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 F 1 i Admiro F 1 firmy De Ruiter Seeds. Rośliny pomidora sadzono na matach z wełny mineralnej 1.2.21 r. w 3 kamerach o powierzchni 6 m 2 każda. Bezpośrednio po posadzeniu roślin w dwóch kamerach zainstalowano lampy: 9 sztuk metalohalogenkowych o mocy 4 W i 9 sztuk sodowych (HPS) o mocy 4 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 29 211 jako projekt badawczy. dr hab. Janina GAJC-WOLSKA 1) e-mail: janina_gajc_wolska@sggw.pl Katarzyna KOWALCZYK 1), Dawid BUJALSKI 1) Lucyna HEMKA 2), Romualda KARWOWSKA 3) 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, 21
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 F 1 wielkoowocowa i Admiro F 1 średnioowocowa firmy nasiennej De Ruiter Seeds. Nasiona wysiano 6 stycznia 21 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 1 lutego 21 r. w 3 kamerach o powierzchni 6 m 2 każda. Bezpośrednio po posadzeniu roślin w dwóch kamerach zainstalowano lampy metalohalogenkowe 9 sztuk o mocy 4 W i sodowe (HPS) 9 sztuk o mocy 4 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 CO 2 m -2 s -1 ; intensywność transpiracji µmol H 2 O m -2 s -1 ; współczynnik WUE (iloraz fotosyntezy i transpiracji - Pn/E) mol/mol; wydajność kwantową fotosyntezy Pn/G µmol CO 2 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 F 1 charakteryzowały się wyższą fotosyntezą w porównaniu z roślinami odmiany Admiro F 1 (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 [1], 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: 95-914. 3. Harbi A.R., Al-Omran A.M., Sheta A.S. 25. 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. 28. 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. 21. 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, 17 121 8. Perez-Balibrea S., Moreno D.A., Garcia-Viguera C. 28. Influence of light on healthpromoting phytochemicals of broccoli sprouts. J. Sci. Food Agric. 88: 94-91. 9. Piszczek P., Głowacka B., 25. 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 1. Raviv M., Blom T. 21. The effect of water availability and quality of soilless-grown cut roses. Review. Sci. Hort. 88: 257-276. Rękopis dostarczono dnia 28.4.21 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 F 1 and Admiro F 1 provided by company De Ruiter Seeds. Plants were planted on the slabs of mineral rockwool on the 1 th February, 21 in the 3 greenhouse climate controlled chambers 6 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 4 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 CO 2 m -2 s -1 ) Kombinacja metalohalogenkowe HPS kontrola średnio dla terminu (NIR = 1.596) Odmiana Termin pomiaru I Admiro 4.667 1.7 7.3833a Starbuck 4.2667 1.2333 7.25a Admiro 4.2667 7.5333 5.9ab Starbuck 4.7667 9.95 7.3583a Admiro 1.9 6.333 3.9667b Starbuck 1.8333 5.5 3.6667b 3.5167b 8.325a Średnio Średnio dla współdziałanie doświetlania światło/odmiana (NIR = 1.5642) (NIR = 2.7227) 7.3167a 6.6292a 3.8167b 12 1 1,47 8,74 8 6 4 2 4,17 4,52 1,87 I 5,77 Rys. 1. Intensywność fotosyntezy liści pomidora w zależności od terminu pomiaru i rodzaju światła (µmol CO 2 m -2 s -1 ) metalo halogenkowe HPS kontrola 1 8 6 4 2 3,41 3,62 8,9 8,56 5,75 6,9 I średnio dla odmiany (NIR=1,596) Rys. 2. Intensywność fotosyntezy liści pomidora w zależności od terminu pomiaru i odmiany (µmol CO 2 m -2 s -1 ) Admiro Starbuck
