Инфракрасное излучение в теплице — влияние на рост растений
В данной статье мы изучим влияние излучения длинноволнового инфракрасного обогревателя торговой марки «БиЛюкс», далее «обогреватель», на рост и развитие растений при отоплении теплицы.
Каждый садовод при постройке теплицы задавал себе вопрос: «Как экономично и безопасно для растений отопить теплицу?». Выводы о экономичности применения обогревателей «БиЛюкс» описаны в этой статье , и тут где описано, что обогрев производится с помощью длинноволнового инфракрасного излучения, с длинной волны λ = от 4 до 1000 мкм (от 4 000 до 1 000 000 нм). А вот влияние электромагнитного излучения на растения мы рассмотрим ниже.
Все живые организмы, растения и вся поверхность планеты попадают под воздействие солнечного излучения. Солнечная радиация представляет собой электромагнитное излучение в широком диапазоне волн, составляющих непрерывный спектр от 290 до 3000нм. (от 0,29 до 3 мкм). Ультрафиолетовые лучи (УФЛ), волны короче 290 нм (0,29 мкм), губительны для живых организмов. Они поглощаются слоем озона и до поверхности планеты не доходят. Земной поверхности достигают главным образом инфракрасные лучи (около 50% суммарного излучения) и видимые лучи спектра, которые составляют 45%. На долю УФЛ, имеющих длину волны 290—380 нм (0,29-0,38 мкм), приходится 5% лучистой энергии.
В экологическом отношении наибольшую значимость представляет видимая область спектра 390—710 нм (0,39 – 0,71 мкм), или фотосинтетически активная радиация (ФАР), которая поглощается пигментами хлоропластов и тем самым имеет решающее значение в жизни растений. Видимый свет нужен зеленым растениям для образования хлорофилла, формирования структуры хлоропластов; он регулирует работу устьичного аппарата, влияет на газообмен и транспирацию, стимулирует биосинтез белков и нуклеиновых кислот, повышает активность ряда светочувствительных ферментов. Свет влияет также на деление и растяжение клеток, ростовые процессы и на развитие растений, определяет сроки цветения и плодоношения, оказывает формообразующее воздействие.
Внутри этих границ выделены спектральные диапазоны со следующими физиологическими характеристиками:
- 280-320 нм – оказывает, как правило, вредное воздействие на рост и развитие растений.
- 320-400 нм – играет регуляторную роль в развитии растений, поэтому целесообразно присутствие этого излучения в небольших количествах (несколько процентов) в общем лучистом потоке. В небольших дозах они оказывают мощное бактерицидное действие, способствуют синтезу у растений некоторых витаминов, пигментов, а у животных и человека — витамина D. Кроме того, у человека они вызывают загар, который является защитной реакцией кожи.
- 400-500 нм («синий») – обладает как субстратным, так и регуляторным воздействием, должен входить в состав спектра фотосинтетически активной радиации (ФАР) для выращивания растений. Для взрослых растений синий цвет, в частности, регулирует ширину устьиц листьев, управляет движением листьев за солнцем, угнетает рост стеблей.
- 500-600 нм («зеленый») – не является абсолютно необходимым для обеспечения фотосинтеза растений, но благодаря своей высокой проникающей способности полезен для обеспечения фотосинтеза оптически плотных листьев и густых посевов растений.
- 600-700 нм («красный») – обладает ярко выраженным субстратным и регуляторным воздействием. Должен входить в состав общего излучения для обеспечения высокого фотосинтеза. Но монохроматический (однородный) красный свет может приводить к аномальному росту и развитию, а в ряде случаев и к гибели некоторых видов растений.
- 700-750 нм («дальний красный») – обладает ярко выраженным регуляторным действием. В небольших количествах (несколько процентов) должен входить в состав общего излучения.
- более 1000 нм – только тепловое воздействие.
