Какое влияние короткие ультрафиолетовые лучи оказывают на растения
Обновлено: 05.07.2024
Влияние отдельных частей светового спектра на развитие растений
Спектральная часть света большинства осветительных приборов довольно узкая, и возникает вопрос, какие предпочтительнее, как лучше сделать систему освещения. Вопросу влияния монохромного света на развитие растений посвящено множество научных работ. Эксперименты показали, что каждый участок светового спектра определенным образом оказывает воздействие на посадки.
Спектр поглощения хлорофилла (по горизонтали – длина волны в нанометрах).
Ультрафиолетовые лучи дают возможность растениям закалиться, они предупреждают вытягивание растений, повышают в них содержание витаминов.
Фиолетовые и синие лучи спектра способствуют более интенсивному протеканию фотосинтеза, формируются более крепкие саженцы.
Зеленая часть спектра негативно влияет на интенсивность фотосинтеза. При зеленом освещении стебель вытягивается, а листочки истончаются.
Красные и оранжевые лучи крайне необходимы для нормального протекания фотосинтеза. В этом спектре света растения активно развиваются, наращивая зеленую массу.
Вернуться к оглавлению
Люминесцентные лампы
Менять светильники для теплиц под каждый этап развития растения, может, и эффективно для получения урожая, но достаточно хлопотно и неэкономно даже в хорошо поставленном промышленном тепличном хозяйстве. Поэтому потребитель стремится приобрести лампы со спектром излучения, близким к естественному, для освещения культивируемых растений на всех этапах вегетации. Лампы для теплиц нужны универсальные, способные зимой имитировать солнечный свет.
Расположение светильников в теплице: 1 – Розетка для обогревателя; 2 – Главный электрический щит; 3 – Компактная люминесцентная лампа; 4 – Розетка для обогревающего мата; 5 – Выключатели; 6 – Балласт для ГЛВИ.
Для освещения зимой парника опытные садоводы рекомендуют применять люминесцентные лампы (лампы дневного освещения) типа ЛБ или ЛТБ как наиболее экономичный вариант.
Световой режим парника больше ориентирован на инсоляцию. В парнике дополнительное освещение монтируется только над рассадой или молодыми побегами. Для этого нужно сделать рамы из подручного материала, с закрепленными на ней трубчатыми лампами дневного освещения. Закрепляются они обычно на высоте 1 метра над полками с рассадой. Количество ламп зависит от площади парника. Подойдет для парника и свет от лампочек накаливания, но в этом случае лампочки должны располагаться значительно выше.
Лампы дневного освещения яркие, но ее поверхность не нагревается и не нагревает воздух, следовательно, не нарушает микроклимат теплицы или оранжереи. Лампы дневного света излучают свет практически полного спектра, который достаточен для растений в любой период роста. Люминесцентные лампы более предпочтительны и при организации освещения для зимних садов. Освещение зимой просто необходимо. Его можно сделать самостоятельно, закрепив лампы над теми растениями, которые более других нуждаются в досвечивании. Их можно размещать на достаточно близком расстоянии от выращиваемых цветов, пальм и другой теплолюбивой растительности.
Кроме экономии средств, люминесцентные лампы имеют и другие привлекательные характеристики.
У люминесцентных ламп высокая светоотдача – от 50 до 80 Лм/В.
Люминесцентные лампы универсальны. Освещение теплиц будет более качественным, если подобрать тип ламп, которые излучают нужную частоту спектра. Так, лампы холодного белого цвета комбинируют с лампами теплого белого цвета и получают качественное освещение.
Иногда к освещению люминесцентными лампами добавляют ультрафиолетовые, подавляющие развитие бактерий и других вредителей.
Как было сказано выше, люминесцентные лампы реагируют на изменение внешних условий. Оптимальной рабочей средой для таких ламп являются температура от 18 °С до 25°С и влажность не более 70%. При меньшей температуре или повышенной влажности лампа может погаснуть
Чтобы избежать неприятных ощущений, которые вызывают мерцания стробоскопа, к люминесцентным лампам подключают противомерцательные устройства.
В теплице для освещения люминесцентные лампы монтируются в различных положениях. Вертикально они устанавливаются в стандартной осветительной арматуре; горизонтально – в прямоугольной металлической.
При организации освещения в теплицах необходимо учесть, что для управления работой системы освещения потребуется пускорегулирующий аппарат, распределяющий энергию по светильникам, исходя из конкретных погодных условий и потребностей выращиваемой культуры. Проводку освещения в теплице можно сделать и своими силами, но лучше поручить специалисту. Внутри парников, теплиц и оранжерей обычно повышенная влажность, поэтому при прокладке осветительной системы следует предпринять все меры предосторожности.
Успейте купить все необходимое для выращивания растений и высадки рассады в обновленный каталог ОБИ
А.С. Степановских
Экология. Учебник для вузов
М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. — 703 с.
4.1. Излучение: свет
Рис. 4.1. Баланс солнечной радиации на земной поверхности
в дневное время (из Т. К. Горышиной, 1979)
Как видно на рис. 4.1, 42% всей падающей радиации (33 + 9%) отражается атмосферой в мировое пространство, 15% поглощается толщей атмосферы и идет на ее нагревание и только 43% достигает земной поверхности. Эта доля радиации состоит из прямой радиации (27%) — почти параллельных лучей, идущих непосредственно от Солнца и несущих наибольшую энергетическую нагрузку, и рассеянной (диффузной) радиации (16%) — лучей, поступающих к Земле со всех точек небосвода, рассеянных молекулами газов воздуха, капельками водяных паров, кристалликами льда, частицами пыли, а также отраженных вниз от облаков. Общую сумму прямой и рассеянной радиации называют суммарной радиацией.
