Энергетика сегодня и завтра

Проанализировав циркуляцию воды и воздуха в теплице, специалисты Квебекского университета в Канаде предложили обогревать не все пространство парника, а лишь часть его, непосредственно примыкающую к растениям. Для этого вдоль грядок можно прорыть траншеи метровой глубины. Днем они покрыты полиэтиленовой пленкой, под ней воздух накапливает и сохраняет тепло. На ночь, когда становится холодно, полиэтиленовую пленку заменяют алюминиевым полиэфирным «пледом», теплоотдача через который значительно выше, и растения по соседству с траншеей обогреваются излучаемым теплом. Площадь для теплицы при этом методе увеличивается, но затраты энергии на обогрев, утверждают канадские специалисты, уменьшаются в несколько раз.

Основной «хлеб» растений — свет. Посмотрим, какие энергосберегающие ресурсы имеются здесь.

Наука об искусственном освещении — светокультура — находится на стыке биологии и электротехники. Она может очень многое дать как растениеводству, подсказав оптимальные условия для выращивания урожая, так и энергетике, предложив способы минимизировать расход энергии.

Приведем один пример. Московский тепличный комбинат, построенный в 1972 году, расходует 250–230 тысяч киловатт-часов электроэнергии в год, а на комбинате «Тепличный», созданном в последнее время в Ивановской области, электроэнергии расходуется в три раза больше — 600–700 киловатт-часов на гектар. Не будем сразу обвинять проектировщиков или тех, кто работает в тепличных хозяйствах. Ведь условия выращивания растений могут очень различаться по многим причинам. Например, средняя естественная освещенность зависит как от географического расположения, так и от «утепленности» теплицы. Нужно учитывать также температурные условия района. Неодинакового количества света требуют и разные виды овощей. Рассаду необходимо освещать в два раза больше, чем взрослые растения. Причин разного расхода электроэнергии может быть много. И все же разница в три раза слишком велика.

Для жизнедеятельности растения необходимо чередовать периоды освещенности с периодами пребывания в темноте. Длина светового дня должна быть от 8 до 14 часов в зависимости от вида растения и периода созревания. Эти факты общеизвестны. А вот менее известный факт: экспериментально установлено, что фотосинтез лучше совершается при освещении с меняющейся интенсивностью. В совхозе «Тепличный» Челябинской области установили осветительные лампы на каруселях, вращающихся с небольшой скоростью в горизонтальной плоскости. Урожай собирается такой же, как и при непрерывном освещении 8–12-часовой длительности, а расход электроэнергии в несколько (!) раз меньше.

Преобразование неорганических веществ, воды, углекислоты в углеводы и кислород под действием солнечного света — механизм очень сложный. Он не понят еще до конца и на молекулярном, и на клеточном уровне. Фотосинтез очень чувствителен ко многим параметрам внешней среды, и для выявления оптимума требуются точные эксперименты. К сожалению, проводятся они не всегда тщательно, и это часто служит источником ложной информации.

Например, однажды в прессе промелькнуло сообщение, будто достаточно было установить в теплицах одного из совхозов красные светофильтры на осветительные лампы, и урожай повысился в полтора-два (!) раза. Конечно, растение любит красный свет. Ведь именно поэтому его преобладающий цвет — зеленый. Но зачем устанавливать красный фильтр?

Если из видимого солнечного «белого» света извлечь одну компоненту, в данном случае красную часть спектра с длиной волны от 600 до 700 микрометров, то «белое» сменится на «дополнительную» окраску. Дополнительный цвет к красному — зеленый. Растение зеленое именно потому, что из солнечного излучения оно интенсивно поглощает красную компоненту и отражает «дополнительную».

Отсюда вовсе не вытекает, что для роста растения полезно отсекать часть солнечного спектра. А кроме того, дешевых идеальных фильтров нет, а в применяемых частично поглощаются все длины волн.

Растение действительно любит красный свет. Что это значит? Число квантов света на единицу энергии красной части спектра больше, чем в сине-фиолетовом диапазоне, поскольку энергия кванта с увеличением длины волны падает. Но ведь и более «энергичные» кванты также могут осуществлять акты фотосинтеза, хотя и с меньшей эффективностью. Так зачем же их отсекать?

Интересные соображения я нашел в статье доктора биологических наук Б. Гуляева. Он пишет, что, если всего 20 процентов красных лучей заменить на синие, существенно увеличится скорость поглощения листьями углекислого газа. Зеленые лучи лучше проникают сквозь листву и обеспечивают энергией листья нижних ярусов. Очень чувствительны к световому спектру процессы, от которых зависит развитие растения. При полном отсутствии «синих» и «зеленых» фотонов можно выращивать только листовые формы типа салата.