Более наглядно выше перечисленное можно увидеть на следующей диаграмме:
Теперь рассмотрим спектр излучения длинноволновых инфракрасных обогревателей БиЛюкс, который составляет 4 000 нм – 1 000 000 нм (4 – 1000 мкм). Границы излучения в электромагнитном спектре представлены на диаграмме ниже:
Как видно из диаграмм, излучение «обогревателя» находится выше по длине спектра, чем процессы, влияющие на физико-химические процессы роста и развития растений. Т.е. не участвуют в них. Находясь в области дальнего инфракрасного излучения 4 000 нм – 1 000 000 нм (4 – 1 000 мкм), длинноволновые инфракрасные обогреватели «БиЛюкс», производят только тепловое воздействие. Поглощение растениями инфракрасных лучей «ИК-лучей» и выделение их в пространство, являются формой полезного теплового воздействия на растение как на живой организм.
Для нормального роста и развития растений в тепличных условиях необходима среда с повышенным уровнем влажности. Поэтому в теплицах можно использовать «БиЛюкс», так как их класс защиты для электроприборов составляет IP 44 (1-ая цифра «4» — защита от проникновения твердых частиц, диаметром ≥ 1,0 мм; 2-ая цифра «4«- защита от проникновения воды, от брызги и мельче). Так же обогреватели при работе не сжигают кислород и не сушат воздух.
Из всего выше рассмотренного можно сделать выводы , что инфракрасные обогреватели – это наиболее перспективный вид отопительных приборов, который является оптимальным выбором для отопления теплиц в осеннее, зимнее и весеннее время.
Источник
Как красный и инфракрасный свет влияют на рост и цветение растений?
Вопрос о том, что запускает механизм цветения у растений, является достаточно сложным и пока не имеет полного ответа. Приблизиться к истине позволяет знание основополагающих процессов, в результате которых растение распускается. Ключевым моментом является влияние триггеров, вызывающих последовательную цепочку реакций на генетическом и физиологическом уровне.
В результате происходит морфологическое изменение апикальных побегов растения, что и приводит к цветению.
Основной триггер, позволяющий запустить изменения в сторону цветения – это световой эффект, называемый фотопериодизмом. Под ним понимают сложный механизм реакции растения на получаемые световые сигналы определенной продолжительности и интенсивности. Специфика этого явления заключается в том, что растения иначе реагируют на свет, чем люди или животные.
Они воспринимают эту часть электромагнитного спектра определенной частоты как сигнал для старта определенных фотохимических процессов и используют ее в качестве энергии для их успешной реализации.
Какие существуют спектры света, воспринимаемые растениями?
Световая энергия, улавливаемая растениями, служит основой для синтеза углеводов и контроля множества тысяч биохимических процессов, протекающих в клетках растения. При сравнительно одинаковой длине волны для синтеза углеводов контроль над процессами происходит в четырех основных спектрах света, на которые интенсивно реагируют растения:
4.Инфракрасный диапазон 700-800 нм.
Цвета основного диапазона тесно граничат друг с другом, поэтому их значения нельзя четко выделить из-за перекрывания. С целью захвата волн разной длины растение применяет различные светопоглощающие пигменты:
1.Криптохромы (синего и ультрафиолетового цвета);
2.Фитохромы (красного спектра);
Суть влияния пигментов заключается в их функции «переключателей», обеспечивающих переход к той или иной функции для стабильного протекания биохимических процессов в растениях.
Растения также обладают высокой чувствительностью к интенсивности света, проявляющейся в виде сдвига между разными частотами. К примеру, если растение размещают в тени других, то в процессе роста на их долю приходится больше красного и инфракрасного цвета, меньше синего, из-за чего они более чувствительны именно к перепаду на границе красного и синего цвета. Это чаще всего происходит на восходе солнца, а противоположный процесс – на закате.
Отмечают также связь реакции растений в отношении времени суток, когда происходит смена ежедневных событий. Воздействие пигментов в качестве центров управления жизнедеятельности растений происходит под влиянием длины световых волн и смены их частот, а также, если свет отсутствует полностью. В результате благоприятного стечения обстоятельств происходит специфическая реакция, называемая цветением.