Среди солнечной энергии, проникающей в атмосферу Земли, на видимый свет приходится около 50% энергии, остальные 50% составляют тепловые инфракрасные лучи и около 1 % — ультрафиолетовые лучи (рис. 4.2).
Рис. 4.2. Факторы космического воздействия на Землю
Спектр солнечного света
В жизни организмов важны не только видимые лучи, но и другие виды лучистой энергии, достигающие земной поверхности: ультрафиолетовые, инфракрасные лучи, электромагнитные (особенно радиоволны) и некоторые другие излучения. Так, ультрафиолетовые лучи с длиной 0,25—0,30 мкм способствуют образованию витамина D в животных организмах, при длине волны 0,326 мкм в коже человека образуется защитный пигмент, а лучи с длиной волны 0,38—0,40 мкм обладают большей фотосинтетической активностью. Эти лучи в умеренных дозах стимулируют рост и размножение клеток, способствуют синтезу высокоактивных биологических соединений, повышая в растениях содержание витаминов, антибиотиков, увеличивают устойчивость к болезням.
Инфракрасное излучение воспринимается всеми организмами, например, воздействуя на тепловые центры нервной системы животных организмов, осуществляет тем самым у них регуляцию окислительных процессов и двигательные реакции как в сторону предпочитаемых температур, так и от них.
Особое значение в жизни всех организмов имеет видимый свет. С участием света у растений и животных протекают важнейшие процессы: фотосинтез, транспирация, фотопериодизм, движение, зрение у животных, прочие процессы (табл. 4.2).
Важнейшие процессы, протекающие у растений
и животных с участием света
На свету происходит образование хлорофилла и осуществляется важнейший в биосфере процесс фотосинтеза. Фотосинтезирующая деятельность зеленых растений обеспечивает планету органическим веществом и аккумулированной в нем солнечной энергией — источником возникновения и фактором развития жизни на Земле. Основная реакция фотосинтеза может быть записана следующим образом:
Среди всех лучей солнечного света обычно выделяют лучи, которые так или иначе оказывают влияние на растительные организмы, особенно на процесс фотосинтеза, ускоряя или замедляя его протекание. Эти лучи принято называть физиологически активной радиацией (сокращенно ФАР). Наиболее активными среди ФАР являются оранжево-красные (0,65—0,68 мкм), сине-фиолетовые (0,40—0,50 мкм) и близкие ультрафиолетовые (0,38—0,40 мкм). Меньше поглощаются желто-зеленые (0,50—0,58 мкм) лучи и практически не поглощаются инфракрасные. Лишь далекие инфракрасные принимают участие в теплообмене растений, оказывая некоторое положительное воздействие, особенно в местах с низкими температурами.
Интенсивность фотосинтеза несколько варьирует с изменением длины волны света. В наземных средах жизни качественные характеристики солнечного света не настолько изменчивы, чтобы это сильно влияло на интенсивность фотосинтеза, при прохождении же света через воду красная и синяя области спектра отфильтровываются, и получающийся зеленоватый свет слабо поглощается хлорофиллом. Однако живущие в море красные водоросли (Rhodophyta) имеют дополнительные пигменты (фикозритрины), которые позволяют им использовать эту энергию и жить на большей глубине, чем зеленые водоросли.
Лучи разной окраски различаются животными. Например, бабочки при посещении цветков растений предпочитают красные или желтые, двукрылые насекомые выбирают белые и голубые. Пчелы проявляют повышенную активность к желто-зеленым, сине-фиолетовым и фиолетовым лучам, не реагируют на красный, воспринимая его как темноту. Гремучие змеи видят инфракрасную часть спектра. Для человека область видимых лучей — от фиолетовых до темно-красных.
Каждое местообитание характеризуется определенным световым режимом, соотношением интенсивности (силы), количества и качества света.
Интенсивность, или сила, света измеряется количеством калорий или джоулей, приходящихся на 1 см 2 горизонтальной поверхности в минуту. Для прямых солнечных лучей этот показатель практически не изменяется в зависимости от географической широты. Существенное же на него влияние оказывают особенности рельефа. Так, на южных склонах интенсивность света всегда больше, чем на северных.
Количество света, определяемое суммарной радиацией, от полюсов к экватору увеличивается.
Для определения светового режима необходимо учитывать и количество отражаемого света—альбедо. Оно выражается в процентах от общей радиации и зависит от угла падения лучей и свойств отражающей поверхности.
Например, снег отражает 85% солнечной энергии, альбедо зеленых листьев клена составляет 10%, а осенних пожелтевших — 28%.
По отношению к свету различают следующие экологические группы растений: световые (светолюбы), теневые (тенелюбы) и теневыносливые. Световые виды (гелиофиты) обитают на открытых местах с хорошей освещенностью, в лесной зоне встречаются редко.
Они образуют обычно разреженный и невысокий растительный покров, чтобы не затенять друг друга. Свет оказывает влияние на рост растений. Так, рост двухлетних дубов в зависимости от относительной освещенности в летний период показан на рис. 4.3.
Рис. 4.3. Модифицирующее действие освещенности на рост
и морфогенез растений (по В. Лархеру, 1978):
А — рост двухлетних дубов Quercus robus в зависимости от относительной освещенности летом;
Б — развитие листьев у Ranunculus ficaria в зависимости от освещенности
При световом довольствии до 13,5% преобладает стимулирующее действие света (рис. 4.3А, кривая 1), при большем освещении (А, кривая 2) — наоборот. Листья Ranunculus ficaria (рис. 4.3Б) развивают меньшую поверхность при большем освещении.
