Какой свет любят томаты? Создаем световое меню 

Томат — одна из самых распространенных культур в защищенном грунте. В некоторых странах она лидирует по занимаемой площади — в Нидерландах 70% теплиц отведены под нее. Опыт культивирования томата тоже велик. Но до сих пор идет изучение световых условий выращивания — среди которых подбор спектрального состава света, фотопериода и интенсивности облучения. Какие знания нам доступны уже сегодня, и как применять их на практике — разберемся в нашем новом исследовании.

Томат характерно реагирует на спектральный состав света — это выражается в изменении как морфологии, так и физиологии растения. Важно то, что такие реакции носят видоспецифичный характер. В эксперименте, где ученые анализировали влияние синих и зеленых светодиодов на растения, особняком стоял томат. При возрастании доли зеленого от 0 до 50% у томата линейно увеличивалась сухая вегетативная масса. У растений огурца и салата такая закономерность проявлялась хуже или вовсе давала отрицательный прирост. 

В таблице ниже знаком «+» отмечены значимые результаты после световой обработки. «NS» говорит о несущественных результатах. Здесь легко заметить, что томат часто реагирует на присутствие зеленого спектра не так, как другие растения. Сухая масса и площадь листа отличались большими показателями. Эти два параметра также могут быть взаимосвязаны — зеленый спектр увеличивает площадь светособирающей поверхности, что улучшает использование лучистой энергии и ведет к набору большей массы.

Продолжая анализировать отношение томата к синему, обратимся к исследованию из Вагенингенского университета. Растения обрабатывали светом с различными долями коротковолнового спектра — 27%, 28%,31%, 38%, 43% и 61%. И здесь томат проявил типичные реакции в ответ на обработку — высота растений линейно уменьшалась вместе с возрастающей долей синего.

Дальний красный свет часто остается без должного внимания в связи с его низкой энергоэффективностью. Но его возможности шире, чем кажется — он вносит вклад в фотосинтез, лежит в основе эффекта Эмерсона и служит ярким сигналом для запуска генетических программ в растении. Подробнее об этом спектре мы уже писали.


Чтобы проанализировать влияние ДК на развитие и продуктивность томата, обратимся к серии опытов из того же Вагенингенского университета. Исследования провели относительно недавно, в 2019 и 2020 годах. В первом опыте ученые оценивали влияние дальнего красного при двух режимах — непрерывной обработке и обработке в конце дня. Его мы уже рассматривали все в той же статье про дальний красный, поэтому подробно останавливаться не будем. 

Главное — освещение ДК увеличивает урожай во всех случаях, в том числе при обработке в конце дня. Это обусловлено как минимум двумя причинами — первая, длинноволновой спектр увеличивает площадь листьев, что способствует большему улавливанию света. Вторая, в таких условиях растения быстрее переходят к цветению и, соответственно, на формирование урожая остается больше времени. Также ученые заявляли, что ДК может напрямую воздействовать на развитие плодов, что еще предстоит изучить подробнее.

Год спустя, в 2020 году, вышло второе исследование, которое подробнее раскрывало взаимосвязь между формированием плодов и дальним красным спектром. Растения освещали двумя способами — только красно-синие светодиоды и с добавлением ДК.

Многие сорта томата имеют нейтральный фотопериод — то есть для запуска цветения им не важна продолжительность освещения или, правильнее сказать, продолжительность темноты. Такие растения еще называют автоцветущими. Но если длина дня не имеет значения, то на что ориентироваться? Фотопериодные растения уже имеют установленные природой рамки. Например, короткодневные виды чаще имеют такой режим — 18 часов света на вегетативной стадии и 12 часов на цветении. Для нейтральнодневных томатов эти рамки не установлены, что дает больше возможностей.

Для всех растений характерен ювенильный период или иначе период младенчества. В нем организм не воспринимает длину дня и соответственно не реагирует на нее. Здесь напрашивается параллель с человеком — пока не пройдет период полового созревания, размножение невозможно. С растением суть та же — пока организм не окрепнет, нет нужды воспринимать внешние стимулы. 

В среднем ювенильная стадия продолжается две недели. И в это время рассаду можно освещать по схеме 24/0. С томатом не нужно ориентироваться на эти временные рамки, что позволяет подвергать растения непрерывному облучению от нескольких дней до месяца. Такой прием направлен на формирование коренастой рассады, так как растение активно вытягивается именно в период темноты.

