Введение к работе
Актуальность темы. В новой редакции Программы - Коммунистической партии Советского Союза, принятой XXVII съездом КПСС, а также решениями маГіского (1982 г,). Плепума ЦК КПСС, принявшего Продовольственную программу СССР, определены главные задачи интенсификации сельскохозяйственного производства и сельскохозяйственной науки! Важнейшим их звеном является разработка и внедрение качественно новой техники и прогрессивной технологии.
Новой техникой в биологических исследованиях являются установки искусственного климата, вегетационные камеры, вегетационные шкафы, кондиционируемые теплицы и комплексы этих установок и сооружений, именуемых фитотронами.
Началу эффективного создания установок искусственного климата и фитотронов у нас в стране положило Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР Nt 786 от 2 октября 1968 г. «О мерах по дальнейшему улучшению научно-ис следовательских работ в области сельского хозяйствам Эт\п постановлением партии и правительства на ГИПРОНИИ ЛИ СССР возлагалась задача по разработке фитотронов для различных институтов ЛН СССР, МСХ СССР и ВАСХНПЛ
Приступая к реализации указанного Постановления пар тин и правительства, ГИПРОНИИ АН СССР не располагал ни необходимым опытом их создания, ни экспериментальны ми разработками для использования их в проектах. Необхо днмых данных не могли выдать и заказчики. Предстояло раз работать научные основы создания искусственного климата основные требования; предъявляемые к фитотронам, в tov числе биологические, технологические, эксплуатационные и др
Цель и задачи исследований. Задачу исследования можно условно разделить на два основных направления: первое — предстояло решить ряд принципиальных вопросов физиологии растений с целью использования этих данных- при создании установок и сооружений искусственного климата; второе — используя искусственный климат, изучить ряд вопросов частной физиологии и селекции.
Для создания фитотронов, селекционных комплексов, вегетационных камер, шкафов, кондиционируемых теплиц предстояло исследовать многие вопросы выращивания растений в искусственных условиях и прежде всего необходимо было изучить;
влияние скорости движения воздуха па рост и развитие различных сельскохозяйственных растений в зависимости от влажности воздуха, содержания в нем СОа, направления движения воздушного потока;
выявить минимальные и максимально допустимые скорости движения воздуха в зоне выращивания растений;
экспериментальным путем установить величины транс-пирнруемой влаги отдельно растением и почвой в течение дня и ночи;
изучить причины, влияющие на изменение удельных величин скорости движения воздуха и транспирации влаги одним растением пшеницы, подсолнечника, томата, огурца;
выявить факторы, влияющие на расстояние от источника света до верхушки растений в условиях светокультуры.
С помощью искусственного климата предстояло разработать ряд физиологических методов оценки устойчивости растений овощных культур на теневыносливость, холодоустойчивость в целях использования их в ускорении селекционного процесса; изучить особенности биосинтеза не только биологически ценных соединений и их составных, но н вредных ДЛЯ человека веществ; исследовать факторы внешней среды, ответственные за их синтез; моделируя климатические условия различных эколого-географических зон, предстояло выявить факторы внешней среды, определяющие длину вегетационного периода, химический состав овощей при выращивании их в естественных условиях различных районов страны.
Условия и методика проведения исследований. Исследования проводили в естественных и искусственных условиях. В естественных условиях были использованы различные эколо-го-географические зоны страны. Из климатических установок в работе использовались американские вегетационные установки типа «Шерер», отечественные КВ-І, встроенные вегетационные камеры Института физиологии растений АН СССР, вегетационные установки МГУ, ТСХЛ, ВИЭСХ, а также зимние и весенние теплицы. Ряд опытов проведен на моделях вегетационных камер и теплиц. Подробные методики по каждому опыту представлены в соответствующей главе диссертации.
Научная новизна работы. Автором решен ряд принципиально новых разработок для создания искусственного климата. Для различных сельскохозяйственных культур получены данные по минимальной и максимальной допустимой скоро-'
стям движения воздуха в зависимости от влажности н содержания в нем СО}. Впервые показано, что скорость ветра угнетающе действует на растение прежде всего не как фактор механического давления, а как, фактор, обеспечивающий растение углекислотой, с одной стороны, іг иссушающий,.с другой.