Теневые растения (сциофиты) не выносят сильного освещения, живут в постоянной тени под пологом леса. Это главным образом лесные травы. При резком освещении, например на вырубках, они проявляют явные признаки угнетения и часто погибают.
Рис. 4.4. Листорасположение у подроста липы мелколистной в разных условиях освещения (вид сверху):
А — под пологом леса, Б — на открытом месте (по Т. К. Горышиной, 1979)
Мелкие листья располагаются между крупными. Такая мозаика характерна как для древесной, так и травянистой растительности сильно затененных лесов.
Оптический аппарат гелиофитов развит лучше, чем у сциофитов, имеет большую фотоактивную поверхность и приспособлен к более полному поглощению света. На сухую массу в листьях гелиофитов приходится меньше хлорофилла, однако в них больше содержится пигментов I пигментной системы и хлорофилла П700. Отношение хлорофилла d к хлорофиллу b равно примерно 5:1. Отсюда высокая фотосинтетическая способность гелиофитов. Интенсивность фотосинтеза достигает максимума при полном солнечном освещении.
У особой группы растений — гелиофктов, у которых фиксация СО2 идет путем С-4-дикарбоновых кислот, световое насыщение фотосинтеза не достигается даже при самой сильной освещенности. Это растения из засушливых областей (пустынь, саванн), принадлежащие к 13 семействам цветковых растений (например, мятликовые, осоковые, амарантовые, маревые, гвоздичные и др.). Они способны к вторичной фиксации и реутилизации СО2 , освобождающегося при световом дыхании, и могут фотосинтезировать при высоких температурах и при закрытых устьицах, что нередко наблюдается в жаркие часы дня.
Обычно С-4-растения отличаются высокой продуктивностью, особенно кукуруза и сахарный тростник.
Освещение вызывает у растений ростовые движения, которые проявляются в том, что из-за неравномерного роста стебля или корня происходит их искривление. Это явление носит название фототропизма.
Одностороннее освещение смещает в затененную сторону поток ростового гормона ауксина, направленного, как правило, строго вниз. Обеднение ауксином освещенной стороны побега приводит здесь к торможению роста, а обогащение ауксином затененной стороны — к стимуляции роста, что и вызывает искривление.
Движение Земли вокруг Солнца вызывает закономерные изменения длины дня и ночи по сезонам года. Сезонная ритмичность в жизнедеятельности организмов определяется в первую очередь сокращением световой части суток осенью и увеличением — весной. В действиях организмов выработались особые механизмы, реагирующие на продолжительность дня. Так, определенные птицы и млекопитающие поселяются в высоких широтах с длинным полярным днем. Осенью, при сокращении дня, они мигрируют на юг. Летом в тундре скапливается большое количество животных, и, несмотря на общую суровость климата, они при обилии света успевают закончить размножение. Однако в тундру практически не проникают ночные хищники. За короткую летнюю ночь они не могут прокормить ни себя, ни потомство.
Уменьшение светового дня в конце лета ведет к прекращению роста, стимулирует отложение запасных питательных веществ организмов, вызывает у животных осенью линьку, определяет сроки группирования в стаи, миграции, переход в состояние покоя и спячки. Увеличение длины светового дня стимулирует половую функцию у птиц, млекопитающих, определяет сроки цветения растений (ольха, мать-и-мачеха и др.).
Растения, развитие которых нормально происходит при длинном дне, называют длиннодневными. Это растения наших северных зон и средней полосы (рожь, пшеница, луговые злаки, клевер, фиалки и др.). Другие растения нормально развиваются при сокращенном световом дне. Их называют короткодневными. К ним относятся выходцы из южных районов (гречиха, просо, подсолнечник, астры и др.).
Доказана способность птиц к навигации. При дальних перелетах они с поразительной точностью выбирают направление полета, преодолевая иногда многие тысячи километров от гнездовий до мест зимовок (рис. 4.5), ориентируясь по солнцу и звездам, т. е. астрономическим источникам света. Днем птицы учитывают не только положение Солнца, но и смещение его в связи с широтой местности и временем суток
Рис. 4.5. Главнейшие пути пролетных путей птиц
(по Н. О. Реймерсу, 1990)
Опыты показали, что ориентация птиц меняется при изменении картины здездного неба в соответствии с направлением предполагаемого перелета. Навигационная способность птиц врожденная, создается естественным отбором, как система инстинктов. Способность к ориентации свойственна и другим животным. Так, пчелы, нашедшие нектар, передают другим информацию о том, куда лететь за взятком. Ориентиром служит положение солнца. Пчела-разведчица, открывшая источник корма, возвращаясь в улей, начинает на сотах танец, описывая фигуру в виде восьмерки, с наклоном поперечной оси по отношению к вертикали, соответствующим углу между направлениями на солнце и на источник корма (рис. 4.6). Угол наклона восьмерки постепенно смещается в соответствии с движением солнца по небу, хотя пчелы в темном улье и не видят его.
При облачной погоде пчелы ориентируются на поляризованный свет свободного участка неба. Плоскость поляризации света зависит от положения солнца. Определенное сигнальное значение в жизни животных имеет биолюминесценция, или способность животных организмов светиться в результате окисления сложных органических соединений люциферинов с участием катализаторов люцифераз, как правило, в ответ на раздражения, поступающие из внешней среды (рис. 4.7).
Рис. 4.7. Светящиеся животные:
1 — медуза; 2 — рыба-дракон, нападающая на светящихся анчоусов; 3 — глубоководный кальмар; 4 — глубоководная креветка, защищаясь, выбрасывает светящееся облако: 5 — глубоководный удильщик, приманивающий жертву.
