Технологические приемы выращивания мяты и мелисы на вертикальных стеллажах

Введение. Мята перечная и мелисса лекарственная – многолетние эфиромасличные и пряноароматические травянистые растения семейства Яснотковые (Lamiaceae), широко используемые в различных отраслях народного хозяйства в медицине, парфюмерно-косметической, ликеро-водочной, пищевой и других отраслях промышленности [1]. Наибольшее распространение и экономическое значение в мире имеет мята перечная. Мелисса в Европе традиционно используется как лекарственное растение для снятия нейрогенных расстройств, бессонницы и стресса из-за его спазмолитического действия и седативных свойств [2].

В последние годы наблюдается огромный интерес к выращиванию лекарственных и ароматических растений, производство которых осуществляется в открытом грунте и предусматривает только сезонное возделывание.

В течение последних десятилетий набирает обороты выращивание лекарственных трав гидропонным способом на беспочвенной среде под светодиодным освещением, что позволяет круглогодично получать высококачественное растительное сырье [3].

Гидропоника охватывает технологии производства продуктов питания, признанные инновационными, экологически безопасными, устойчивыми, надежными и гибкими [4]. В результате данная технология становится более эффективной в оптимизации ресурсов, чем почвенные методы ведения сельского хозяйства [5].

Растения мяты и мелиссы выращивают на гидропонных установках различного типа (салатные линии, рассадные столы, вертикальные многоярусные стеллажи и др.) с использованием проточной технологии или метода подтопления. Исследования показали, что при выращивании мелиссы на многоярусной узкостеллажной гидропонике (МУГ) можно получать зеленную товарную продукцию высокого качества в ранние сроки [6]. Светодиодные светильники значительно увеличивают надземную массу и сухое вещество, а также количество листьев в растениях [7]. Выращивание растений мяты на беспочвенной среде способствует увеличению урожая по сравнению с почвенными условиями [8]. В результате ароматические растения становятся экономически важными объектами сельского хозяйства для закрытых систем выращивания.

Глобальная стратегия в производстве лекарственных и ароматических растений заключается в улучшении качества, увеличения количества и накоплении биологически активных веществ, а в связи с появлением неблагоприятных последствий химических веществ, используемых в сельском хозяйстве, таких как пестициды, тенденция к использованию подходов, которые являются экологически безопасными, растет.

Цель исследования – изучение влияния различных спектров светодиодного освещения на формирование вегетативной массы мяты перечной и мелиссы лекарственной при пороговых значениях фотосинтетической облученности для зеленных культур.

Объекты и методы исследования. Выращивание мяты и мелиссы на вертикальных стеллажах с использованием проточной технологии гидропоники осуществляли в отделе закрытых искусственных агроэкосистем для растениеводства на базе ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (Москва) в течение 2020–2021 гг. Объектом исследования являлись Mentha×piperita L. (мята перечная) сорт Ароматная и Melissa officinalis L. (мелисса лекарственная) сорт Лимонный Аромат. На стеллажах использовали светильники 1, 2 и 3, основанные на синих, зеленых и красных светодиодах, с суммарной интенсивностью ФАР 150 ммоль/м²с. К основному спектру освещения добавляли дальний красный спектр 12 (светильники 1 и 3) и 6 % (светильник 2) для раннего прорастания семян и последующего активного роста растений.

Эксперимент включал следующие варианты светодиодного освещения:

• 1    – синий (23 ммоль/м²с), зеленый (53 ммоль/м²с) и красный (74 ммоль/м²с) спектр;

• 2    – синий (21 ммоль/м²с), зеленый (59 ммоль/м²с) и красный (70 ммоль/м²с) спектр;

• 3    – синий (20 ммоль/м²с), зеленый (48 ммоль/м²с) и красный (82 ммоль/м²с) спектр.