На основании полученных данных о скорости движения воздуха созданы соответствующие системы воздухораспределе-ния и вентиляции в отечественных фитотронах.и вегетационных камерах.
Выявлены-удельные величины влагопоступления от различных сельскохозяйственных растений и почвы в течение.суток, которые легли в основу создания систем кондиционирования воздуха отечественных фитотронов, селекционных комплексов и вегетационных камер.
Предложена- принципиально новая схема воэдухораспре-делення в вегетационных камерах, позволяющая выращивать растения по всей площади камеры в течение всего периода в строго заданном температурно-влажностном. режиме.
Изучение характера изменения-коэффициента теплообмена с целью повышения точности поддержания температурно-влажностных параметров в вегетационной камере и снижения нагрузки на источники искусственного холода и воздухопри-готовительный агрегат позволило предложить принципиально новую установку выращивания растений в искусственных условиях.
Разработаны основные требования, предъявляемые к фитотронам, в том числе технологические, биологические, технико-экономические, эксплуатационные, архитектурно-строительные. Дано определение и классификация фитотронов, вегетационных камер и шкафов,
С помощью искусственного климата изучен синтез не только биологически ценных, ко и токсичных для человека соединений в зависимости .от условий выращивания. Это позволило автору обосновать и выдвинуть новый подход к определению качества овощей, исходя из трех основных-критериев.одновременно.
Изучение метаболизма в условиях искусственного климата у овощных культур в связи.с их различной светотребова-тельностью позволило вывести адаптационные коэффициенты, характеризующие приспособленность растений к пониженной освещенности, н на.их основе разработать метод определения потребности в интенсивности-освещения у некоторых овощных культур на ранних этапах онтогенеза. С помощью установок искусственного климата найдены-также параметры.освещенности разных сельскохозяйственных культур и время проведения оценки на теневыносливость.
Исследование азотного обмена у Проростков огурца & условиях искусственного климата показало, что активность фермента иитратредуктазы—одного нз ключевых ферментов ассимиляции азота — коррелирует с холодостойкостью. На основе изменения этого показателя разработан экспресс-метод определения холодоустойчивости огурца. Новизна и оригинальность указанных разработок подтверждена авторскими свидетельствами Госкомитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытии.
Практическая значимость и реализация результатов исследования. Полученные экспериментальным путем данные величии транспирации одним растением различных сельскохозяйственных культур, величин минимальной: и максимальной допустимой скорости движения иоздуха в зоне роста растений использованы Всесоюзным государственным научно-исследовательским и проектным институтом ГИПРОНИИ ЛН СССР, Всесоюзным центральным научно-исследовательским- и проектным институтом ГИПРОИИИСЕЛЬПРОМ; Научно-производственным объединением НПО «Механика* Министерства электронной промышленности СССР прнпроектировании отечественных фитотронов, в том числе Одесского, Мироновско-. го, Краснодарского и др., при создании селекционных комплексов, вегетационных камер и шкафов отечественного производства. Достоверность полученных автором данных подтверждена многолетней, надежной работой тех систем искусственного климата, куда были заложены наши данные как исходные.
Разработанные экспресс-методы определения теневыносливости, холодостойкости и другие физиологические вопросы, решенные с помощью установок искусственного климата, были одобрены на Всесоюзных совещаниях по селекции различных овошных культур и использованы: в Методических указаниях по селекции тыквенных культур (М.( 1983, 1985 гг.); в Методических указаниях по селекции пасленовых культур. (М„ 1986); в Методических указаниях по селекции капусты. С помощью искусственного климата изучен механизм накопления и место локализации гербицида в растениях в зависимости от условий выращивания, что дало возможность разработать оригинальные методы определения мнкроколнчеств лішурона. лироннона, тотрила, проба, фгозклада в различных овощных культурах и воде. Эти методики вошли в «Методические указания по определению мнкроколнчеств пестицидов в продуктах питания, кормах и внешней .среде» (М., 1984, т. XV и XVI) и изданы Минздравом СССР н Минсельхозом СССР в качестве обязательных для всех научно-исследовательских институтов, санитарно-эпидемиологических станций, агрохимических, ветеринарных, контрольно-токсикологических -і
лабораторий, занимающихся анализом остаточных количеств пестицидов в продуктах питания, кормах и внешней среде. Отдельные методики, разработанные с участием автора, исполу зовались Государственным научно-исследовательским институтом гражданской авиации. Белорусским научно-исследовательским институтом картофелеводства и плодоовошеводства
и др.