Световые сигналы, испускаемые животными, зачастую служат для привлечения особей противоположного пола, приманивания добычи, отпугивания хищников, для ориентации в стае и т. д. (рыбы, головоногие моллюски, жуки семейства светляков и др.). Следовательно, растениям свет необходим в первую очередь для осуществления фотосинтеза — важнейшего процесса в биосфере по накоплению энергии и созданию органического вещества. Для животных он имеет главным образом информационное значение.
В естественной среде обитания растения поглощают столько солнечной энергии, сколько им полагается. В домашних условиях света всегда меньше, особенно в зимний период, когда дополнительное освещение необходимо практически всем цветам. Разбираемся, каким должно быть освещение для цветов, и какие осветительные приборы лучше использовать.
Влияние света на растения
Под действием света в зелёных листьях из углекислоты и воды образуются углеводы, вещества, жизненно необходимые для успешного развития растений. Именно световая энергия запускает этот процесс, фотосинтез; когда света не хватает, он замедляется. Это сказывается на внешнем виде цветов: листья теряют окраску, побеги истончаются и плохо растут, цветение ослабевает.
Значительная часть российской территории находится в регионах с продолжительным зимним периодом. Зимой световой день становится короче, и естественного света не хватает даже цветам, стоящим на южном подоконнике; особенно страдают растения, расположенные более чем в метре от окна.
Для того, чтобы поддержать нормальное развитие растений, необходимо дополнительное освещение. Проблема состоит в том, что потребность в свете у разных цветов отличается, и они по-разному реагируют как на его недостаток, так и на избыток.
Искусственное освещение: когда без него не обойтись
Чтобы установка досветки не стала неоправданной тратой семейного бюджета, полезно выяснить, когда она действительно необходима. Растениям не обойтись без дополнительного освещения в следующих случаях:
- Если в данной местности количество пасмурных дней преобладает над количеством солнечных.
- Если цветы содержатся на подоконнике, но из-за неудачного расположения (северная сторона) прямой солнечный свет задерживается менее чем на 3,5 часа.
- В осенне-зимний период в регионах с укороченным световым днём (вся средняя полоса России и более северные территории), если температура содержания превышает 22°C.
Искусственное освещение принесёт пользу, если будет соответствовать следующим критериям:
Параметры нормальной световой среды
Большое значение имеет не просто каждый фактор, но их правильная комбинация. При организации искусственного освещения необходимо обеспечить как нужное количество света, так и правильное чередование светлых и темных периодов. Например, если вы будете освещать светолюбивые виды маломощной лампой, они могут заболеть, даже при правильной длине светового дня.
Для активного развития и цветения разным видам нужна освещённость в следующих пределах:
Для развития растений важен такой параметр света, как его спектральный состав. Солнечный свет не является однородным, в нем присутствуют лучи с различной длиной волны. Спектр условно делится на два вида:
- Тёплый (длинноволновой, красный и оранжевый). Длина оранжевых лучей составляет 620-595 нм, красных – 720-600 нм. Цветовая температура равна 2700-3000 K.
- Холодный (коротковолновой, синий и фиолетовый). Длина волн колеблется в пределах 490-380 нм. Цветовая температура составляет около 4000-6500 K.
Обе части спектра нужны для развития цветов, но они оказывают разное влияние. Лампы искусственного света, предназначенные для растений, помечаются цифрами, и, чем выше указанное число, тем холоднее свет.
Лампы выделенного света помогают решить следующие задачи:
- Красный и оранжевый спектр. Лучи отвечают за процессы фотосинтеза, влияют на скорость роста и развития, отвечают за цветение и плодоношение. Они будут полезны, если вы хотите разводить цветы или, например, лимоны, помидоры или перец. Лучи тёплого спектра полезны для роста корневой системы, а также в период подготовки к цветению.
- Синий и, особенно, фиолетовый спектр. Также принимают участие в фотосинтезе, но дополнительно стимулируют образование белков и рост зелёной массы листьев. Холодный спектр полезен, если вы собираетесь выращивать зелень или рассаду; его будет достаточно для корнеплодов. Под лучами лампы холодного спектра быстрее зацветут сорта, которые в природе привычны к короткому световому дню.
Лучи тёплого спектра также отвечают за синтез витаминов; ещё они не дают цветкам чрезмерно вытягиваться. Более жёсткий ультрафиолет повышает устойчивость к холоду. Зелёные и жёлтые лучи оказывают минимальное влияние, и не являются жизненно важными для комнатной флоры.
Освещение для комнатных растений не обязательно должно быть узкоспециализированным. В большинстве случаев можно пользоваться осветительными приборами полного спектра; это значительно упростит жизнь.
Виды искусственного освещения
Для улучшения роста и развития растений используется несколько разновидностей источников искусственного света. В их число входят как специальные фитолампы, так и бытовые приборы, каждый со своим набором свойств.
Лампы накаливания
Главная особенность подобных устройств – экономическая неэффективность и низкий срок службы, что уравновешивается бюджетной стоимостью. Большая часть электрической энергии преобразуется не в свет, а в тепло. По этой причине их нельзя располагать слишком близко от горшков и контейнеров: и листья, и земля будут пересыхать. Если же расстояние увеличить, снижается интенсивность светового потока, и создаются условия, недостаточные для большинства видов.