Биометрические показатели (количество листьев и площадь листовой пластины) измеряли с помощью прибора LI-COR-LI-3100C (США). Определение сырого вещества проводили на аналитических весах LA 230S (Германия). Определение сухого вещества – методом высушивания навески до постоянной массы в сушильном шкафу Memmert UN-450 (Германия) по ГОСТ 24027.2-80 [9]. Количественное содержание основных пигментов (хлорофилла a, b и каротиноидов) в листьях определяли на спектрофотометре «Спекс ССП-705М» (Россия). Концентрацию пигментов рассчитывали для 100 % ацетона по уравнению Хольма-Веттшнейна [10, 11]. Все исследуемые показатели определяли в динамике для фаз ветвления, бутонизации и цветения.

Питание растений осуществлялось водорастворимыми минеральными удобрениями по разработанной прописи с добавлением микроэлементов в хелатной форме. Электропроводность (ЕС) раствора поддерживали в пределах 2,9–3,1 мСм смˉ¹, рН – 5,8–6,0. Раствор не изменялся в течение всей вегетации.

Анализ данных оценивали методами дисперсионного анализа с помощью программы STADIA 8.0. НСР использовали для проверки значимости полученных данных при уровне вероятности p < 0,05.

Результаты исследования. В фазу ветвления надземная масса растений у мяты составила от 8,04 до 11,05 г/растение, у мелиссы – от 9,11 до 10,69 г/растение в зависимости от освещения (табл. 1). Наибольшее накопление сухого вещества у изучаемых культур отмечалось под светодиодными облучателями 1 и 3 с показателем 1,93 (мята) и 1,42 г/растение (мелисса)

соответственно. Спектральный состав светодиодного облучателя 2 способствовал формированию достоверно максимального прироста надземной массы и накоплению сухого вещества на стадии цветения у растений мелиссы. Как показали исследования, для мяты наиболее оптимальным освещением является светильник со спектральным составом 1. Так, наибольший прирост растительной массы мяты в фазу бутонизации был отмечен в 1-м варианте (14,34 г) с достоверной прибавкой в 18,12–28,60 % по отношению ко 2-му и 3-му вариантам светодиодных облучателей.

Таблица 1

Показатели прироста надземной массы и сухого вещества растений мяты и мелиссы

Вариант светодиодного освещения	Надземная масса, г/растение			Сухое вещество, г/растение
	Ветвление	Бутонизация	Цветение	Ветвление	Бутонизация	Цветение
Мята
1	11,05	14,34	31,02	1,93	2,79	7,38
2	9,96	11,15	27,45	1,69	2,05	6,47
3	8,04	12,14	24,26	1,24	2,24	6,03
Мелисса
1	9,23	13,09	35,56	1,32	2,05	7,19
2	9,11	13,79	43,30	1,27	2,30	9,13
3	10,69	12,70	33,39	1,42	2,06	5,98
НСР 0,5	1,88	1,84	6,62	0,38	0,44	1,85

В результате проведенных исследований венное воздействие на формирование листовой выявлено, что разное соотношение спектраль- поверхности мяты и мелиссы (табл. 2).

ного состава освещения оказывает непосредст-

Таблица 2

Биометрические показатели ассимиляционного аппарата растений мяты и мелиссы

Вариант светодиодного освещения	Фаза развития
	Ветвление		Бутонизация		Цветение
	Кол-во листьев, шт.	Площадь листьев, см²/растение	Кол-во листьев, шт.	Площадь листьев, см²/растение	Кол-во листьев, шт.	Площадь листьев, см²/растение
Мята
1	32,3	64,2	98,8	229,9	138,3	313,6
2	38,0	68,0	70,0	290,4	85,1	372,0
3	28,9	48,3	65,0	185,7	99,5	281,0
			Мелисса
1	41,5	82,3	74,8	298,5	100,3	398,6
2	37,5	97,9	85,5	363,7	121,4	451,4
3	28,8	55,3	70,0	339,4	102,9	371,4
НСР 0,5	8,48	25,54	21,21	66,14	31,80	65,56

Особенностью формирования листового аппарата мяты являлось в основном не количество листьев на одном растении, как у мелиссы, а средний размер листа. При освещении во 2-м варианте средняя площадь одного листа составила 4,4 см²/лист по сравнению с 1-м и 3-м вариантами – 2,3 и 2,8 см2/лист соответственно.

