Як енергозберігаюче скло впливає на рослини
Багато хто вважає, що за вікном з енергозберігаючим склом рослини не отримують сонячного випромінювання, необхідного для їхнього розвитку. Чи справді це так?
Всім відомо, що для життя рослин необхідне сонячне світло.
Навіщо? Без сонячного світла фотосинтез неможливий. Яке світло потрібне для фотосинтезу? Тімірязєв довів, що джерелом енергії для фотосинтезу служать переважно червоні промені спектра, на що вказує спектр активності фотобіологічних процесів, де найбільш інтенсивна смуга поглинання спостерігається в червоній, і менше – в синьо-фіолетовій частині (малюнок 1).
На графіку видно «провал» в області зеленої частини спектра (500–600 нм), пік у синьо-фіолетовій (400–500 нм) та жовто-червоній (600–750 нм) області. Причому, у процесі формування плодів або «врожайності» синьо-зелена складова сонячної радіації не бере участі. Забігаючи наперед, можна сказати, що цей факт використовується в сучасному тепличному господарстві повною мірою, шляхом застосування, в якості додаткового джерела освітлення, натрієвих ламп високого тиску (типу Reflux 600), що мають у спектрі свого випромінювання підйом в області 550-700 нм.
Як же впливає на фотосинтез спектральний склад сонячного чи іншого світла?
Давайте згадаємо — чому листя рослини зелене? Правильно, саме тому, що його поверхня відбиває (а отже — не поглинає) зелене світло. Ця властивість пояснюється наявністю в зеленому листі пігменту хлорофілу. І поглинає хлорофіл світло (а значить і енергію) з червоної (660 нм) і синьої (445 нм) областей спектра денного світла.
Звідси висновок щодо фотосинтезу: жовто-зелена складова денного світла практично марна для росту і життя рослини, а потрібне їй — червоне і синє світло.
Але давайте все ж не забувати, що все раніше сказане про фотосинтез стосується дорослої (або досить підрослої) рослини, а не насіння (розсади).
І виявляється, що в житті насіння є свої закони, можливо навіть складніші, ніж процеси фотосинтезу дорослої рослини. У насінні (паростку) поки що немає хлорофілу, без якого фотосинтез, а отже, ріст і саме життя рослини — неможливі.
Життя насіння визначається законами фотоморфогенезу. Фотоморфогенез — це процеси, що відбуваються в рослині під впливом світла різного спектрального складу та інтенсивності. У цих процесах світло виступає не як первинне джерело енергії, а як сигнальний засіб, що регулює процеси росту та розвитку насіння. Можна провести певну аналогію з вуличним світлофором, що автоматично регулює дорожній рух. Тільки для управління природа обрала не «червоний — жовтий — зелений», а інший набір кольорів: «синій — червоний — далекий червоний».
Перший прояв фотоморфогенезу виникає в момент проростання насіння.
Отже, насіння прокинулося від сплячки й почало проростати, перебуваючи при цьому під шаром ґрунту, тобто в темряві. Насіння, посіяне поверхнево й не присипане нічим, теж проростає в темряві вночі. З’явившись на поверхні ґрунту, паросток про це ще не знає і продовжує активно рости, тягнутися до світла, до життя, поки не отримає спеціального сигналу «стоп» (червоне світло з довжиною хвилі — 660 нм), можна далі не поспішати, ти вже на волі і будеш жити. Здається, люди не самі придумали червоний стоп-сигнал для водіїв, а запозичили його у природи.
Чому це відбувається — ще трохи теорії.
Виявляється, окрім хлорофілу, у будь-якій рослині є ще один чудовий пігмент — фітохром. (Пігмент — це білок, що має вибіркову чутливість до певної ділянки спектра білого світла). Особливість фітохрому полягає в тому, що він може приймати дві форми з різними властивостями під впливом червоного світла (660 нм) і далекого червоного світла (730 нм), тобто він має здатність до фотоперетворення. Причому почергове короткочасне освітлення тим чи іншим червоним світлом аналогічно маніпулюванню будь-яким вимикачем, що має положення «увімкнено або вимкнено», тобто завжди зберігається результат останнього впливу. Ця властивість фітохрому забезпечує відстеження часу доби (ранок-вечір), керуючи періодичністю життєдіяльності рослини. Більш того, світлолюбність або тіньовитривалість тієї чи іншої рослини також залежить від особливостей наявних у ній фітохромів.
