книги из ГПНТБ / Бобов С.С. Физика в сельском хозяйстве

2—3 раза меньшие, чем в наиболее благоприятных естественных условиях. Так, от появления всходов до созревания у огурцов проходило 32—34 дня, у яровой пшеницы — 55, у хлопчатника — 70 дней. Такие сроки позволяют в установках светокультуры проводить по несколько оборотов в год.

Агрофизическим институтом созданы камеры с лампами накаливания небольших размеров. В камерах регулируется световой поток искусственной радиации, изменяется содержание кислорода и углекислоты. Со­ зданы камеры, допускающие регулирование темпера­ туры корнеобитаемого слоя почвы или ее заменителей. Условия внешней среды в таких камерах обеспечива­ ются автоматически по заданной программе.

Камеры светокультуры доведены до предельной простоты в изготовлении и использовании. Уже разра­ ботаны технические условия крупносерийного их про­ изводства. Пока камеры остаются достоянием иссле- дователей-агробиологов, однако в близком будущем они широко войдут в сельскохозяйственное производ­ ство и даже в быт трудящихся. Камеры, установлен­ ные в подвалах или комнатах, будут обеспечивать своих владельцев плодами и цветами круглый год.

В совхозе «Тепличный» под Москвой создана пер­ вая растениеводческая фабрика, под лучами электри­ ческих «солнц» которой на площади в 75 м2 выращи­ ваются томаты. Разработаны проекты подобных фаб­ рик овощей и плодов внутри плотин, непосредственно на местах производства дешевой электроэнергии.

Светокультура требует дальнейшего совершенст­ вования и еще большей простоты, что приведет к рез­ кому снижению расходов на облучение. Необходимо

30

отказаться от применения водяных фильтров, создать специальные лампы с пониженным потоком теплового излучения и спектральным составом, наиболее опти­ мальным для растений.

Светокультура в сочетании с естественным солнеч­ ным светом широко применяется в теплично-парнико­ вых хозяйствах колхозов и совхозов. Экономическая выгодность ее вполне доказана. Большие первона­ чальные расходы по светокультуре быстро окупаются высокой производительностью теплиц и парников.

Транспирация растений

Большое место в агрофизике занимает изучение важнейшей проблемы жизнедеятельности растений — транспирации, процесса превращения воды в пар и его последующую диффузию из внутренних полостей листьев в окружающую среду. Транспирация связана с дыханием растительных организмов. Первый этап— превращение воды в пар — в основном зависит от на­ грева листьев, поглощения ими лучистой энергии. Вто­ рой— диффузия пара, или собственно транспирация, определяется анатомическими и физиологическими особенностями листьев. Открывая и закрывая на ли­ стьях устьичные щели, растения сами регулируют ис­ парение влаги. Светокультура может оказывать значи­ тельное влияние на транспирацию, представляющую со­ бой совершенную автоматизированную систему в жиз­ недеятельности растений. Из суммарной радиации, па­ дающей на листья, ими поглощается только половина лучистой энергии, другую — они отражают.

31

Как же растения используют поглощаемую ими энергию? В среднем около 1,5% радиации расходует­ ся листьями на фотосинтез. Вся основная масса лучи­ стой энергии превращается в теплоту и идет на испаре­ ние влаги — транспирацию растений. Нагрев листьев определяется количеством и спектральным составом лучистой энергии, поглощенной пигментами и во­ дой, находящейся в тканях листьев. Видимый свет способствует раскрытию устьиц и повышает проницае­ мость плазмы испаряющих клеток. Все это приводит к усилению транспирации.

Под влиянием света возрастает разность между давлением насыщающего пара при температуре испа­ ряющего листа и окружающего воздуха. Превраще­

в самих листьях поддерживается динамическое рав­ новесие. Растения с помощью транспирации авто­ матически поддерживают температуру на определен­ ном уровне. Существует вполне определенный суточный ритм хода транспирации, время ее начала и окон­ чания. Растения на испарение расходуют влагу, посту­ пающую из корнеобитаемого слоя почвы. Непрерыв­ ный расход ее создает движение влаги по направлению к зоне корневого иссушения почвы.