У растений мелиссы средние размеры листа варьировали в пределах 4,0–4,8 см2/лист и незначительно изменялись в зависимости от варианта освещения. Оценка результатов развития ассимиляционного аппарата мяты и мелиссы показала, что при добавлении дальнего красного спектра (6 %) к общему спектральному составу способствовало активированию фотосинтетической активности листьев, которая проявлялась в формировании большей площади листовой поверхности, что подтверждается данными статистической обработки. К фазе цветения средняя площадь листа находилась на уровне 372,0 см²/растение у мяты и 451,4 см2/растение у мелиссы.

Взаимосвязь между длиной побега и суточным приростом показана на рисунке. Наиболее интенсивный прирост у растений мяты отмечался в фазу цветения – 1,03–1,09 см в сутки при высоте растений от 42,05–50,65 см.

1,50

60,0

1,25

1,00

0,75

0,50

0,25

0,00

s

о

Э о s к

«

о суточный прирост LED 1       суточный прирост LED 2      суточный прирост LED 3

Рис. 1. Динамика роста и развития растений мяты и мелиссы в зависимости от варианта светодиодного освещения

Растения мелиссы в фазе цветения при высоте побегов 23,7–31,7 см имели прирост 0,41– 0,56 см в сутки. Стоит отметить, что по вариантам освещения у изученных растений не наблюдалось сильной разницы в суточном приросте.

При изучении количественного содержания фотосинтетических пигментов было установле- но, что разное соотношение спектрального состава света незначительно повлияло на накопление общего хлорофилла и каротиноидов в листьях мяты и мелиссы (табл. 3). Накопление основного пигмента хлорофилла а в зависимости от варианта освещения и доли дальнего красного спектра варьировало в пределах 9,59– 10,03 (мята) и 8,92–10,06 мг/г (мелисса).

Таблица 3

Вариант светодиодного освещения	Количество, мг/г
	Хлорофилл а	Хлорофилл b	Хлорофилл ( а+b )	Каротиноиды
	Мята
1	9,59±0,2	4,37±0,1	13,97±0,2	2,82±0,2
2	9,72±0,1	3,76±0,2	13,48±0,3	3,00±0,1
3	10,03±0,2	3,93±0,1	13,96±0,2	3,03±0,2
	Мелисса
1	9,69±0,1	4,30±0,1	13,98±0,3	2,99±0,1
2	8,92±0,2	3,82±0,2	12,74±0,2	2,77±0,1
3	10,06±0,2	4,37±0,2	14,43±0,3	3,13±0,2

Содержание основных пигментов в растениях мяты и мелиссы

Следовательно, выращивание мяты и мелиссы в условиях светокультуры при минимальном уровне фотосинтетической облученности позволяет получать растительную продукцию на разных фенологических стадиях развития растений согласно проанализированным показателям формирования вегетативной массы.

Правильно сбалансированные параметры светодиодного освещения (длина волны, интенсивность, время и продолжительность воздействия), согласующиеся с другими факторами микроклимата, создают оптимальные условия для разных видов растений и, следовательно, могут использоваться для улучшения роста растений, морфологии и качества готовой продукции.

Заключение. Результаты исследования показали, что параметры роста и развития мяты и мелиссы на вертикальных стеллажах незначительно изменялись от изучаемого спектрального состава светодиодного освещения. В целом соотношение подобранного спектра положительно повлияло на формирование вегетативной массы и накопление фотосинтетических пигментов. Светодиодные светильники с низким уровнем фотосинтетической облученности могут быть использованы для выращивания и получения товарной продукции мяты и мелиссы при минимальных энергозатратах в контролируемых условиях светокультуры.