Создание циклоадаптивного режима освещения для увеличения урожайности Lactuca sativa L.

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В связи с необходимостью повышения урожайности растений и снижения энергопотребления источников излучения, мы вводим концепцию циклоадаптивного фоторежима (ЦАФР), который адаптируется к подстадиям (этапам) развития растений, динамически изменяет параметры освещения для оптимизации их роста и развития и способствует увеличению синтеза фотосинтетических пигментов. По результатам оценки влияния спектрального состава светодиодных устройств на развитие Lactuca sativa L. было определено, что светоизлучающее устройство, основанное на автоматизированном изменении спектрального состава излучения и плотности фотосинтетического фотонного потока в зависимости от этапа развития растения в соответствии с циклоадаптивной методикой освещения, приводит к увеличению урожайности культуры Lactuca sativa L. в 2 раза, а также снижению количества использованной воды, необходимой для образования 1 г сухого вещества, в 2,5 раза по сравнению с естественным освещением.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Мария Михайловна Дегтерева

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Автор, ответственный за переписку.
Email: mmromanovich@etu.ru
ORCID iD: 0000-0001-6797-0595

ассистент кафедры фотоники

Россия, Санкт-Петербург

Евгений Витальевич Левин

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Email: e_levin@etu.ru
ORCID iD: 0009-0000-3811-487X

аспирант 2 года обучения

Россия, Санкт-Петербург

Александр Эдуардович Дегтерев

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Email: aedegterev@etu.ru
ORCID iD: 0000-0002-6151-6567

ассистент кафедры фотоники

Россия, Санкт-Петербург

Иван Анатольевич Ламкин

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Email: ialamkin@etu.ru
ORCID iD: 0000-0002-3680-7725

кандидат технических наук, доцент кафедры фотоники

Россия, Санкт-Петербург

Сергей Анатольевич Тарасов

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Email: satarasov@etu.ru
ORCID iD: 0000-0002-6321-0019

доктор технических наук, заведующий кафедрой фотоники

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Al Murad M. et al. Light Emitting Diodes (LEDs) as Agricultural Lighting: Impact and Its Potential on Improving Physiology, Flowering, and Secondary Metabolites of Crops. Sustainability. 2021; 13(4): 1985. https://doi.org/10.3390/su13041985
  2. Hernández R., Kubota C. Physiological responses of cucumber seedlings under different blue and red photon flux ratios using LEDs. Environ Exp Bot. 2016; 121: 66–74. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2015.04.001
  3. Sipos L. et al. Optimization of basil (Ocimum basilicum L.) production in LED light environments – a review. Sci Hortic. 2021; 289: 110486. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2021.110486
  4. Viršilė A. et al. The Comparison of Constant and Dynamic Red and Blue Light Irradiation Effects on Red and Green Leaf Lettuce. Agronomy. 2020; 10(11): 1802. https://doi.org/10.3390/agronomy10111802
  5. Kamath D. et al. Dynamic versus Concurrent Lighting with Red and Blue Light-emitting Diodes as the Sole Light Source Can Potentially Improve Campanula Stock Plant Morphology for Cutting Production. HortScience. 2021; 56(11): 1439–1445. https://doi.org/10.21273/HORTSCI16034-21
  6. Nakonechnaya O. V. et al. In vitro potato plantlet development under different polychromatic LED spectra and dynamic illumination. Botanica Pacifica. 2021. https://doi.org/10.17581/bp.2021.10102
  7. Degtereva M. et al. Influence of the Spectral Composition of Illuminating Light Sources on Biometric and Phytochemical Characteristics of Ocimum basilicum L. Photonics. 2023; 10(12): 1369. https://doi.org/10.3390/photonics10121369
  8. Moustakas M., Calatayud Á., Guidi L. Editorial: Chlorophyll Fluorescence Imaging Analysis in Biotic and Abiotic Stress. Frontiers in Plant Science. Frontiers Media S. A. 2021; 12. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.658500
  9. Solbach J.A., Fricke A., Stützel H. Compensation of adverse growing media effects on plant growth and morphology by supplemental LED lighting. PLoS One. Public Library of Science. 2023; 18(9). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0291601
  10. Tabbert J.M., Schulz H., Krähmer A. Increased Plant Quality, Greenhouse Productivity and Energy Efficiency with Broad-Spectrum LED Systems: A Case Study for Thyme (Thymus vulgaris L.). Plants. 2021; 10(5): 960. https://doi.org/10.3390/plants10050960
  11. Hooks T. et al. Adding UVA and Far-Red Light to White LED Affects Growth, Morphology, and Phytochemicals of Indoor-Grown Microgreens. Sustainability. 2022; 14(14): 8552. https://doi.org/10.3390/su14148552
  12. Gao S. et al. Photosynthetic characteristics and chloroplast ultrastructure of welsh onion (Allium fistulosum L.) grown under different LED wavelengths. BMC Plant Biol. 2020; 20(1):78. https://doi.org/10.1186/s12870-020-2282-0
  13. Meng Q., Runkle E. S. Far-red radiation interacts with relative and absolute blue and red photon flux densities to regulate growth, morphology, and pigmentation of lettuce and basil seedlings. Sci Hortic. 2019; 255: 269–280. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.05.030
  14. Degtereva M.M. et al. Assessment Procedure for the Advantages of LED Phyto-Strip Application in the Industrial Greenhouse Complexes. Photonics Russia. 2023; 17(7): 566–578. https://doi.org/10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.566.578 Дегтерева М. М. и др. Методика оценки преимуществ применения светодиодной фитоленты в промышленных тепличных комплексах. Фотоника. 2023; 17(7): 566–578. https://doi.org/10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.7.566.578
  15. GOST R 57671-2017. Irradiation devices with LED light sources for greenhouses. General specifications: GOST R 57671-2017. Russia: National Standard of the Russian Federation, 2017; 8. (In Russ.) ГОСТ Р 57671-2017. Приборы облучательные со светодиодными источниками света для теплиц. Общие технические условия: ГОСТ Р 57671-2017. Россия: Национальный стандарт Российской Федерации, 2017; 8.
  16. Luo X. et al. Improved estimates of global terrestrial photosynthesis using information on leaf chlorophyll content. Glob Chang Biol. 2019; 25(7): 2499–2514. https://doi.org/10.1111/gcb.14624

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Вольт-амперная (а), ватт-амперная (b) характеристики и эффективность СИД (c)

Скачать (401KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимости PPFD СИД от тока на расстоянии 19 см (а) и от расстояния при рабочих токах (b)

Скачать (220KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Карта распределения PPFD на облучаемой поверхности на расстояниях от источника излучения до приемника 19 см (а), 40 см (b), 60 см (c)

Скачать (264KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Урожайность (а) и транспирационный коэффициент (b) Lactuca sativa L. (сорт «Вьюга») на 35-й день роста при различных параметрах освещения (р < 0,05). Звездочки указывают уровень значимости различий урожайности для разных источников света и естественным светом (*p < 0,03; **p < 0,001)

Скачать (286KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Содержание хлорофилла а, хлорофилла b, общего количества каротиноидов в образцах Lactuca sativa L. на 35-й день (**p < 0,001)

Скачать (166KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость урожайности от содержания хлорофилла a (а), хлорофилла b (b) и каротиноидов (c) в Lactuca sativa L.

Скачать (315KB)
Метаданные

© Дегтерева М.М., Левин Е.В., Дегтерев А.Э., Ламкин И.А., Тарасов С.А., 2025