Наглядно демонстрируют преимущества данного подхода японские исследователи. Они освещали рассаду томата в двух режимах — 24 часа при PPFD 200 мкмоль/м2/с и 16 часов при PPFD 300 мкмоль/м2/с. Спустя две недели получили следующие данные

Продолжает тему взаимосвязи фотопериода и интенсивности освещения работа китайских ученых. На растения томата воздействовали потоком фотонов от 100 мкмоль/м2/с до 300 мкмоль/м2/с при длине дня от 12 до 20 часов.

В отличии от предыдущего исследования, здесь нет варианта с круглосуточным освещением. Поэтому самая высокая рассада получилась на длинном дне, 20 часов, при умеренном освещении, 200 мкмоль/м2/с. Но в целом выводы авторов согласуются с работой коллег из Японии — продуктивность растений выше при длинном фотопериоде и невысоком PPFD. Об этом можно судить по приросту сухой массы.

На графике разными фигурами и цветами обозначены фотопериод и интенсивность освещения. Например, 12/100 означает 12 часов света при интенсивности 100 мкмоль/м2/с. С увеличением количества света растет сухая масса — зависимость здесь достаточно линейная. Но важны детали. Если сравнить варианты с одинаковым DLI, но разными фотопериодом, то сухая масса будет выше на длинном дне при меньшей интенсивности света. Так, показатели 20/150 превосходят 12/250 при том, что DLI в обоих случаях составлял 10,8 моль/м2/сутки.

Световые параметры тесно связаны друг с другом и прочими факторами окружающей среды. Так, подбор фотопериода граничит с интенсивностью света, а та, в свою очередь, зависит от температуры воздуха. В том же исследовании из Китая ученые сообщают что, для томата больше подходит дневная температура в пределах 23-25 и ночная 20 градусов. В таком диапазоне сохраняется четкая зависимость — сухая масса увеличивается вместе с растущим PPFD. 

По крайней мере это справедливо, пока интенсивность света не превысит уровень в 300 мкмоль/м2/с. При температуре 27 градусов с ростом PPFD падает продуктивность. 

Раскрывает тему связи интенсивности света с температурой еще одно исследование. В нем использовали три световых режима — 250, 300, 350 мкмоль/м2/с. И два температурных — 15 и 18°С ночью. Днем во всех случаях температура была 26 градусов. Выводы, к которым пришли ученые, сводятся к тому, что продуктивность растений выше на большом PPFD, 350 мкмоль/м2/с, и с низкой ночной температурой, 15°С. При этом высокая температура, 18°С ночью, способствует лучшему использованию низкого PPFD, 250 мкмоль/м2/с. 

Здесь важно заметить, что в действительности интенсивность света 250 мкмоль/м2/с не является низкой. И при реально слабом свете, около 100 мкмоль/м2/с, высокая ночная температура приведет к усилению дыхания, расточительность которого не покроет дневной приход энергии. Как результат, растение будет слабым или вовсе погибнет от нехватки ресурсов. Поэтому при невысоком PPFD понижайте температуру, причем как дневную, так и ночную.

Световой режим томата складывается из нескольких факторов, таких как спектр, интенсивность света и фотопериод. Они все связаны между собой и нуждаются в комплексном применении:

- Оптимальный спектр для томата состоит из высокой доли зеленого (до 50%), сопоставимой с ним доли красного, малого количества синего (10-15%) и добавления дальнего красного.

- В первые несколько дней жизни растениям устанавливают непрерывное освещение. В остальное время фотопериод не меняют — 18-20 часов света в сутки при невысоком PPFD будут хорошим выбором.

- Фотопериод тесно связан с интенсивностью освещения (PPFD) — при длинном дне ее снижают, при коротком повышают. Но томат предпочитает продолжительное и невысокое облучение, интенсивность которого зависит от стадии развития. Так, для рассады подойдет уровень 150-200 мкмоль/м2/с, для вегетирующего растения 200-250 мкмоль/м2/с, для плодоносящего 300 мкмоль/м2/с.

Температура воздуха играет здесь не последнюю роль — томат активно усваивает энергию света при значениях 23-25°С днем и около 20°С ночью.