Лампы накаливания не могут стать полноценной заменой солнечного света. Их спектр богат на красный свет, но синие волны в нем практически отсутствуют (стекло задерживает ультрафиолет). Подобные осветительные приборы не подходят в качестве единственного источника, но могут использоваться в комплекте с люминесцентной лампой, дополняя её спектр красным светом.
В оранжереях, там, где есть достаточно места, лампы накаливания могут применяться для нагрева воздуха. Некоторые модели имеют встроенный рефлектор; они более полезны для использования в качестве фитолампы, так как создают более комфортные условия.
Люминесцентные (флуоресцентные) лампы
Первые люминесцентные лампы были громоздкими и не слишком удобными, но позже появились компактные модели. Их удобно использовать для разведения небольших цветов и выращивания всходов семян в ограниченном пространстве. Также они подходят в качестве дополнительного источника, если освещения от окна недостаточно.
Флуоресцентные лампы имеют оптимальные характеристики для домашнего использования. Срок их службы достигает 10 тыс. часов, тогда как лампа накаливания живёт, в среднем, около 1 тыс. часов. Они обходятся дешевле в эксплуатации, эффективно преобразуют электрическую энергию в свет, а тепла излучают сравнительно мало.
Их спектр излучения лежит преимущественно в синей и красной части, однако интенсивность излучения достаточно слаба. Поэтому, чтобы польза была максимальной, лампы размещают очень близко от листвы.
В магазинах доступны лампы дневного света, разнообразные по длине колбы (трубки), диаметру, виду цоколя. Также отличаются мощности и цветовые температуры, наиболее распространены форматы цветности на 4000 К и 6500 К. Для комнатной флоры подходящим решением будет покупка люминесцентной лампы T12. Модель Т5 (с меньшим диаметром) излучает свет более высокой интенсивности, нужный для светолюбивых растений.
Светодиоды (LED-лампы)
Светодиодные лампы выгодно отличаются своими характеристиками. Они обходятся дороже, но в процессе эксплуатации работают экономно благодаря высокому КПД (90-95%). Они служат в 4-5 раз дольше, чем флуоресцентные лампы, по 45-50 тыс. часов; даже особо светолюбивую флору такая лампа будет освещать в течение 7-9 лет.
Светоизлучающие диоды обеспечивают высокую интенсивность излучения; при этом практически не нагреваются сами и не нагревают листья и стебли. Дополнительные плюсы светодиодных устройств – их экологичность (они не содержат опасных для здоровья веществ) и возможность работы при малом напряжении.
Спектр стандартных LED-ламп из магазина не подходит для выращивания растений. Существуют светодиодные источники со специальным спектром (красным и синим) или с регулировкой длин волн, подходящие для использования в цветоводстве. Их выбирают, исходя из задач: для общего применения подходят светодиодные источники с длиной волны 430 нм (белый свет), для вегетации или роста выбирают LED-лампу с длиной волны 450-455 нм (синий). В период цветения полезной окажется светодиод, охватывающий спектр 600-700 нм (красный).
Видео описание
О вопросах по освещению для комнатных растений в следующем видео:
Газоразрядные лампы (HID)
Наполнителем колбы могут служить различные инертные газы, пары металлов (натрия, ртути) или их смеси. Наибольшей эффективностью обладают натриевые лампы (HPS), которые выдают излучение низкого (красного) спектра и подходят для поддержания цветения. Другой тип – металлогалогенные лампы (MH), излучают в высоком спектре и удобны для улучшения вегетативного роста.
HID-лампы долговечные и мощные, но выделяют много тепла, а их яркость невозможно регулировать. Также они отличаются большими размерами и относительно высокой стоимостью, требуют использования пускорегулирующей аппаратуры и систем охлаждения.
Совокупность характеристик делает газоразрядные лампы удобными для применения в теплицах, и непрактичными для домашних условий. HID-лампу можно использовать дома, если у вас есть достаточно места для выращивания крупных растений, например, цитрусовых или помидоров.
Видео описание
О домашнем освещении цветочной коллекции в следующем видео:
Как узнать, достаточно ли света получают растения
Внешний вид комнатной флоры служит достоверным показателем того, хватает ли ей света. Причины плохого роста могут иметь и другое происхождение, но о недостатке освещения стоит задуматься, если у цветов наблюдаются следующие признаки:
- Листья вырастают до меньшего, чем обычно, размера.
- Цвет листьев и стеблей становится менее насыщенным.
- Расстояние между двумя смежными узлами (точками роста листьев) слишком большое, растение словно тянется к свету.
- Нижние листья начинают желтеть, пёстрые становятся зелёными.
Чтобы получить достоверную картину освещённости, делают замеры с помощью специальных приборов. Для домашних условий подойдёт бытовой фотометр или люксметр (например, люксметр RADEX LUPIN). Бытовые устройства просты в использовании; они помогут организовать оптимальные световые условия. Альтернативным решением может стать специализированное приложение, которое можно скачать из Play Market или аналогичного магазина. Оно проведёт измерения, используя камеру смартфона.
Если же измерения показали, что уровень освещённости почти соответствует норме, то заменять лампы не надо. Использование имеющегося искусственного света можно максимизировать. В этом помогут отражатели (рефлекторы). Они изготавливаются из металла (чаще из алюминия) с разными покрытиями; бывают напольными и подвесными, и существенно улучшают качество освещения растений.
Видео описание
О светодиодной подсветке в следующем видео:
Коротко о главном
Домашние растения часто испытывают недостаток в солнечном свете, поэтому для них необходимо организовать искусственное освещение. Чтобы привести его параметры в соответствие с потребностями комнатной флоры, необходимо знать, какие условия нужны тому или иному виду.
