Авторы:
Жоао Константино, руководитель отдела выращивания Canna.biz
Хуан Франсиско Морено, технический директор J. Huete Greenhouses
В последнее время термин VPD встречается довольно часто, особенно среди новичков в области выращивания. Но что же такое VPD? Что он измеряет?
Для начала давайте разберёмся с терминологией. У VPD есть два значения есть два значения, и я заметил, что люди часто путают их.
Есть VPD как дефицит давления пара и VPD как разница давлений пара. Они измеряют разные количества, хотя оба используют одну и ту же единицу измерения кПа (килопаскаль). Первый относится к потенциалу испарения воды в атмосферу. Второй измеряет разницу давления между подустьичный полостью и окружающим воздухом в растениях. Для сельского хозяйства действительно важно второе значение — разница давлений пара.
Разница в давлении пара в растениях
Внутренняя часть листа (в межклеточных пространствах около устьиц) имеет относительную влажность почти 100 %, что означает, что давление пара в ней насыщено. Если внешний воздух менее влажный (т. е. имеет более низкое давление пара), между внутренней частью листа и окружающим воздухом создаётся градиент давления пара. Этот градиент приводит к диффузии водяного пара изнутри наружу — от высокого давления (внутри листа) к низкому давлению (в воздухе). Это процесс испарения через устьица, известный как транспирация.
Дефицит давления пара рассчитывается по формуле, которая определяет разницу давлений внутри и снаружи устьица.
Практический пример
Предположим, что температура листьев лекарственной культуры составляет 25 °C. Можно предположить, что внутри устьичной полости относительная влажность близка к 100 %, поэтому давление пара при 25 °C составляет 3,17 кПа. Это даёт нам давление пара внутри устьица. Теперь давайте представим, что температура воздуха в теплице составляет 30 °C, а относительная влажность — 60%; в этих условиях давление пара составляет 2,55 кПа.
Разница давлений пара = насыщенный пар внутри листа — реальное давление пара в воздухе теплицы.
Это означает, что от внутренней части листа к внешней части действует положительное давление. Но всегда ли более высокое значение означает, что растение испаряет больше влаги? Не обязательно. До определённого значения, которое может меняться в зависимости от фенологической стадии или вида культуры, транспирация увеличивается с ростом VPD. Однако после этого момента происходит обратный эффект, и потенциал транспирации снижается.
График дефицита давления пара воздуха в зависимости от температуры и относительной влажности (ОВ) (создан с помощью искусственного интеллекта)
| Температура (°C) | 40% ОВ | 50% ОВ | 60% ОВ | 70% ОВ | 80% ОВ | 90% ОВ | 100% ОВ |
| 10 | 0.49 | 0.61 | 0.74 | 0.86 | 0.98 | 1.11 | 1.23 |
| 15 | 0.68 | 0.85 | 1.02 | 1.19 | 1.36 | 1.53 | 1.71 |
| 20 | 0.94 | 1.17 | 1.40 | 1.64 | 1.87 | 2.10 | 2.34 |
| 25 | 1.27 | 1.58 | 1.90 | 2.22 | 2.53 | 2.85 | 3.17 |
| 30 | 1.70 | 2.12 | 2.55 | 2.97 | 3.39 | 3.82 | 4.24 |
| 35 | 2.25 | 2.81 | 3.37 | 3.94 | 4.50 | 5.06 | 5.62 |
| 40 | 2.95 | 3.69 | 4.43 | 5.16 | 5.90 | 6.64 | 7.38 |
Почему важно знать показатели транспирации растений?
VPD предоставляет информацию о скорости транспирации растений, которая означает скорость, с которой вода перемещается от корней через стебель и выходит через устьица. Это не просто процесс гидратации или охлаждения; он также включает в себя транспортировку питательных веществ, взятых из субстрата или оросительной воды.
Ключевым примером является транспортировка кальция. Растения эффективно транспортируют кальций и другие питательные вещества только во время испарения. Кальций имеет решающее значение для формирования системной устойчивости растений и других процессов роста.
Таким образом, скорость транспирации листьев определяется разницей давления пара между воздухом и устьицами. Это, в свою очередь, определяет транспортировку питательных веществ и рост растений.
Температура и влажность определяют VPD, поскольку количество воды, которое может удерживать воздух, зависит от температуры: более тёплый воздух удерживает больше воды. Таким образом, разница давлений пара стимулирует испарение в растениях, когда устьица открыта.
Таким образом, внутри устьица влажность почти насыщенная (100% относительной влажности). Если воздух также имеет 100% относительной влажности, разница давлений отсутствует, и, следовательно, испарение не происходит. Если относительная влажность воздуха ниже 100%, разница давлений достаточна для испарения. Когда лист выделяет воду, она попадает в воздух в виде пара, и растение восполняет её из корней. Этот процесс можно измерить и контролировать, чтобы оптимизировать развитие растений за счёт полива в нужное время и/или изменения условий в теплице.