Циклы роста растений
Свет оказывает определяющее влияние на основные природные (циркадные) ритмы всех живых организмов, в том числе и растений. Ежедневная повторяемость основных жизненных циклов включает определенную последовательность событий, среди них выделяют периоды активности, выполнения определенных задач и отдыха. Все эти события, как правило, укладываются в определенный 24-часовой период времени.
Отсутствие освещенности приводит к периоду отдыха, когда химические элементы, необходимые для захвата световой энергии растениями, синтезировать невыгодно. Свет определяет периоды активности не только своим количеством, но и качеством, к которому очень чувствительны растения.
Основополагающие факторы окружающей среды, к которым относят время года и состав воздуха, влияют на восприятие растений через триггеры и измеряется пигментами, контролирующими гармоничное протекание процессов жизнедеятельности.
Криптохромы отвечают за устьичную функцию, отслеживание и захват солнечных лучей, активацию генного состава, синтезирование необходимых пигментов и ингибирование стволового роста.
Фототропины контролируют процесс роста растений и внутриклеточного перемещения хлоропласта с целью предупреждения повреждений системы, активируя защитные силы клетки.
Фитохром – особый комплекс, состоящий из пигментов двух типов: Pr (реагирующий на красный) и Pfr (на инфракрасный), отвечает за множество функций – прорастание, транскрипции генов, синтез хлорофилла и цветение. Реакцией на яркий свет будет старт процесса цветения у растений короткого дня вследствие изменения физиологии от обычного роста до цветения. Одновременное воздействие нескольких факторов, к которым относят влияние генов и гормонов, вызывает цветение.
Свет – основа всех биохимических процессов растения, он является базой для роста и обмена веществ, а также напрямую влияет на периодичность и продолжительность циклов в повседневном существовании. Свет регулирует выживание, определяет темп функционирования всех организмов. Правильное соотношение света – важный фактор, определяющий гармоничность развития растений и своевременность их цветения.
Самый важный цвет для всех типов растений – красный, он дает необходимую энергию для фотосинтеза растений, которая усваивается наиболее эффективно. Растения могут расти даже при чистом красном цвете, развиваясь достаточно полноценно. Они не будут выглядеть такими хорошо цветущими и здоровыми, как при естественном солнечном освещении, но, тем не менее, все биохимические процессы будут протекать без отклонения от нормы.
Выражение 660 нм красного цвета и 730 нм инфракрасного освещения – оптимальное отношение количества световой энергии, позволяющее растению определить продолжительность дня и ночи.
Перед старом процесса роста на поверхности семя растет под землей в том направлении, в котором больше находится красного цвета, чем цвета инфракрасного спектра. Лишь потом открываются семенные трещины и побеги появятся на поверхности земли.
Цвет в голубом спектре не проявляет себя под землей, в отличие от красного, которое способно ощущать растение в начальной фазе роста.
Процесс роста растений в зависимости от света
Влияние синего цвета при появлении на поверхности земли молодого ростка происходит в том направлении, что растение приобретает свойства рассады в отличие от свойств корня. Растение образует листья и направляет их к ближайшему источнику света синего спектра. Недостаточное количество голубого и синего света приводит к тому, что он продолжит расти, как корень, и не спешит появляться над землей. При этом новые листья не образуются, как если бы растение было полностью скрыто от солнца.
Если солнечный свет яркий и открытый, растение имеет тенденцию к росту приземистым и иметь небольшие размеры. Это происходит потому, что в солнечном свете больше красного спектра, чем инфракрасного, и проявляется реакция растения на такое соотношение – стебли будут короткими, а количество узлов – больше по сравнению с обычными условиями.
В противном случае, когда растение находится под влиянием 730 нм света, оно растет длинным и вытянутым. Этот эффект возникает потому, что в естественных условиях густой растительности происходит поглощение окружающими листьями красного цвета, и остальные стебли тянутся вверх в его поисках. Поэтому избыток инфракрасного света может вызвать «растянутые» стебли растений. Обратный эффект получают, имитируя наступление темного времени суток и увеличивая продолжительность светового дня для растений с коротким периодом цветения.
Источник