Важным параметром является яркость (интенсивность, мощность) светового потока. Для развития растений также важен спектр, излучаемый лампой. Различают тёплую и холодную часть спектра, и они обе нужны цветам в разные периоды развития.
Чтобы обеспечить подходящий световой режим, используют несколько видов ламп. Для домашнего садоводства популярным выбором являются люминесцентные лампы. Узнать, достаточно ли света получают растения, можно по их внешнему виду, а также с помощью бытового люксметра или специализированного приложения.
Ответ. На рисунках изображено действие света, как экологического фактора. По отношению к свету растения делятся на светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые. Они отличаются по внешним и внутренним признакам.
Даже на одном растении можно найти различие у теневых и световых листьев. Например у сирени теневые листья больше по размерам. У световых листьев столбчатая ткань преобладает над губчатой, а у теневых наоборот. По отношению к свету животные делаться на дневных, ночных и сумеречных.
Длина светового дня влияет на рост и развитие растений и их фенологическое состоянию по отношению к продолжительности светового дня: длиннодневные, короткодневные, нейтральные.
Наукой доказано, что свет представляет собой электромагнитный спектр – последовательность монохроматических излучений, каждому из которых соответствует определенная длина волны электромагнитного колебания. Оптическая область спектра электромагнитных излучений состоит из трех участков: невидимых ультрафиолетовых излучений (длина волн 10-400 нм), видимых световых излучений (длина волн 400-750 нм), воспринимаемых глазом как свет и невидимых инфракрасных излучений (длина волн 740 нм – 1-2 мм). Световые излучения, воздействуют на глаз и вызывают ощущение цвета, при этом электромагнитные волны (нм) излучения имеют следующие цвета:
Дневной солнечный свет воспринимается человеком как наиболее естественный. А вот свет, ламп накаливания, более "теплый", то есть содержит больше красных тонов. В то же время освещение лампами дневного света отличается избытком синих тонов и поэтому кажется "холодным".
Вопрос. 1. Какую роль в жизни организмов играет солнечный свет?
Ответ. Одним из важных экологических факторов является свет. Он служит источником энергии для процесса фотосинтеза, обеспечивает поддержание теплового баланса в организме, водного обмена и является необходимым условием для ориентировки в пространстве. Основной источник света на Земле – Солнце. Солнечная радиация различается интенсивностью и качеством: ультрафиолетовые лучи, видимый спектр, инфракрасные лучи.
Вопрос. 2. Охарактеризуйте биологическое действие лучей с разной длиной волны. Какой участок солнечного спектра называют фотосинтетически активной радиацией (ФАР)? Каково значение ФАР для растений? Как можно её регулировать?
Ответ. Различные участки солнечного спектра неравнозначны по своему биологическому действию. Коротковолновые ультрафиолетовые лучи (длина волн менее 290 нм) губительны для всего живого и задерживаются озоновым экраном – тонким слоем атмосферы, содержащим молекулы озона (О3). Небольшое количество длинноволновых ультрафиолетовых лучей (длина волн 290–380 нм) проникает сквозь озоновый экран, достигая поверхности Земли, и оказывает сильное бактерицидное воздействие. Кроме того, незначительная часть длинноволновых ультрафиолетовых лучей используется некоторыми животными организмами и человеком в обменных процессах, в частности для выработки антирахитичного витамина D, влияющего на кальциевый обмен.
Видимая часть солнечного спектра (длина волн 400–750 нм) поглощается фотосинтезирующими растениями и цианобактериями, а также является условием для ориентировки многих животных в окружающей среде – в поисках пищи, партнёров и благоприятных мест обитания. В пределах этой части солнечного спектра выделяют область фотосинтетически активной радиации – ФАР (длина волн 380–710 нм), поглощаемой хлорофиллом и другими пигментами и поэтому обладающей фотосинтетической активностью. По этой причине видимая часть солнечного спектра особенно важна для фототрофных организмов – основных производителей первичного органического вещества на планете. Видимый свет необходим для образования хлорофилла и формирования структуры гран хлоропластов; он регулирует работу устьичного аппарата в листьях и стеблях, влияет на газообмен и транспирацию (испарение воды), активизирует ряд ферментов, стимулирует в растительном организме биосинтез белков и нуклеиновых кислот.
Инфракрасные, или тепловые, лучи (длина волн более 750 нм) – основной источник тепловой энергии. Они вызывают нагревание тел организмов, повышают в них уровень теплообмена и увеличивают испарение через покровы тела воды и пота. Инфракрасные лучи необходимы также и растениям: они создают благоприятные условия для поглощения углекислого газа через устьица.
Вопрос 3. На какие экологические группы разделяют растения по их отношению к свету? Приведите примеры растений разных экологических групп. Какое это имеет значение для распределения растений в растительных сообществах?
Ответ. Так, растения по отношению к свету разделяют на три экологические группы:
• Сциогелиофиты (они же теневыносливые растения) – Это большинство растений, произрастающих в России. Отдают предпочтения светлым местам, но могут свободно переносить небольшое затемнение. К ним относятся клен остролистный, липа, многие кустарнички (малина, смородина, боярышник) и травы (подорожник, тысячелистник, василек, иван-да-марья);
• Гелиофиты (они же световые растения, светолюбы) – это растения, живущие на открытых пространствах, с избытком солнечного света. При его недостатке быстро хиреют и даже умирают. К ним относятся береза белая, дуб монгольский, сосна могильная, лишайники кустистые, клевер ползучий, подсолнечник и т.д.
В растительных сообществах растения разделяются на ярусы, что снижает их конкуренцию и ослабляет борьбу за существование.