Фітохром, на відміну від хлорофілу, міститься не лише в листі, а й у насінні. Роль фітохрому в процесі проростання насіння для деяких видів рослин полягає в тому, що саме червоне світло стимулює процеси проростання насіння, а далеке червоне — пригнічує проростання насіння. (Можливо, саме тому насіння і проростає вночі). Хоча це й не є закономірністю для всіх рослин. Але в будь-якому разі червоний спектр корисніший (він стимулює), ніж далекий червоний, який пригнічує активність життєвих процесів рослини.
Ну ось, з червоним світлом трохи розібралися. А як же впливає на життя паростка синє світло? Зауважимо, що жовто-зелена частина спектра практично ніяк не впливає: ні холодно від неї, ні жарко.
Отже, синє світло — чим воно корисне чи шкідливе. Насправді синій колір відіграє важливу роль у житті рослин завдяки іншому пігменту — криптохрому, який реагує на синє світло в діапазоні від 400 до 500 нм. Для дорослих рослин синій колір, зокрема, регулює ширину продихів листя, керує рухом листя за сонцем, пригнічує ріст стебел. Стосовно проростаючої рослини дуже важлива роль синього світла у стримуванні росту стебла та в обмеженні «витягування» розсади. Крім того, синє світло керує вигином паростка і стебла: стебло вигинається у бік джерела світла. Напевно, всі спостерігали розсаду, зігнуту у бік вікна — це через синє світло. Це явище називається — фототропізм.
Синє світло (а до нього можна віднести й певну частину ультрафіолетового спектра) стимулює поділ клітин, але гальмує їхнє подовження. До речі, саме тому для альпійських рослин, що ростуть на високогірних луках з великим відсотком ультрафіолету, характерна розеткова, низькоросла форма. А при нестачі синього світла (наприклад, у загущених насадженнях або під склом) рослини витягуються.
Як ультрафіолетова частина сонячного спектра впливає на рослини?
Повернемося знову до теорії. Ультрафіолетовий діапазон хвиль буває «далеким» 100–200 нм (нам до нього немає діла, це «світло» поглинається молекулами кисню у верхніх шарах атмосфери і до поверхні землі не досягає) і «близьким» — 200–380 нм, який умовно поділяють на 3 частини.
УФА — «корисне», з довжиною хвилі від 320 нм до звичного «фіолетового» (воно починається з 380 нм). Ультрафіолетове випромінювання з цією довжиною хвилі найглибше проникає в тканини тварин і рослин. У людини, наприклад, воно бере участь у створенні вітаміну D, деякі види ящірок його взагалі бачать очима, не кажучи вже про те, що УФА стимулює деякі види рептилій під час шлюбного періоду.
УФB (280–320 нм) — діапазон середнього ультрафіолету. Він не тільки спричиняє передчасне старіння шкіри людини та уповільнює вегетативний ріст більшості рослин, а й викликає нескінченні суперечки щодо свого впливу на біосферу. Завдяки УФВ європейці отримують золотисто-коричневий колір шкіри під час літніх відпусток. Чим ближче до межі з УФС (280 нм), тим смертоносніші промені. Якщо ми втратимо озоновий шар, до речі, то цілком відчуємо на собі вплив УФВ, оскільки озон поглинає сонячну радіацію саме цієї ділянки. І, нарешті, УФС — «жорсткий» ультрафіолет з довжиною хвилі від 200 до 280 нм. Існує думка, що на деяких стадіях розвитку життя на Землі УФС досить активно брав участь у створенні ДНК, тому що спектр поглинання нуклеїнових кислот має пік в області 254 нм. Продемонструємо це на малюнку. Як видно з малюнка, з УФС пов’язано не тільки початок життя на Землі, але й, за певних умов, його кінець. У діапазоні УФС, а саме 254 нм, випромінюють стерилізатори — ртутні ультрафіолетові лампи низького тиску, що застосовуються лише в медицині.
