Влияние фитотоксичных газов на светокультуру и способы минимизировать их вред

Негативное влияние фитотоксичных газов на растения стало очевидным после массового перехода тепличных комплексов на искусственное досвечивание. Симптомы воздействия вредных газов у всех культур примерно одинаковые – краевые ожоги листьев, мозаичные пятна, бесцветные пятна, похожие на хлороз – часто их путают с  инфекционными заболеваними.

Фитотоксичные газы в теплице – это сопутствующие продукты сгорания углеводородного топлива, оксид азота, диоксид серы и этилен. Несмотря на то, что в теплицах эти газ присутствовали всегда, их негативное воздействие на растения стало очевидным после начала использования систем искусственного досвечивания в совокупности с подкормкой углекислым газом. Проблемы со здоровьем растений часто связывают с переизбытком СО2 при подкормке растений, но этот газ сам по себе не может сильно навредить растениям даже в избыточной концентрации (>1500pm). Опасность для культур несет избыток СО2 только при недостаточном поливе – дефицит воды вызывает закрытие устьиц, из-за чего уменьшается транспирация и замедляется охлаждения. Перегревшиеся растения получают термические ожоги от избытка света, у краев листьев начинается отмирание тканей. Воздействие фитотоксичных газов – побочных продуктов сгорания углеводородного топлива, негативно сказывается на общем состоянии здоровья растений. Снижение интенсивности фотосинтеза, замедление метаболизма у выращиваемых культур приводят к сокращению их биологической продуктивности. Таким образом, присутствие в воздухе теплицы вредных для растений газов полностью или частично сводит к нулю ожидаемую прибавку урожая от подкормки СО2.

Например, в производственных процессах, связанных со сжиганием природного газа, содержание оксида азота (NO) в дымовых газах составляет – 95%, диоксида азота NO2-2-5%. В условиях использования интенсивного досвечивания(суммарная мощность ламп 1,5-2МВт/га), многократно повышается реакционная способность молекул этих газов (эффект фотовозбуждения). Досветка также провоцирует фотохимическое окисление части молекул оксида азота NO в NO2 или обратную фотохимическую реакцию, высвобождающую озон О3, в больших концентрациях токсичный для всех живых организмов.

На рисунке: уровни повреждения томата воздействием этилена в различных концентрациях Источник: http://endowment.org

Самыми ранними признаками хронического повреждения растений газами являются светло-зеленые пятна на листьях, похожие на хлороз. При продолжительном воздействии фитотоксинов в растении значительно снижается содержание хлорофилла, листья сморщиваются, бледнеют. Отмечаются также нарушения устьичной проводимости, увядание цветков, остановка роста плодов. Перечисленные признаки являются симптомами отравления оксидами азота NO+NO2. В воде оксид азота практически не растворяется, однако его молекулы путем прямой дифузии проникают через устьица в межклеточное пространство (экзогенный NO) и в виде нитрит-иона, растворяющегося в клеточном соке и образующем азотную кислоту(эндогенный NO). Негативное влияние на растения оксидов азота увеличивается в сочетании с диоксидом серы (SO2). Влияние диоксида серы проявляется некрозом. Химическое соединение ограниченно растворимо в воде, проникая в межклеточные пространства молекулы диоксида серы реагируют с клеточными оболочками и воздействуют на все компоненты цитоплазмы. SO2 непосредственно действует на дисульфитные мостики белков и на фотосинтетические ферменты, работая как фотосинтетический яд. Вещество способно накапливаться в тканях растений.

Согласно исследованиям голландских специалистов, одним из самых нежелательных газов для тепличных растений является этилен – С2Н4 – гормон старения. Молекулы этилена способны свободно перемещаться по клеткам и межклеточным пространствам всех органов растения и диффундировать в окружающий воздух. Этилен провоцирует быстрое увядание растений, пожелтение листьев, затормаживает рост молодых побегов и веток, приводит к быстрому распаду хлорофилла, отмиранию цветков и завязи. Этилен также является причиной эпинастии, при которой изменяется угол наклона черешка к стеблю из-за чего листья получают меньше света.

Как отмечают ученые, воздействие всех токсикантов и газотрансмиттеров на растения может проявляться неожиданным образом, так называемым «эффектом коктейля».  «Эффект коктейля» зависит от состава газов, продолжительности их воздействия, температуры и других условий, поэтому трудно предсказуем. Различные гибриды одних и тех же видов обладают разной степенью восприимчивости к токсичным газам. Первые признаки отравления проявляются, в среднем, спустя 1,5-2 недели воздействия и быстрее при дефиците влаги, высокой температуре или длительном световом дне (досветке). Особенно голландские агрономы-ученые отмечают досветку, как причину усиления негативного влияния «газового коктейля». Именно поэтому технология подкормки растений при интенсивном досвечивании предусматривает постоянный анализ тепличного воздуха на присутствие в нем опасных соединений. Как показывает практика, наибольшее количество вредных для растений газов попадает в теплицу с приточным воздухом и с подкормочной газовой смесью.