Как VPD влияет на растения
Показатели VPD напрямую влияют на несколько процессов, происходящих в растениях:
- Транспирация: более высокий показатель VPD увеличивает скорость транспирации, поэтому растениям требуется более частое орошение, но их рост может быть более быстрым.
- Открытие устьиц: когда показатель VPD превышает определённый уровень, растения закрывают устьица, чтобы не допустить чрезмерной потери воды и сохранить влажность.
- Поглощение CO₂: по мере увеличения VPD и закрытия устьиц поглощение CO₂ уменьшается, что приводит к снижению фотосинтеза (для растений C3).
- Поглощение питательных веществ: высокий VPD означает более интенсивную транспирацию до определённого момента, что позволяет растениям быстрее поглощать питательные вещества.
- Стресс: экстремальные уровни VPD могут создавать стресс для растений. Очень высокий VPD приводит к чрезмерной транспирации, а очень низкий VPD ограничивает движение воды и питательных веществ.
- Ассимиляция: Правильное управление VPD помогает направлять сахара в нужные части растения в нужное время.
Уровни VPD по стадиям развития культуры и солнечной радиации.
Культуры на ранних стадиях развития требуют меньше воды и питательных веществ, но по мере развития эти потребности меняются. VPD должен постепенно увеличиваться по мере развития культуры. На каждой стадии VPD может поддерживаться в определённых пределах в зависимости от солнечной радиации:
- Стадия прорастания (до начала вегетативной фазы): 0,4–0,8 кПа
- Черенки и клоны: 0,4–0,8 кПа
- Конец вегетации до начала фазы цветения: 0,8–1,2 кПа
- Середина–конец цветения: 1,2–1,6 кПа
В Интернете есть много таблиц, в которых приведены рекомендуемые значения VPD в зависимости от фазы роста:
Многие таблицы в Интернете показывают рекомендуемые значения VPD по фазам роста. Эти значения могут меняться в зависимости от стадии развития культуры или вида растения. Следует помнить, что VPD является ориентировочным показателем для испарения, но на успех выращивания культур влияют и многие другие факторы.
Как изменить значение VPD в моих растениях
В зависимости от потребностей растения, стадии развития и уровня радиации, можно регулировать VPD, изменяя температуру и влажность.
- Чтобы увеличить VPD: Повысьте температуру (обогрев, закрытие окон/экранов) или понизьте влажность (осушители воздуха, управление вентиляцией, HVAC и т. д.).
- Чтобы уменьшить VPD: Понизьте температуру или повысьте влажность (откройте окна, используйте увлажнители воздуха).
Движение воздуха также увеличивает испарение, удаляя пар с поверхности листьев, что помогает поддерживать перепад давления и привносит конвективную энергию. Это особенно важно ночью для обеспечения непрерывного транспорта питательных веществ.
Для управления оборудованием и достижения целевых показателей VPD крайне важно измерять температуру культур. Устройства могут быть различными: от ручных инфракрасных термометров до современных термографических камер, которые отслеживают температуру в нескольких точках и связываются с облачными платформами, которые могут взаимодействовать с вашим климат-контроллером. Инфракрасная технология работает за счёт улавливания инфракрасного излучения, испускаемого культурами, что позволяет измерять температуру без прямого контакта. Вот некоторые примеры таких устройств.
Вот некоторые примеры таких устройств:
- Ручные инфракрасные термометры: позволяют проводить выборочные проверки, но неэффективны для крупномасштабного мониторинга.
- Инфракрасные термометры с регистратором данных: записывают и хранят данные о температуре урожая для последующего анализа или загрузки в облако.
- Датчики температуры растений: измеряют температуру урожая или фруктов с помощью инфракрасных принципов. Эти датчики могут раннее детектировать стресс урожая и риски конденсации. Датчик выдаёт уведомление при возникновении отклонений между температурой урожая и температурой теплицы.
- Термографические камеры: получают инфракрасные изображения (термограммы), показывающие разницу температур в урожае. Эти камеры обеспечивают мониторинг в режиме реального времени и могут интегрироваться с системами климат-контроля для автоматической регулировки. Измеряя температуру урожая и теплицы в нескольких точках, производители получают информацию о вертикальных и пространственных различиях температуры. Если климатический компьютер подключён к платформе, данные с термографических камер могут быть объединены для автоматического управления окружающей средой, например, для получения предупреждений, если температура фруктов или цветов опускается ниже точки росы.
В заключение, понимание и управление разницей давлений пара (VPD) представляет собой революционный прорыв в области выращивания защищённых культур. Точно балансируя температуру и влажность для поддержания оптимального уровня VPD, производители могут добиться более эффективной транспирации, улучшенного поглощения питательных веществ, особенно кальция, а также более крепких и устойчивых растений. Благодаря доступным инструментам, от инфракрасных термометров до интегрированных систем климат-контроля, этот подход позволяет даже не крупным производителям точно настраивать условия в теплицах, что приводит к более высоким урожаям и лучшему качеству урожая. Внедрение управления VPD — это не просто техническое усовершенствование, а стратегический скачок вперёд для современного сельского хозяйства.