Измерение величины транспирации имеет большое теоретическое и практическое значение. До недавнего времени не удавалось непосредственно измерять ее. Только применив новые методы измерений и полупро­ водниковую аппаратуру, ученые нашли решение этой

32

трудной задачи. Два полупроводниковых микротермо­ метра, отличающихся очень высокой чувствительно­ стью, располагают один у поверхности листа, другой вдали от листьев. С возрастанием транспирации уси­ ливалось охлаждение листовой пластинки, а вместе с тем увеличивалась разность показаний микротермо­ метров. Ход испарения автоматически регистрировал­ ся дистанционно, что повышало точность результатов.

Исключительно благоприятные условия изучения транспирации создаются светокультурой, что привело к установлению ряда ранее неизвестных закономерно­ стей жизнедеятельности растений. Оказалось, что ритм испарения определяется продолжительностью светового дня. Обычно оно начинается сразу же по­ сле начала освещения растений и заканчивается после его прекращения. Удалось установить существование глубокой связи между фотопериодической реакцией и интенсивностью транспирации. Обычно полный цикл ее у растений протекает за 12—14 час.

Изменение продолжительности светового дня вызы­ вает у растений своего рода «условный рефлекс». Так, при сокращении освещения транспирация начинается в темноте еще до включения света и заканчивается после выключения. Если световой день значительно удлиняли, то транспирация все-таки продолжалась не более 14 час. Она начиналась значительно позднее включения света и заканчивалась намного раньше прекращения освещения растений. Результаты иссле­ дований транспирации при светокультуре привели к выводу, что у растений существует вполне определен­ ный суточный ход испарения, сложившийся под влия­ нием внешней среды.

33

В естественных условиях ритм транспирации не в состоянии приспосабливаться к непрерывным измене­ ниям внешней среды. Вот почему становится понятной высокая продуктивность и скороспелость растений, выращиваемых при искусственном освещении. Посто­ янство или требуемое самими растениями постепенное изменение освещенности, температуры и влажности воздуха при светокультуре непрерывно создают опти­ мальные физические условия, которыми определяют­ ся транспирация и фотосинтез.

Изучение транспирации позволило автоматизиро­ вать технику светокультуры, дало возможность самим растениям управлять искусственным освещением. Прекращение испарения листьями влаги может слу­ жить своеобразным сигналом выключения освещения, а начало его — к включению.

Такая установка создана Агрофизическим инсти­ тутом. Понижение температуры листьев в начале и повышение ее после окончания транспирации изменя­ ют сопротивление полупроводника микротермометра, как бы сообщая прибору необходимый сигнал, переда­ ваемый затем автоматическому управлению освеще­ нием. В этой установке создается связь живого орга­ низма с прибором, осуществляется совершенно новая по своему принципу автоматизированная система, ор­ ганически связанная с жизнедеятельностью расте­ ний. Подобные приборы приучат к определенному ритму жизни, хорошо отрегулированному самим ра­ стением.

В опытах с молодыми растениями фасоли вначале установили световой день всего лишь 4 часа. Расте­ ниям этого, конечно, оказалось слишком мало, и,

34

пользуясь автоматической системой управления све­ том, они изо дня в день увеличивали продолжитель­ ность освещения, пока не довели ее до 14 час. в сут­ ки. Дальше растения увеличивать световой день не стали. Очевидно, подобранный самими растениями световой режим дня оказался для них наиболее благоприятным. По такому же принципу можно автоматизировать и другие производственные про­ цессы.

Обеспечение растений достаточным количеством влаги является важнейшим вопросом земледелия. В условиях орошения правильный выбор сроков и норм поливов составляет главную заботу агронома. Очеред­ ной полив обычно устанавливается в зависимости от влажности почвы или состояния растений. Обычно на это определение уходит много времени, что может привести к опозданию с поливом и непоправимым из­ менениям в растениях.

Расход почвенной влаги определяется транспира­ цией и физическим испарением самой почвой, состав­ ляющим так называемое суммарное испарение. Пока последнее не превышает определенного предела, ра­ стения обеспечены достаточным запасом почвенной влаги для нормального развития. Потерями влаги на суммарное испарение можно характеризовать влагообеспеченность растений. Только зная величину испа­ рения поля, покрытого растениями, можно для любо­ го момента времени правильно выбрать сроки полива

иустановить его нормы.

