансированным. При ежедневной проверке, находятся ли производство и потребление ассимилятов в балансе, растения будут оставаться в устойчивом равновесии. Для этого вам необходимо обеспечить определенное количество излучения ФАР при определенной среднесуточной температуре.


Данный график показывает рост в соответствии с условиями окружающей среды (крутая линия). Теперь при более высоких уровнях излучения будет необходима более высокая среднесуточная температура, а при низких уровнях излучения – более низкая. Это приводит к другому балансу растения, снижая нагрузку на него



Шаги к созданию правильного соотношения свет - температура

Как было отмечено ранее, дисбаланс растения обычно исправляется после корректирующих вегетативных или генеративных действий. Тем не менее намного лучше предотвращать отклонения путем опережающего контроля, ежедневно поддерживая излучение ФАР и среднесуточную температуру в устойчивом соотношении.

Опережающий контроль над балансом ассимилятов можно обеспечить, выполнив следующие шаги:

  • Первый – визуализируйте текущий метод работы. Создайте собственный график ежедневного количества излучения ФАР и соотнесите его со средней температурой за последние, к примеру, 30 дней. В этом случае диаграмма будет иметь 30 точек. Так называемая линия регрессии через эту диаграмму сформирует основу для опережающего контроля. 

  • Второй шаг – осознанно проработайте лучший баланс между светом и температурой. В условиях климатического контроля это означает, что большее количество света в течение дня должно приводить к более высокой среднесуточной температуре. Попробуйте дольше сохранять вентиляционные фрамуги закрытыми днем, тем самым увеличивая температуру, влажность и уровень углекислого газа. При необходимости ночная температура также должна быть изменена для достижения корректной среднесуточной температуры. 

  • Третий шаг заключается в постепенной подстройке соотношения излучения ФАР и температуры, в зависимости от внешних погодных условий, для нахождения наилучшего баланса растений. К примеру, если внешняя температура в солнечные дни высокая, рекомендуется выбрать более крутую линию соотношения света и температуры. Это позволит удерживать вентиляционные фрамуги закрытыми для достижения более высокой влажности и уровня углекислого газа в условиях высокого излучения. 

  • Четвертый шаг – улучшите контроль нагрузки излучения ФАР на растение в зависимости от сезона.

Роль нагрузки на растение

Потребление ассимилятов сильно зависит от нагрузки растения. Для овощных культур нагрузка соответствует количеству плодов на квадратный метр теплицы. Для цветочных культур или растений нагрузка связана с количеством цветов/растений на 1 кв. м.

Общая потребность в ассимилятах определяется комбинацией нагрузки на растение и температуры. Так, при большой нагрузке на растения нужна более низкая температура. В противном случае потребность в ассимилятах превысит доступное количество, и растение будет испытывать их нехватку. Недавние исследования показали предпочтительность поддержания низкой нагрузки растения вместе с высоким температурным режимом. Такой подход, в сравнении с комбинацией высокой нагрузки растения и низкой температуры, дает больше возможностей для получения стабильного и здорового урожая.

Выращивание при высоких температурах упрощает корректное управление балансами растения. Более того, можно максимально эффективно использовать излучение ФАР и поглощение углекислого газа.

Улучшение поглощение углекислого газа при высоких температурах

Выращивание при высоких температурах в условиях высокой радиации возможно при минимальном использовании вентиляционных фрамуг. Уровень фотосинтеза возрастает за счет трех факторов роста: температуры, влажности и углекислого газа, так как теряется меньше углекислого газа в сравнении с ситуацией, когда форточки широко открыты. Благодаря высокому уровню влажности в теплице углекислый газ лучше поглощается устьицами растения.

Заключение

Исследования дали нам много идей о том, как поддерживать баланс ассимилятов в растениях. Для создания правильного соотношения между светом и температурой, совмещая эти новые идеи с передовыми техниками климатического контроля, можно достичь необходимого баланса между вегетативным и генеративным ростом растений. Опережающий контроль вместо принятия посткорректирующих действий создает лучший баланс, что обеспечивает здоровые, более стрессоустойчивые растения, оптимизацию производства и качество продукции. Кроме того, он позволяет лучше использовать излучение ФАР, углекислый газ и, что не менее важно, сэкономить энергию.


Есть вопросы - задавайте!

Статьи