На рисунке: хлороз как результат острого воздействия фитотоксичных газов на растение

В России из-за особенностей климата окна в теплицах открываются достаточно редко, поэтому максимальные концентрации фитотоксичных газов достигаются достаточно быстро. Часто при настройке тепловых котлов и газопоршневых установок для дозирования СО2 учитываются параметры СО и NOх, но не учитывают С2Н4 и SO2. Поэтому наилучшим решением станет покупка для тепличного комплекса теплового котла зарубежного производства, например, Crone. При правильной настройке качественные котлы обеспечивают высокий КПД при низкой выработке оксидов азота и угарного газа. Важно учесть, что такая настройка подразумевает номинальный режим работы котла и неизменный химический состав используемого топлива. Однако химический состав природного газа может немного меняться еженедельно, что не скажется на работе котла, но может повлиять на состав отходящих газов, к которым растения очень чувствительны.

Готовая жидкая углекислота, которую иногда используют для подкормки, также может являться причиной увеличения концентрации фитотоксичных соединений. Так, по ГОСТу 8050-85, углекислота для теплиц высшего сорта должна обладать чистотой 99,8% и стоит очень дорого. Фактически на рынок попадает жидкий СО2 недостаточной очистки, в которой могут содержаться сероводород, этаноламины, аммиак и другие опасные для растений соединения. Следовательно, газоанализаторы и постоянный контроль качества воздуха в теплице необходимы. Важно грамотно распределить воздушные потоки для избежания образования «застойных мест» с повышенной концентрацией фитотоксичных газов. Не рекомендуется использование в теплицах погрузчиков и машин с дизельными или бензиновыми двигателями и организация автомобильных парковок в непосредственной близости к тепличному комплексу.

Рассмотрим способы решения проблемы фитотоксичных газов при интенсивном досвечивании от наименее эффективных до максимально эффективных дорогостоящих мероприятий.

Неэффективные меры:

-Поиск устойчивых к фитотоксичным газам гибридов. К сожалению, в мире не существует урожайных сортов растений, устойчивых к токсичным газам в высокой концентрации и их влиянию при интенсивном досвечивании

-Проведение химического анализа пораженных листьев и стеблей. Так как ткань растения повреждена не болезнью и не вредителем, то анализ не даст никакой информации, а последствия некроза(хлороза) в этом случае необратимы.

-Проведение внекорневых подкормок растений магнием или соединениями азота.

-Взятие пробы воздуха. Проба воздуха в ситуации, когда растения уже начали погибать, ничего не даст. Измерять состав воздуха необходимо постоянно, либо в моменты, когда по предположениям инженеров, выбросы опасных соединений могут быть максимальными.

-Проветривание. Открывание фрамуг на проветривание может помочь снизить количество фитотоксичных газов, но в условиях климата России сделать это можно нечасто – вместе с вредными газами из теплицы уйдет тепло.

Средне эффективные меры:

-Регулярный контроль настроек горелок, тепловых котлов и всей системы отопления и производства СО2.

-Использование циркуляционных вентиляторов. Они позволяют равномерно распределять воздух по теплице, и, соответственно, рассеивает воздушные зоны, где концентрация токсичных газов выше. Для оптимальной работы вентиляторов необходимо подключить их к климат-компьютеру

-Не строить котельную в одном здании с тепличным блоком и не размещать энергетические установки вплотную к теплице. В самой теплице нежелательно пользоваться тележками и машинами на бензиновых/дизельных двигателях.

-Уменьшать объем подаваемой газовой смеси для подкормки и снижать продолжительность светового дня на 1-2 часа в неделю. Эти меры позволяют снизить вред, наносимый фитотоксичными газами, но при этом несколько понижают урожайность.

Максимально эффективные меры:

-Использование газоанализаторов в теплице. Газоанализаторы с высокой степенью точности постоянно проводят мониторинг воздуха в отсеке выращивания и уведомляют сигналом в случае опасного увеличения фитотоксичных газов.

-Поддерживать концентрацию СО2 в теплице на устойчивом уровне. При высокой концентрации углекислого газа, снижается вредность других газовых соединений для растений.

-При строительстве спроектировать высокие вытяжные трубы у газопоршневых установок и котлов. Чем выше труба, тем ниже фоновое содержание фитотоксичных газов. Однако изменить высоту труб у уже имеющегося оборудования котельной бывает затруднительно.

-Использовать только качественное и чистое топливо для производства СО2

Наилучшим вариантом для предотвращения отравления газами выращиваемых культур является предусмотрительность. Желательно решить все вопросы, связанные с отоплением и системами климат-контроля еще на стадии строительства или реконструкции тепличного комплекса, а не после завершения строительных работ и  введения в эксплуатацию.