Впоследние годы в Агрофизическом институте со­

здана установка, автоматизирующая измерение сум­ марного испарения методом теплового баланса. Полу­

35

чая от растений данные транспирации, прибор сигнализирует о наступлении сроков поливов. Можно сказать, что автомат «разговаривает» с растения­ ми, получая непосредственно от них первичный

сигнал.

Такая автоматизированная установка — термобалансограф — представляет собой электронно-счетное устройство постоянного действия. От полупроводнико­ вых приборов он получает необходимую информацию о радиационном балансе, градиентах температуры и влажности воздуха, о теплообмене между почвой и ее поверхностью. Зная основные физические факторы, входящие в уравнение теплового баланса, счетно-ре­ шающий блок термобалансографа по заданной ему программе производит подсчеты и выдает готовое зна­ чение величины суммарного испарения на самопишу­ щий автоматический узел.

Термобалансограф работает быстро, непрерывно и дистанционно, без участия человека. По данным его записей видно, какого количества влаги недостает растениям в различные периоды вегетации. С помо­ щью простой сигнальной системы прибор может пере­ давать нужные команды на пульт управления оро­ шения.

Применение балансографа облегчает создание оп­ тимальных условий для растений, позволяет судить о том, при какой величине суточного испарения можно ожидать от растений самой высокой продуктивности. Установлено, что если 80% энергии радиационного ба­ ланса расходуется на испарение и почва имеет доста­ точно питательных веществ, то продуктивность расте­ ний наивысшая.

36

Новая полупроводниковая техника для агронома

Урожайность полей, продуктивность тепличного хо­ зяйства, сохранение урожая — все это в значительной мере определяется качеством контроля со стороны специалистов сельского хозяйства.

Вопрос о контроле сам по себе не нов. Правда, теперь в условиях крупного интенсивного сельского хозяйства значительно изменились его роль и задачи. В связи с этим возникает необходимость вооружить агрономов современными точными и быстродействую­ щими контрольно-измерительными приборами и уста­ новками, заменить ими устаревшие. В этом направ­ лении очень много сделано работниками Агрофизиче­ ского института. Созданные ими приборы можно встретить в передовых хозяйствах.

Всесоюзным научно-исследовательским институтом удобрений и агропочвоведения создан оригинальный прибор для специалистов сельского хозяйства. Это маленькая переносная лаборатория, которая носит название «трость агронома». Прибор действительно вы­ полнен в виде тонкой металлической трости весом 2,5 кг с пластмассовой рукояткой. Внутри вмонтирован полупроводниковый термощуп для измерения темпе­ ратуры, показания которого определяются стрелочным гальванометром на рукоятке трости. Агроном может быстро и точно измерять температуру почвы на по­ верхности и на различной глубине, воздуха в поле или в помещении, зерна в хранилище. С помощью трости можно проверить глубину вспашки, для этого на ее поверхности нанесены деления. Прибор снабжен ру-

37

леткой для проверки квадратно-гнездовой посадки и для замеров контрольных участков поля при опреде­ лении густоты или засоренности посевов.

Находящаяся в рукоятке трости лупа помогает специалисту провести визуальный анализ зерна, обна­ ружить на растениях и в хранилищах вредителей. Ес­ ли агроному понадобится пинцет или скальпель, то он найдет их в той же походной лаборатории. Этот удобный и компактный прибор получит хорошую оценку технологов колхозного и совхозного производ­ ства.

Влажность убранного зерна в полевых условиях можно быстро определить с помощью портативного электровлагомера ЭВЗ. Для этого зерно засыпают в цилиндрический датчик, расположенный в верхней ча­ сти прибора. Датчик подключают в электрическую цепь влагомера и по делениям специальной шкалы на его крышке определяют процент содержания вла­ ги в зерне. Эти измерения выполняются в течение не­ скольких секунд.

На вопрос, много ли влаги содержится в снежном покрове полей, даст ответ агроному походный гаммавлагомер — прибор, размеры которого не превышают телефонный аппарат. Пучок гамма-лучей, посланный изотопом радиоактивного элемента, проходит тол­ щу снежного покрова и, отразившись от поверхности почвы, возвращается обратно к влагомеру. По тому, на сколько уменьшилась интенсивность лучей, прибор определяет толщину и плотность слоя снега.

Быстрый рост производства овощей и плодов в те­ чение всего года в теплицах и парниках, повышение их производительности и снижение затрат труда

38