Светокультура растений в современных сооружениях искусственного климата (обзор)

Светокультура растений как процесс выращивания под искусственным светом возникла в XIX веке (F.H. Besthorn, 2013; J. Kleszcz с соавт., 2020). В России научные исследования в области светокультуры начали активно развиваться в первой половине ХХ века (В.М. Леман, 1976; А.М. Глобус, 2007; Е.И. Ермаков, 2009; I.G. Tarakanov с соавт., 2022). В настоящее время изучение различных аспектов выращивания растений в контролируемых условиях среды проводится в ряде ведущих научных учреждений Российской Федерации и Республики Беларусь, а также коллективами исследователей из стран Европы, Азии, США, Канады и Австралии. Значительный интерес к этой области растениеводства подтверждается резко увеличившимся в последние годы количеством публикаций по указанной тематике (A. Dsouza с соавт., 2023). Светокультура реализована в современных сооружениях искусственного климата (controlled environment agriculturee, СЕА), оборудованных, как правило, многоярусными стеллажными системами для выращивания растений и осветительным оборудованием и служащих альтернативой традиционному аграрному производству (T. Kozai с соавт., 2020). Такие сооружения (растительные фабрики, вертикальные фермы, сити-фермы, фитотехкомплексы) применяются для производства растительной продукции в густонаселенных городских районах и регионах с экстремальными погодными условиями, то есть там, где они имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционным сельским хозяйством (N. Didenko с соавт., 2021; D.L. Friedrich, 2021; G.G. Panova с соавт., 2023). К основным достоинствам сооружений искусственного климата относятся возможность круглогодичного производства вне зависимости от сезона и погодных условий, высокое качество продукции, ее близость к потребителю. Многие исследователи отмечают также более высокий выход товарной продукции с 1 м2 за счет применения многоуровневых систем выращивания, а также экономию ресурсов благодаря использованию современных гидропонных и аэропонных технологий выращивания и замкнутых циклов (C.E. Wong с соавт., 2020; N. Engler с соавт., 2021; K. Al-Kodmany, 2024). Выбор растений для производства в СЕА определяется прежде всего рентабельностью, поэтому в настоящее время выращивают в основном быстрорастущие культуры с компактным габитусом - листовые овощи, пряно-ароматические растения, микрозелень. При этом сообщается о необходимости расширения ассортимента продукции и селекции новых сортов, предназначенных для контролируемых условий выращивания (K.M. Folta, 2019; M. SharathKumar, 2020; С.Е. Wong с соавт., 2020; A. Dsouza с соавт., 2023). Основным объектом исследований в СЕА в настоящее время служит световая среда, поскольку от ее состава зависят фотосинтез, рост и морфогенез растений, их биохимический состав, накопление ценных метаболитов и в конечном итоге оптимизация технологий выращивания, эффективность использования ресурсов и рентабельность производства (A. Dsouza с соавт., 2023). В настоящей статье рассмотрена роль спектрального состава света, интенсивности и равномерности излучения, фотопериода в формировании растений, оценено влияние каждой из этих составляющих световой среды на урожай и качественный состав растительной продукции. Показано, что при помощи варьирования спектрального состава света можно управлять архитектоникой растений, регулировать накопление первичных и вторичных метаболитов (G.C. Modarelli с соавт., 2022; K. Zhang с соавт., 2023; K. Rosniza с соавт., 2023). Отражены генетически обусловленные различия в требованиях ряда культур к составу световой среды, в том числе обсуждается возможность существования сортовой специфичности в реакции образцов внутри культуры на формируемые условия выращивания. Также идет речь о применяемых в СЕА технологиях и используемых культурах, кратко отражены последние результаты в области селекции для светокультуры и указаны перспективы дальнейших исследований.