Биологическое тестирование светокорректирующих пленок в условиях закрытого грунта при выращивании белокочанной капусты

Пленки с добавками фотолюминофоров на основе соединений европия, созданные в 80-х годах, нашли широкое применение в сельском хозяйстве для укрытия сооружений закрытого грунта (1-3). Преимущество этих пленок связано с преобразованием спектрального состава солнечного света за счет поглощения люминофором коротковолновых составляющих и трансформации в область красного спектра, что названо авторами «полисветановым» эффектом (1, 2). Однако опубликованные данные ограничиваются, как правило, определением хозяйственной продуктивности различных сельскохозяйственных культур (часто в несопоставимых условиях) и не содержат сведений о конкретных фотофизических свойствах испытываемых материалов.

В задачу наших исследований входила оценка влияния светокорректирующих пленок на основе полиэтилена высокого давления (ПЭВД), которые различались по качественному и количественному составу модифицирующих добавок, на морфометрические и физико-биохимические показатели растений тестовой культуры.

Описание методики. Объектом исследований служила рассада белокочанной капусты сорта Надежда ( n = 30). Испытания проводили на агробиостанции Томского государственного педагогического университета в закрытом грунте — сооружения арочного типа площадью 1 x 1 м 2 , высотой 0,5 м, укрытые светокорректирующими пленками (опыт) и пленками из немодифицированного ПЭВД (контроль). В качестве грунта использовали смесь чернозема, перегноя и торфа в равных количествах. На протяжении периода выращивания рассады в 5-кратной повторности определяли высоту растений, толщину стебля, число и площадь поверхности листьев, сухую массу растений, содержание хлорофилла а и b , а также каротиноидов (4). При статистической обработке данных использовали программу «Excel» с доверительным интервалом 0,9.

Полимерные композиции для изготовления пленок получали методом сухого смешивания гранул ПЭВД марки 15303-020 с порошкообразными люминофорами (5); образцы рукавных пленок толщиной 120 мкм и шириной 2 x 1500 мм — методом экструзии с раздувом на пленочной линии УРП-1500. В качестве модифицирующих добавок были использованы люминофоры на основе комплекса нитрата европия с 1,10-фенантролином — Eu(NO₃)₃ ■ 2фен. (6), оксида иттрия, активированного европием, — Y₂O₃Eu (7) и оксосульфида иттрия, активированного европием, — Y₂S₂O₃Eu (8), которые различались по положению полос в спектрах фотолюминесценции (рис. 1). Состав и фотофи-зические свойства пленок пред-ставлены в таблице.

Рис. 1. Спектры люминесценции соединений европия в светокорректирующих пленках с различным составом модифицирующих добавок: а, б, в — марка пленок соответственно И-3, И-4, И-7; г — спектры поглощения фитохрома (цит. по 9).

При тестировании различных сельскохозяйственных культур (томаты, огурцы, сладкий перец, капуста, зеленные культуры) наибольшие изменения в онтогенезе при выращивании под светокорректирующими пленками были выявлены у белокочанной капусты, что послужило основанием для выбора последней в качестве тестовой культуры (10). Для получения сравнимых результатов необходимо соблюдение одинаковых параметров среды при выращивании растений — минеральный состав почвы, влагообеспечен-ность, температура, равномерность освещения, что достигалось использованием сооружений закрытого грунта (11).

При использовании светокорректирующих пленок наблюдалось ускоренное развитие растений по сравнению с контролем (рис. 2, А). Так, было отмечено, что более быстрое появление первого настоящего листа, а в дальнейшем и ускоренный рост листовых пластинок способствовали увеличению общей ассимилирующей поверхности от 20 до 100 % (соответст- венно под пленками И-3 и И-7) по сравнению с контролем. В контроле у 30-суточных растений отсутствовал шестой лист, а пятый находился в зачаточном состоянии. При выращивании рассады под светокорректирующими пленками начало образования шестого листа приходилось на 22-24-е сут.

Фотофизическая характеристика полиэтиленовых светокорректирующих пленок

Рис. 2. Морфометрические показатели (А) и содержание пигментов в листьях (Б) 30-суточных растений белокочанной капусты сорта Надежда, выращенных под светокорректирующими пленками с различным составом модифицирующих добавок: 1, 2, 3, 4, 5 — марка пленки соответственно И-3, И-4, И-5, И-7, И-1 (контроль); I, II, III, IV, V — соответственно сухая масса растений, площадь поверхности листьев, толщина стебля, число листьев, высота растений (% от контроля); а, б, в, г — содержание соответственно хлорофилла а , b , а + b и каротиноидов.