Вопрос 4. Опишите значение света для животных. На какие экологические группы разделяют животных по их отношению к свету? Приведите примеры таких животных.
Ответ. Для животных свет не является таким необходимым фактором, как для растений, поскольку все они гетеротрофы и существуют благодаря энергии, накопленной автотрофными организмами. Тем не менее и в жизни животных свет играет важную роль. По отношению к свету животных также разделяют на три экологические группы: дневные, сумеречные и ночные. Они проявляют свою активность в зависимости от разного уровня освещённости. Для дневных животных свет является сигналом к активному передвижению, поиску пищи, партнёров, а для ночных животных – сигналом к снижению активности и переходу ко сну. Представители экологических групп животных по отношению к свету: дневные – белка европейская; сумеречные – майский жук; ночные – серый ушан.
Вопрос 5. Что такое фотопериодизм? Каково его значение для жизни организмов?
Ответ. Сигнальная роль света как экологического фактора проявляется в фотопериодизме. Фотопериодизм (от греч. photos – свет и periodos – круговращение) – реакции организмов на сезонные изменения длины дня и ночи, проявляющиеся в колебании интенсивности и характера физиологических процессов.
Под действием реакции фотопериодизма растения переходят от вегетативного роста к зацветанию. Эта особенность является проявлением адаптации растений к условиям существования, и позволяет им переходить к цветению и плодоношению в наиболее благоприятное время года.
Помимо реакции на свет, известна также реакция на температурные воздействия – яровизация растений.
За восприятие фотопериодических условий у растений отвечают особые рецепторы листьев (например, фитохром).
Животные также обладают фотопериодизмом, что проявляется в чередовании различных сезонных явлений: прилётах и отлётах птиц, гнездовании, весенней и осенней линьках, впадении в спячку и т. п.
Вопрос 6. Каково значение сезонного изменения продолжительности дня и ночи для растений? Какие растения относят к длиннодневным, а какие к короткодневным и нейтральным? Приведите примеры. В чём значение их совместного произрастания?
Ответ. Растения реагируют на сезонные изменения длины дня и ночи началом роста и сменой фаз развития (распускание почек, цветение, плодоношение, листопад и т. п.). Длиннодневным растениям (лук, морковь, овёс, пшеница, ячмень, лён и др.) для цветения и плодоношения требуется освещённость не менее 12 часов в сутки. Короткодневным растениям (хризантемы, георгины, кукуруза, хлопчатник, капуста и др.) для этого необходим тёмный период не менее 12 часов в сутки. Нейтральные растения (бархатцы, виноград, флоксы, гречиха, сирень и др.) физиологически заметно не реагируют на изменение длины дня и ночи.
Данные растения, произрастая сосместно в растительном сообществе оказывают минимальное влияние друг на друга, снижая тем самым конкуренцию и борьбу за существование.
Вопрос 7. Обоснуйте важность изучения закономерностей фотопериодизма для сельскохозяйственной практики. Заложите опыт по изучению влияния света на растения.
Ответ. Человек использует фотопериодизм в своей практической деятельности. Например, увеличение зимой при помощи искусственного освещения светового дня до 12–14 ч даёт возможность выращивать в теплицах овощные и декоративные растения, продлевать период яйценоскости у кур, гусей, уток на птицефабриках, регулировать размножение пушных зверей на зверофермах, что обеспечивает повышение продуктивности производства.
Одним из условий существования жизни на Земле является солнечный свет, поступающий из космического пространства.
При прохождении солнечной радиации через атмосферу около 19 % поглощается облаками и водяными парами, 34 % отражается обратно в космос, 47 % достигает земной поверхности, из них 24 % — прямая радиация и 23 % — отраженные лучи. Растения связывают в ходе фотосинтеза в среднем 1 % поступающей к ним солнечной энергии.
В солнечном спектре выделяют три основных компонента: ультрафиолетовые лучи, видимый свет, инфракрасные лучи. Их характеристика представлена в таблице.
Таблица. Состав солнечного света, достигающего поверхности Земли
Содержание в спектре, %
Ультрафиолетовые лучи действуют на организмы неоднозначно в зависимости от дозы. Избыточное облучение ультрафиолетом может причинять существенный вред здоровью. Все живое на Земле защищено от губительного влияния ультрафиолетовых лучей озоновым слоем земной атмосферы. Однако, несмотря на защитный озоновый слой, на долю ультрафиолетовых лучей приходится около 3 % солнечного света, достигающего поверхности Земли. Ультрафиолетовые лучи приводят к повреждению хромосом, могут вызывать рак кожи, преждевременное старение, стать причиной развития катаракты (помутнения хрусталика). Для людей со светлой кожей ультрафиолетовые лучи являются основным фактором, приводящим к меланоме — самой опасной форме рака кожи.
В то же время в небольших дозах ультрафиолетовые лучи стимулируют синтез пигмента кожи меланина и витамина D. Из курса биологии 9-го класса вы уже знаете, что витамин D оказывает влияние на обмен кальция и фосфора. Это в свою очередь влияет на рост и развитие скелета человека.
Видимый свет наиболее важен для существования жизни на Земле. Все разнообразие климатических условий и температуры верхних слоев морских и пресных вод определяется количеством поглощенной солнечной энергии. Различные участки спектра видимого света действуют на организмы по-разному. Красные лучи оказывают тепловое действие. Синие и фиолетовые лучи изменяют скорость и направление некоторых биохимических реакций. Особенно велико значение видимого света в жизни растений. Они поглощают его с помощью пигментов и используют в процессе фотосинтеза.