Апробация-работы. Материалы диссертации докладывались на международных, всесоюзных и республиканских конгрессах, конференциях, совещаниях, в том числе: на Сов.-Нн-дерл. снмп. по экон. энер. в зат. грунте (Амстердам, 1978 г., Ленинград, 1981 г.); на XII межд. бот. конг. (Ленинград, 1975 г.); на Всес. конф. по морф, растений (Москва, 1968 г.); на Всес. н.-т. сов. по использ. оптнч. излуч. в с.-х. пронзвод. (Москва, 1972 г.); на III Всес. сов. по управ, биосин. и бнофиз. популяций (Красноярск, 1973 г.); на V Всес: конф. по фнто-энер. растений (Алма-Ата, 1978 г.); на I Всес. н.-т. сов. по ос-нащ. селекц, центров светотех. оборуд. (Шортанды, Целиноградской обл., 1975 г.); на I Всес. конф. по прим. физиол. методов в селек. растений (Жоднно, Минской обл., 1982т.); на Весе. конф. по проб, и путях повыш.'уст. раст. к болезням и экстр, усл. среды, в связи с задач, селек. (Ленинград, 1982 г.); на Всес, сов. по эколог, изуч. и нспыт. сортов и гнбр. (ВНИИ ССОК, Московской обл., 1930 г.); на Всес. н.-прак. конф. по электротехн, в решении прод. прог; (Челябинск, 1984 г.); на Всес. конф. по уст. к неблаг. фак. среды и продук. раст. (Иркутск, 1984 г.); на Всес, конф. по фнз.-ген.проб. интенсиф. с.-х. пронз. (Саратов, 1983 г.); на Всес. н.-т. сов, по основ, направ, н.-нссл. пнтен. эфиромасл. производства (Симферополь, 1985 г.); на ВДНХ СССР: «Наука в реализ. продов. программы» (М;, 1984 г.); на IV Сабниннском сем. по ионному обм. раст. и фнзпол. корня (Москва, 1982 г.), а также на других .. Всесоюзных и республиканских совещаниях, конференциях. ,
Публикация результатов исследования. Основные резуль* * таты исследований по диссертации изложены в 75 работали, .' опубликованных в трудах Международных конгрессов, си?**',' познумов, Всесоюзных и республиканских съездов, конферен- . цнй; совещаний, в центральной печати, в трудах институтов, согласно списку ВАК. Отдельные вопросы диссертации изложены также на английском, французском, испанском языках.
Объем и структура.работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов и рекомендаций. Объем-диссертации занимает 372 страницы, в том числе 119 таблиц, 33 рисунка и 10 приложений. Список литературы содержит 693 наименования, в том числе 247 —иностранных авторов.
Примечание к диссертации. По теме диссертации изучался целый ряд комплексных вопросов. Для более, квалпфицнрован-
ного их решения в работе совместно с автором принимали участие профессор, д. т. н. Карпис Е. Е., к. т. и. Аннчхнн Л. Г., Тарионольскнй М. Д., инженеры Савельев Б. А„ Сосни М. Л., архитектор Красников М. А. По определению химического состава овощных культур, разработке физиологических методов устойчивости к неблагоприятным условиям среды в работе принимали участие старшие научные сотрудники руководимого автором отдела Шманаева Т. Н„ Литвиненко М. В., Ершова В. А., Крнволуцкий К. В., Брумштейн С. Д., Минаева С- А., аспиранты Калинина Л. М., Шелепова В .М;, младшие научные сотрудники Ушаков В. В., Трубникова М. М., Шипилов Д. Г., лаборанты Гранкнна П. А., Воронцова Н. Ф., Крнволуц-кая М. А., Бирюкова Н. Ф., Тулупова СВ., Жарикова НІ Г., Аршинова А, И., Розореіюва Т. А., которым автор выражает свою искреннюю признательность и благодарность за помощь и содействие в выполнении настоящей работы.