При увеличении количества и площади поверхности листьев растений в опыте формировались стебли б о льшего диаметра (на 15 %), что не сопровождалось удлинением листовых пластинок по сравнению с контролем. Это является важным показателем для дальнейшего практического использования рассады. Сухая масса растений в контроле составляла 730 мг, в опыте под пленками И-5, И-4, И-3 и И-7 она увеличивалась соответственно на 340, 630, 710 и 850 мг.

При выращивании под пленками И-3, И-4 и И-5 содержание всех пигментов в листьях растений достоверно не изменялось, под пленкой И-7 — возрастало содержание хлорофилла а на единицу площади поверхности листьев по сравнению с контролем (до 20 %), что выражалось в увеличении суммарного содержания хлорофилла а и b (рис. 2, Б). При этом эффективность использования пленок зависела от длины волны генерируемого ими вторичного люминесцентного излучения, оказывающего влияние на систему фитохрома Ф₆₆₀ и Ф₇₃₀ растений (2, 3). Максимальная длина волны светокорректирующих пленок составляла 615, 618 и 626 нм (см. рис. 1, а, б, в). Люминесцентное излучение пленок находилось в пределах спектра поглощения фитохрома Ф 660 и приближалось к максимуму поглощения: И-7, И-5, И-3 и И-4 — соответственно 615, 615, 618 и 626 нм (см. рис. 1, г). Несмотря на наиболее близкое положение максимума люминесценции пленки И-4 к максимуму поглощения фитохрома Ф 660 , морфометрические показатели растений под этой пленкой изменялись в меньшей степени, чем под пленкой И-3, что свидетельствует об отсутствии прямой зависимости «полисветанового» эффекта от длины волны люминесцентного излучения в исследованном интервале. Выявлена прямая зависимость «полисветанового» эффекта от интенсивности вторичного люминесцентного излучения для пленок с одинаковым типом люминофора (И-5, И-7); при различных люминофорах этого не наблюдалось. Следовательно, природа «полисветанового» эффекта является более сложной и многофакторной, чем предполагалось ранее (2, 3).

Таким образом, на рассаде белокочанной капусты сорта Надежда показано влияние модифицирующих добавок светокорректирующих пленок (фотолюминофоры с люминесценцией в красной области спектра, λ = = 625¼626 нм) на морфометрические и физиолого-биохимические показатели растений. Это свидетельствует об определяющей роли фотолюминофора в формировании благоприятных для растений условий под светокорректирующими пленками, что дает возможность на 8-10 сут сократить срок выращивания рассады капусты без применения дополнительного освещения теплиц в регионах рискованного земледелия. Разработанные методики тестирования могут быть использованы для экспресс-определения фотофизических свойств пленок.

Л И Т Е Р А Т У Р А

• 1.    K u s n e t s o v S.I., L e p l i a n i n G.V., M i r o n o v U.I. e.a. «Polisvetan», a high performance material for cladding grinhouses. Plasticulture, 1989, 3, 83: 13-20.

• 2.    К а р а с е в В.Е. Полисветаны — новые полимерные светотрансформирующие материалы для сельского хозяйства. Вест. ДВО РАН, 1995, 2: 66-73.

• 3.    Щ е л о к о в Р.Н. Полисветаны и полисветановый эффект. Изв. РАН, сер. хим., 1996, 6: 50-55.

• 4.    Ш л ы к А.А. Биосинтез хлорофилла и формирование фотосинтетических систем. В сб.: Теоретические основы фотосинтетической продуктивности. М., 1972: 154-169.

• 5.    Р а й д а В.С., М и н и ч А.С., Т е р е н т ь е в В.А. и др. Технология производства светокорректирующих полиэтиленовых пленок для сельского хозяйства. Хим. пром., 1999, 10: 56-58.

• 6.   M e l b i L.R., R o s e N.J., A b r a m s o n E. e.a. Synthesis and fluorescence of some trivalent lanthanide

  complexes. J. Amer. Chemic. Sosiety, 1964, 86, 23: 5117-5125.

• 7.   К а з а н к и н О.Н., М а р к о в с к и й Л.Я., М и р о н о в И.А. и др. Неорганические люминофоры.

• 8.    С о щ и н Н.П. Люминесцентные материалы для электроннолучевых приборов. Электронная промышленность, 1973, 2: 100-103.

• 9.   К у з н е ц о в Е.Д., С е ч н я к Л.К., К и н д р у к Н.А. и др. Роль фитохрома в растениях. М., 1986.

• 10.  Р о г о з и н В.И., М и н и ч А.С., Р а й д а В.С. Опыт использования светокорректирующих пленок

  на агробиостанции Томского государственного педагогического университета. В сб: Светокорректирующие пленки для сельского хозяйства. Томск, 1998: 50-56.

• 11.    Г е н д е л ь С.В. Полимерные пленки для выращивания плодов и овощей. М., 1985.

Л., 1975.

Томский государственный педагогический университет,