Растения способны изменять положение своих органов в пространстве под действием света, то есть проявлять фототропизм. Фототропизм (от греч. phōtós — свет) — ростовые движения органов растений под влиянием одностороннего освещения. Обычно у стеблей наблюдается положительный (по направлению к свету), а у корней — отрицательный (от света) фототропизмы. Положительный фототропизм можно наблюдать на посевах подсолнечника во время цветения. С восхода и до захода соцветия подсолнечника, как локаторы, поворачиваются вслед за солнцем.
Свет играет роль основного энергетического и сигнального фактора. Для подавляющего большинства организмов видимый свет является источником тепла. Дневным животным видимый свет позволяет ориентироваться в среде. Некоторые ночные виды (совы, филины) могут перемещаться даже при слабой освещенности.
Инфракрасные лучи являются источником тепловой энергии. На их долю приходится 45 % солнечного света, достигающего Земли. Некоторые наземные животные (ящерицы, змеи) используют инфракрасные лучи для повышения температуры тела.
*Фотопериод и фотопериодизм
В умеренных широтах цикл развития животных и растений приурочен к сезонам (временам) года. Сигналом для подготовки к изменению сезона служит продолжительность светового дня — фотопериод, которая в отличие от других факторов всегда остается постоянной в определенном месте и в определенное время. В течение года длина дня изменяется строго закономерно и не подвержена воздействиям колебаний других экологических факторов.
Фотопериод — длина светового дня, определяющая времена года. Смена сезонов происходит вследствие изменения длины светового дня. Причиной этого является движение Земли вокруг Солнца и расположение ее оси под углом к плоскости орбиты. Длина светового дня в области экватора относительно постоянна в течение всего года (около 12 ч), но в умеренных и высоких широтах фотопериод значительно отличается в разные времена года. Наибольшая длина светового дня бывает в день летнего солнцестояния (около 22 июня в Северном полушарии, около 22 декабря — в Южном), а наименьшая — в день зимнего солнцестояния (около 22 декабря в Северном полушарии и около 22 июня в Южном). Изменение фотопериода играет сигнальную роль как для растений, так и для животных. Оно является для них пусковым механизмом, включающим последовательность физиологических процессов и определяющим их сезонные ритмы.
Фотопериодизм — характерная реакция живых организмов на изменение длины светового дня, синхронизирующая их биологическую активность с временами года.
По типу фотопериодической реакции наземные растения разделяют на три основные группы: короткодневные, длиннодневные и нейтральные к длине светового дня.
Короткодневные растения цветут ранней весной или осенью и нуждаются в короткой длине светового дня (менее 12 ч). К ним относятся земляника, хризантемы, рис, соя, просо и др. Длиннодневные растения цветут летом и нуждаются в длине светового дня более 12 ч. Представителями длиннодневных растений являются картофель, рожь, ячмень, овес, пшеница, редис и др. Растения, нейтральные к длине светового дня, цветут вне зависимости от длины светового дня. Такой способностью обладают огурец, подсолнечник, кукуруза, томат, горох, одуванчик.
Таким образом, регулируя длину светового дня в условиях закрытого грунта, можно ускорять или замедлять наступление периода цветения у растений короткого или длинного светового дня в зависимости от поставленных целей. В Республике Беларусь широко развито тепличное хозяйство с использованием автоматических систем светодиодного освещения, сдвигающих сроки цветения и сбора плодов овощных культур. Это позволяет собирать в теплицах два и более урожая за год.
Под фотопериодическим контролем находятся практически все процессы жизнедеятельности, связанные с развитием и размножением организмов. Эти реакции основаны не просто на количестве получаемого света, а на закономерном чередовании периодов света и темноты, продолжительности дня и ночи.
Следует отметить, что организмы по-разному реагируют на смену светлого и темного периода суток, то есть проявляют суточный фотопериодизм. У них периоды активности и покоя наступают в разное время суток.
Особенно заметно эта зависимость проявляется у животных. Среди них можно выделить три группы: дневные, ночные и сумеречные. Дневные животные активны в светлое время суток (пчела, ласточка, заяц). Они представляют самую многочисленную группу. Добывание пищи у ночных организмов происходит в ночное время (таракан, сверчок, сова, филин). Сумеречные организмы активны только во время сумерек (бражник, жук майский).
*Повторим главное. Солнечный спектр состоит из видимого света, ультрафиолетовых и инфракрасных лучей. Фотопериод — длина светового дня, определяющая времена года. Фотопериодизм — характерная реакция живых организмов на изменение длины светового дня, синхронизирующая их биологическую активность с временами года. Наземные растения по типу фотопериодической реакции разделяют на короткодневные, длиннодневные и нейтральные к длине светового дня. Животных по приуроченности периодов активности и покоя к определенному времени суток можно разделить на три основные группы: дневные, ночные и сумеречные.
Проверим знания
Ключевые вопросы
Сложные вопросы
1. Объясните, почему на птицефабриках применяют дополнительное искусственное освещение?
2. Из приведенного перечня животных выберите представителей, у которых период активности приурочен к ночному времени суток: пчела, таракан, жук майский, сова, ласточка, сверчок, бражник, заяц.
*3. Распределите указанные ниже растения на группы по типу фотопериодической реакции: овес, редис, одуванчик, рис, картофель, просо, огурец, рожь, кукуруза, томат, подсолнечник, соя, пшеница, горох. Назовите, какие из них не смогут плодоносить в наших климатических условиях. Объясните почему.
*Индивидуальное домашнее задание. Проведите наблюдение за растениями, произрастающими в вашей местности. Сравните их по срокам цветения и распределите на группы по типу фотопериодической реакции.
Читайте также: