wpływ doświetlania lampami sodowymi i metalohalogenkowymi na

wpływ doświetlania lampami sodowymi i metalohalogenkowymi na

Janina GAJC-WOLSKA
Katarzyna KOWALCZYK
Lucyna HEMKA
Dawid BUJALSKI
Romualda KARWOWSKA
WPŁYW DOŚWIETLANIA LAMPAMI
SODOWYMI I METALOHALOGENKOWYMI
NA WYBRANE PARAMETRY FIZJOLOGICZNE
ROŚLIN POMIDORA
(LYCOPERSICON ESCULENTUM MILL.)*)
STRESZCZENIE
Do badań wzięto dwie odmiany pomidora szklarniowego:
Starbuck F1 i Admiro F1 firmy De Ruiter Seeds. Rośliny pomidora sadzono
na matach z wełny mineralnej 10.02.2010 r. w 3 kamerach o powierzchni 60 m2
każda. Bezpośrednio po posadzeniu roślin w dwóch kamerach zainstalowano
lampy: 9 sztuk metalohalogenkowych o mocy 400 W i 9 sztuk sodowych (HPS)
o mocy 400 W. W trzeciej kamerze uprawiano rośliny z użyciem naturalnego
źródła światła (kombinacja kontrolna). Dokonano następujących pomiarów parametrów fizjologicznych liści: intensywność fotosyntezy, intensywność transpiracji, współczynnik WUE (iloraz fotosyntezy i transpiracji), wydajność kwantowa
fotosyntezy. Uzyskane wyniki badań wskazują, że istotny wzrost intensywności
fotosyntezy uzyskano poprzez dodatkowe wprowadzenie doświetlania roślin
lampami metalohalogenkowymi i sodowymi. Największy wpływ na intensywność
transpiracji roślin miała wilgotność powietrza – jeden z głównych czynników
klimatu szklarni w uprawie roślin. Istotny wpływ na wskaźnik wykorzystania wody
przez rośliny miała intensywność fotosyntezy i transpiracji.
Słowa kluczowe: fotosynteza, doświetlanie roślin, pomidor, szklarnia
*)
Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach 2009 – 2011 jako projekt badawczy.
dr hab. Janina GAJC-WOLSKA1)
e-mail: [email protected]
Katarzyna KOWALCZYK1), Dawid BUJALSKI1)
Lucyna HEMKA2), Romualda KARWOWSKA3)
1) Katedra Roślin Warzywnych i Leczniczych, SGGW w Warszawie
2) Instytut Elektrotechniki w Warszawie
3) Katedra Fizjologii Roślin, SGGW w Warszawie
PRACE INSTYTUTU ELEKTROTECHNIKI, zeszyt 245, 2010
224
J. Gajc-Wolska, K. Kowalczyk, L. Hemka, D. Bujalski, R. Karwowska
1. WSTĘP
Jednym z najważniejszych czynników wpływających na szereg procesów
fizjologicznych, w tym na intensywność fotosyntezy, a przez to na prawidłowy wzrost i rozwój roślin, wielkość i jakość plonu, jest światło [2, 1, 4, 5, 8].
W Polsce panują zmienne warunki świetlne. Od marca do października światło
nie stanowi żadnego ograniczenia dla prawidłowego wzrostu i rozwoju roślin.
Natomiast od listopada do lutego rośliny odczuwają niedobór światła. Przy tak
niestabilnych warunkach świetlnych od szeregu lat wykorzystywane jest światło
sztuczne pochodzące z różnych źródeł (świetlówki, wysokociśnieniowe lampy
rtęciowe, lampy metalohalogenkowe, lampy sodowe) o zróżnicowanej skuteczności świetlnej. Mimo szeregu badań prowadzonych z doświetlaniem roślin
nadal jest bardzo mało informacji mówiących jak jakość światła wpływa na
wzrost i rozwój roślin. Obecnie najczęściej stosowaną lampą jest lampa sodowa
(HPS), która charakteryzuje się wysoką skutecznością świetlną i relatywnie
długim okresem użytkowania.
Celem niniejszych badań była ocena wpływu doświetlania wysokoprężną lampą wyładowczą metalohalogenkową i wysokoprężną lampą sodową na
wybrane parametry fizjologiczne w całorocznej uprawie pomidora szklarniowego.
2. MATERIAŁY I METODYKA
Badania prowadzone były w Szklarni Katedry Roślin Warzywnych i Leczniczych oraz wKatedrze Fizjologii Roślin SGGW.
Do badań wzięto dwie odmiany pomidora szklarniowego: Starbuck F1
– wielkoowocowa i Admiro F1 – średnioowocowa firmy nasiennej De Ruiter
Seeds. Nasiona wysiano 6 stycznia 2010 r. Rozsadę produkowano w kostkach
z wełny mineralnej w optymalnych warunkach (temperatura, wilgotność podłoża
i powietrza, nawożenie, natężenie napromieniowania). Rośliny pomidora sadzono na matach z wełny mineralnej 10 lutego 2010 r. w 3 kamerach o powierzchni 60 m2 każda. Bezpośrednio po posadzeniu roślin w dwóch kamerach
zainstalowano lampy metalohalogenkowe – 9 sztuk o mocy 400 W i sodowe
(HPS) – 9 sztuk o mocy 400 W. W trzeciej kamerze uprawiano rośliny z użyciem naturalnego źródła światła (kombinacja kontrolna). Doświadczenie założono metodą losowanych bloków w trzech powtórzeniach. Pomiary parametrów
Wpływ doświetlania lampami sodowymi i metalohalogenkowymi na wybrane parametry … 225
fizjologicznych liści przeprowadzono w dwóch terminach: I – 22 lutego, II – 25
marca i określono:
• intensywność fotosyntezy µmol CO2 •m-2•s-1;
• intensywność transpiracji µmol H2O •m-2•s-1;
• współczynnik WUE (iloraz fotosyntezy i transpiracji - Pn/E) mol/mol;
• wydajność kwantową fotosyntezy Pn/G µmol CO2 •m-2•s-1 / µmol.
3. WYNIKI I DYSKUSJA
Niekorzystne warunki świetlne występujące od listopada do końca lutego,
a niekiedy do połowy marca sprawiają, że procesy asymilacyjne przebiegają
bardzo słabo, przez co przyrost masy jest powolny [9]. Uzyskane wyniki badań
wskazują, że wprowadzając do uprawy dodatkowe źródło światła w postaci
lamp metalohalogenkowych i sodowych istotnie zwiększyło fotosyntezę roślin.
Intensywność fotosyntezy była prawie dwukrotnie wyższa przy doświetlaniu
światłem sztucznym w porównaniu z kombinacją kontrolną (tab. 1). Istotny
wpływ na intensywność fotosyntezy u roślin ma również termin uprawy.
Dokonując pomiaru tego parametru w lutym stwierdzono prawie o połowę
niższą intensywność fotosyntezy u roślin doświetlanych lampami metalohalogenkowymi i sodowymi oraz prawie pięciokrotnie niższą w kombinacji
kontrolnej w porównaniu do intensywności fotosyntezy mierzonej w marcu
(tab. 1, rys. 1). Zaznaczyła się też różnica w intensywności fotosyntezy
pomiędzy odmianami. Rośliny odmiany Starback F1 charakteryzowały się
wyższą fotosyntezą w porównaniu z roślinami odmiany Admiro F1 (tab. 1,
rys. 2). Podobnych obserwacji dokonał Marcelis [7]. Również istotnym parametrem w prawidłowym wzroście i rozwoju roślin jest intensywność transpiracji. Jak podają Ravin i Blom [10], proces transpiracji jest kluczowym
czynnikiem zarówno w ogólnym życiu rośliny, regulując jej temperaturę oraz
umożliwiając przemieszczanie jonów i cząstek organicznych do i wewnątrz
rośliny, jak i w procesie fotosyntezy. Uzyskane wyniki badań wskazują,
że większą transpiracją charakteryzowały się rośliny doświetlane lampami
metalohalogenkowymi w porównaniu z roślinami doświetlanymi lampami
sodowymi i roślinami z kombinacji kontrolnej (tab. 2). Nie stwierdzono istotnych
różnic w intensywności transpiracji w poszczególnych miesiącach uprawy
i pomiędzy badanymi odmianami (tab. 2, rys. 3, 4), na co w dużym stopniu
miały wpływ kontrolowane warunki klimatu szklarni, w tym utrzymanie na
optymalnym poziomie wilgotności powietrza. Istotnym wskaźnikiem pokazującym prawidłowy wzrost rośliny jest wskaźnik efektywności wykorzystania
226
J. Gajc-Wolska, K. Kowalczyk, L. Hemka, D. Bujalski, R. Karwowska
wody (WUE) [6, 3]. Wyniki niniejszych badań wskazują, że istotnie wyższy
wskaźnik wykorzystania wody uzyskano dla roślin doświetlanych lampami
sodowymi w porównaniu z roślinami doświetlanymi lampami metalohalogenkowymi i roślinami z kombinacji kontrolnej. Wyższym współczynnikiem WUE
charakteryzowały się rośliny w uprawie w marcu w porównaniu z roślinami
w uprawie w lutym (tab. 3, rys. 5). Nie stwierdzono istotnych różnic we wskaźniku wykorzystania wody pomiędzy badanymi odmianami (tab. 3, rys. 6). Wartości te wskazują, że współczynnik wykorzystania wody w dużym stopniu zależy
od intensywności fotosyntezy i transpiracji. Istotnym parametrem wskazującym
na możliwości wykorzystania strumienia świetlnego przez rośliny jest wydajność
kwantowa roślin. Wyniki badań wskazują, że podobną wydajnością kwantową
charakteryzowały się rośliny doświetlane lampami metalohalogenkowymi i sodowymi, a istotnie niższą rośliny z kombinacji kontrolnej (tab. 4). Niższą wydajnością kwantową fotosyntezy charakteryzowały się rośliny w lutym niż w marcu
(tab. 4, rys. 7). Nie stwierdzono istotnych różnic w wydajności kwantowej roślin
pomiędzy odmianami (tab. 4, rys. 8).
4. WNIOSKI
Istotny wzrost intensywności fotosyntezy uzyskano poprzez dodatkowe
wprowadzenie doświetlania roślin lampami metalohalogenkowymi i sodowymi.
Największy wpływ na intensywność transpiracji roślin miała wilgotność
powietrza – jako jeden z głównych czynników klimatu szklarni w uprawie roślin.
Istotny wpływ na wskaźnik wykorzystania wody przez rośliny miała
intensywność fotosyntezy i transpiracji.
LITERATURA
1. Blain J., Gosselin A., Trudel M.J. 1987. Influence of HPS supplementary lighting on growth
and yield of greenhouse cucumbers. HortScience 22: 36-38.
2. Blom T.J., Ingratta F.J. 1984. The effect of high pressure sodium lighting on the production
of tomatoes, cucumbers and roses. Acta Hortic. 148: 905-914.
3. Harbi A.R., Al-Omran A.M., Sheta A.S. 2005. Effects of growing media and water regimes
on growth and water use efficiency of squash (Cucurbita pepo). Acta Hort. 697: 231-241.
4. Hendriks J. 1992. Supplementary lighting for greenhouse. Acta Hortic. 312: 65-76.
5. Kopsell D.A., Kopsell D.E. 2008. Genetic and environmental factors affecting plant
lutein/zeaxantin. Agro Food Indus. 19: 44-46.
Wpływ doświetlania lampami sodowymi i metalohalogenkowymi na wybrane parametry … 227
6. Li Y.L., Stanghellini C., Challa H. 2001. Effect of electrical conductivity and transpiration on
production of greenhouse tomato (Lycopersicon esculentum L.). Sci. Hort. 88: 11-29.
7. Marcelis L.F.M.,1993. Fruit growth and biomass allocation to the fruits in cucumber. 1.
Effect of fruit load and temperature. Sci. Hort. 54, 107 – 121
8. Perez-Balibrea S., Moreno D.A., Garcia-Viguera C. 2008. Influence of light on healthpromoting phytochemicals of broccoli sprouts. J. Sci. Food Agric. 88: 904-910.
9. Piszczek P., Głowacka B., 2005. Effect of light quality on growth of cucumber (Cucumis
sativus L.) transplants. Vegetable crops research bulletin 63, Research institute of
vegetable crops – Skierniewice, str. 77 - 85
10. Raviv M., Blom T. 2001. The effect of water availability and quality of soilless-grown cut
roses. Review. Sci. Hort. 88: 257-276.
Rękopis dostarczono dnia 28.04.2010 r.
Opiniował: prof. dr hab. inż. Maciej Rafałowski
INFLUENCE OF HIGH PRESSURE SODIUM
AND METAL-HALLIDE LAMPS SUPPLEMENTARY
LIGHTING ON SELECTED PHYSIOLOGICAL
PARAMETERS OF TOMATO
(LYCOPERSICON ESCULENTUM MILL.)
Janina GAJC-WOLSKA, Katarzyna KOWALCZYK,
Lucyna HEMKA, Dawid BUJALSKI,
Romualda KARWOWSKA
ABSTRACT
In this experiment two cultivars of the tomato were
used Starbuck F1 and Admiro F1 provided by company De Ruiter
Seeds. Plants were planted on the slabs of mineral rockwool on the
10th February, 2010 in the 3 greenhouse climate controlled chambers
60 sq. meters each. Directly after transplantation the supplementary
lighting was provided. In one chamber there was 9 metal-hallide
lamps, in next one – 9 sodium lamps (HPS), each lamp with power
400 W. In third chamber plants were grown with the natural light (as
control combination). The following measurements were taken: photosynthesis intensity, transpiration intensity, water usage efficiecy (WUE),
quantum yield of photosynthesis. The results shows that significant
growth of photosynthesis intensity followed usage of supplementary
light both with HPS and metal-hallide lamps. The greatest impact on
transpiration intensity has air humidity – one of the major factors of
greenhouse climate. Both photosynthesis and transpiration intensity
revealed influence on the water usage efficiency.
228
J. Gajc-Wolska, K. Kowalczyk, L. Hemka, D. Bujalski, R. Karwowska
ZAŁĄCZNIK 1
TABELA 1
Intensywność fotosyntezy liści pomidora (µmol CO2•m-2•s-1)
Kombinacja
Termin pomiaru
Odmiana
Admiro
Starbuck
Admiro
Starbuck
Admiro
Starbuck
metalohalogenkowe
HPS
kontrola
średnio dla terminu
(NIR = 1.0596)
12
Termin I
Termin II
4.0667
4.2667
4.2667
4.7667
1.9000
1.8333
10.7000
10.2333
7.5333
9.9500
6.0333
5.5000
3.5167b
8.3250a
Średnio –
Średnio dla
współdziałanie
doświetlania
światło/odmiana
(NIR = 1.5642)
(NIR = 2.7227)
7.3833a
7.2500a
5.9000ab
7.3583a
3.9667b
3.6667b
7.3167a
6.6292a
3.8167b
10,47
10
8,74
8
6
5,77
4,17 4,52
4
Rys. 1. Intensywność fotosyntezy
liści pomidora w zależności od
terminu pomiaru i rodzaju światła
(µmol CO2 •m-2•s-1)
1,87
2
0
Termin I
Termin II
metalo‐halogenkowe
10
HPS
8,09 8,56
8
5,75 6,09
6
4
kontrola
3,41 3,62
Rys. 2. Intensywność fotosyntezy
liści pomidora w zależności od
terminu pomiaru i odmiany
(µmol CO2 •m-2•s-1)
2
0
Termin I
Termin II
Admiro
Starbuck
średnio dla
odmiany
(NIR=1,0596)
Wpływ doświetlania lampami sodowymi i metalohalogenkowymi na wybrane parametry … 229
ZAŁĄCZNIK 2
TABELA 2
Intensywność transpiracji liści pomidora (µmol H2O•m-2•s-1)
Termin pomiaru
Kombinacja
Odmiana
metalohalogenkowe
HPS
kontrola
Admiro
Starbuck
Admiro
Starbuck
Admiro
Starbuck
średnio dla terminu
(NIR = 0.5869)
Termin I
Termin II
6.1000
5.8000
5.5000
5.1667
4.7333
4.7667
5.8333
6.7667
4.1000
4.6500
5.5333
5.4333
5.3444a
5.3861a
Średnio –
Średnio dla
współdziałanie
doświetlania
światło/odmiana
(NIR = 1.5642)
(NIR = 2.7227)
5.9667a
6.2833a
4.8000a
4.9083a
5.1333a
5.1000a
6.1250a
4.8542c
5.1167b
8
5,95
6
6,3
5,33
5,48
4,75
4,37
4
Rys. 3. Intensywność transpiracji
liści pomidora w zależności od
terminu pomiaru i rodzaju światła
(µmol H2O •m-2•s-1)
2
0
Termin I
Termin II
metalo‐halogenkowe
5,7
5,6
5,5
5,4
5,3
5,2
5,1
5
4,9
HPS
kontrola
5,62
5,44
5,43
5,24
Termin I
5,3
5,16
Termin II
Admiro
Starbuck
średnio dla odmiany
(NIR=0,5869)
Rys. 4. Intensywność transpiracji
liści pomidora w zależności od
terminu pomiaru i odmiany
(µmol H2O •m-2•s-1)
230
J. Gajc-Wolska, K. Kowalczyk, L. Hemka, D. Bujalski, R. Karwowska
ZAŁĄCZNIK 3
TABELA 3
Współczynnik wykorzystania wody (WUE)
Kombinacja
Termin pomiaru
Odmiana
Termin I
Termin II
0.6569
0.7345
0.7806
0.9230
0.4000
0.3775
1.8573
1.5130
1.9890
2.5919
1.1217
1.0267
0.6454b
1.6833a
Admiro
Starbuck
Admiro
Starbuck
Admiro
Starbuck
metalohalogenkowe
HPS
kontrola
średnio dla terminu
(NIR = 0.3652)
2
1.1904ab
1.5711a
0.7315b
1,69
1,5
1,07
0,7
0,85
Rys. 5. Współczynnik wykorzystania wody (WUE) w zależności
od terminu pomiaru i rodzaju
światła
0,39
0,5
0
Termin I
Termin II
metalo‐halogenkowe
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
1.2571ab
1.1238ab
1.3848ab
1.7574a
0.7608b
0.7021b
Średnio dla
doświetlania
(NIR = 1.5642)
2,29
2,5
1
Średnio –
współdziałanie
światło/odmiana
(NIR = 2.7227)
HPS
kontrola
1,66 1,71
1,13 1,19
0,61 0,68
Termin I
Rys. 6. Współczynnik wykorzystania wody (WUE) w zależności
od terminu pomiaru i odmiany
Termin II
Admiro
Starbuck
średnio dla odmiany
(NIR=0,5869)
Wpływ doświetlania lampami sodowymi i metalohalogenkowymi na wybrane parametry … 231
ZAŁĄCZNIK 4
TABELA 4
Wydajność kwantowa fotosyntezy (µmol CO2 •m-2•s-1 / µmol)
Kombinacja
Termin pomiaru
Odmiana
metalohalogenkowe
HPS
kontrola
Admiro
Starbuck
Admiro
Starbuck
Admiro
Starbuck
średnio dla terminu
(NIR = 0.0032)
Termin I
Termin II
0.0187
0.0191
0.0235
0.0242
0.0125
0.0127
0.0263
0.0216
0.0211
0.0253
0.0240
0.0217
0.0185b
0.0233a
Średnio –
Średnio dla
współdziałanie
doświetlania
światło/odmiana
(NIR = 1.5642)
(NIR = 2.7227)
0.0225a
0.0204a
0.0223a
0.0248a
0.0183a
0.0172a
0.0214ab
0.0235a
0.0177b
0,03
0,024
0,02
0,024 0,023 0,023
0,019
0,013
Rys. 7. Wydajność kwantowa fotosyntezy w zależności od terminu uprawy i rodzaju światła
(µmol CO2 •m-2•s-1 / µmol)
0,01
0
Termin I
Termin II
metalo‐halogenkowe
0,03
0,02
HPS
kontrola
0,024 0,023
0,018 0,019
0,021 0,021
Rys. 8. Wydajność kwantowa fotosyntezy w zależności od terminu uprawy i odmiany
(µmol H2O •m-2•s-1 / µmol)
0,01
0
Termin I
Termin II
Admiro
Starbuck
średnio dla
odmiany
(NIR=0,0032)
232
J. Gajc-Wolska, K. Kowalczyk, L. Hemka, D. Bujalski, R. Karwowska