Про це детальніше.
Щоб знищити, наприклад, паличку дизентерії, потрібна доза УФ-опромінення в 8,8 мДж/см, що приблизно дорівнює 4-хвилинному кип’яченню, а, скажімо, для елементарного грибка «червоного опіку» Stagonospora, що вражає деякі види кімнатних рослин, знадобиться близько 1,5 мДж/см, що за «кухонною» шкалою дорівнюватиме приблизно одній хвилині при температурі 70°С. Таким чином, ультрафіолетове опромінення може допомогти рослині впоратися з деякими шкідниками, що її вбивають.
То що ж випливає з такого тривалого екскурсу в шкільний курс біології?
Чи шкодить рослинам у приміщеннях використання I-скла (сонячнозахисного та низькоемісійного)?
• Усі дослідження вчених-біологів показали, що основними зовнішніми чинниками, які впливають на ріст і розвиток рослин, є: світло (його інтенсивність і частота), температура повітря, концентрація СО2 у повітрі, вода, родючість ґрунту, речовини, що забруднюють атмосферу, хімічні препарати, комахи та хвороби.
• Який вплив має скло на розвиток рослин? Якщо вирощувати рослину за звичайним склом, як це роблять у теплицях, необхідно контролювати червону частину спектра (660 нм). Ви хочете контролювати врожайність або «здоров’я» рослин, тоді застосовуйте додаткові джерела освітлення, як це роблять у теплицях. Цікаво, що у більшості рослин світлове насичення фотосинтезу досягається при 25% або 50% інтенсивності сонячного освітлення.
• Дослідження показали, що звичайне скло не пропускає ультрафіолетове випромінювання сонця в діапазоні УФB (280–320 нм), а випромінювання в діапазоні УФС (200–280 нм) не досягає поверхні землі. Ніхто ще не зміг «загоріти», перебуваючи за склом звичайного вікна. Скло пропускає лише невелику частину, близьку до фіолетової частини спектра «корисного» ультрафіолетового випромінювання (УФА). Цього випромінювання достатньо для «вицвітання» фарби на оздобленні всередині приміщення. Іншої «користі» цей діапазон сонячного ультрафіолету не приносить. Хочете провести бактерицидне очищення приміщення – використовуйте ультрафіолетові стерилізатори, як це роблять у медичних закладах.
• Використання низькоемісійного I-скла або сонцезахисного скла зменшує кількість ультрафіолетового (УФА) та теплового (інфрачервоного) випромінювання, що потрапляє в приміщення влітку, та скорочує втрати тепла взимку. На ріст і врожайність рослин таке скло впливає лише опосередковано, через температуру. Якщо біля вікна, де зазвичай розміщують кімнатні рослини, буде холодно або спекотно, як це має місце біля вікна зі звичайним, а не тепловідбивним склом, то надія на інтенсивність фотосинтезу та здоров’я рослини різко знижується. На малюнку наведено графік залежності інтенсивності фотосинтезу від температури навколишнього середовища. Температура +25°С, згідно з графіком, є оптимальною для рослин. Безумовно, у кожного конкретного виду існують свої температурні уподобання. Проте, ця величина, нехай і середньостатистична, але факт.
• Скло I-glass допоможе зберегти тепловий комфорт у приміщенні та забезпечить яскравість кольорів всередині приміщення.
• Світлопроникність I-скла в необхідному для рослин спектрі сонячного випромінювання, а саме на довжинах хвиль 445 нм і 660 нм, така сама, як і у звичайного скла, і на розвиток рослин I-скло впливає так само, як і звичайне прозоре скло.