Wpływ doświetlania lampami sodowymi i metalohalogenkowymi na wybrane parametry 229 ZAŁĄCZNIK 2 TABELA 2 Intensywność transpiracji liści pomidora (µmol H 2 O m -2 s -1 ) Kombinacja metalohalogenkowe HPS kontrola średnio dla terminu (NIR =.5869) Odmiana Termin pomiaru Średnio współdziałanie światło/odmiana I (NIR = 2.7227) Admiro 6.1 5.8333 5.9667a Starbuck 5.8 6.7667 6.2833a Admiro 5.5 4.1 4.8a Starbuck 5.1667 4.65 4.983a Admiro 4.7333 5.5333 5.1333a Starbuck 4.7667 5.4333 5.1a 5.3444a 5.3861a Średnio dla doświetlania (NIR = 1.5642) 6.125a 4.8542c 5.1167b 8 6 5,95 5,33 4,75 6,3 4,37 5,48 4 2 I Rys. 3. Intensywność transpiracji liści pomidora w zależności od terminu pomiaru i rodzaju światła (µmol H 2 O m -2 s -1 ) metalo halogenkowe HPS kontrola 5,7 5,6 5,5 5,4 5,3 5,2 5,1 5 4,9 5,44 5,24 5,16 5,62 5,3 5,43 I średnio dla odmiany (NIR=,5869) Admiro Starbuck Rys. 4. Intensywność transpiracji liści pomidora w zależności od terminu pomiaru i odmiany (µmol H 2 O m -2 s -1 )
23 J. Gajc-Wolska, K. Kowalczyk, L. Hemka, D. Bujalski, R. Karwowska ZAŁĄCZNIK 3 TABELA 3 Współczynnik wykorzystania wody (WUE) Kombinacja metalohalogenkowe HPS kontrola średnio dla terminu (NIR =.3652) Odmiana Termin pomiaru I Średnio współdziałanie światło/odmiana (NIR = 2.7227) Admiro.6569 1.8573 1.2571ab Starbuck.7345 1.513 1.1238ab Admiro.786 1.989 1.3848ab Starbuck.923 2.5919 1.7574a Admiro.4 1.1217.768b Starbuck.3775 1.267.721b.6454b 1.6833a Średnio dla doświetlania (NIR = 1.5642) 1.194ab 1.5711a.7315b 2,5 2 1,69 2,29 1,5 1,5,85,7,39 I 1,7 Rys. 5. Współczynnik wykorzystania wody (WUE) w zależności od terminu pomiaru i rodzaju światła metalo halogenkowe HPS kontrola 1,8 1,6 1,4 1,2 1,8,6,4,2,61,68 1,66 1,71 1,13 1,19 I średnio dla odmiany (NIR=,5869) Rys. 6. Współczynnik wykorzystania wody (WUE) w zależności od terminu pomiaru i odmiany Admiro Starbuck
Wpływ doświetlania lampami sodowymi i metalohalogenkowymi na wybrane parametry 231 ZAŁĄCZNIK 4 TABELA 4 Wydajność kwantowa fotosyntezy (µmol CO 2 m -2 s -1 / µmol) Kombinacja metalohalogenkowe HPS kontrola średnio dla terminu (NIR =.32) Odmiana Termin pomiaru I Średnio współdziałanie światło/odmiana (NIR = 2.7227) Admiro.187.263.225a Starbuck.191.216.24a Admiro.235.211.223a Starbuck.242.253.248a Admiro.125.24.183a Starbuck.127.217.172a.185b.233a Średnio dla doświetlania (NIR = 1.5642).214ab.235a.177b,3,2,1,19,24,24,23,13 I metalo halogenkowe HPS kontrola,23 Rys. 7. Wydajność kwantowa fotosyntezy w zależności od terminu uprawy i rodzaju światła (µmol CO 2 m -2 s -1 / µmol),3,2,1,18,19,24,23,21,21 I średnio dla odmiany (NIR=,32) Rys. 8. Wydajność kwantowa fotosyntezy w zależności od terminu uprawy i odmiany (µmol H 2 O m-2 s-1 / µmol) Admiro Starbuck
232 J. Gajc-Wolska, K. Kowalczyk, L. Hemka, D. Bujalski, R. Karwowska