При выращивании растений оптимальной интенсивностью освещения будет

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 18.09.2024

В пособии изложены общие вопросы биологии овощных культур, приведены современные данные о состоянии отрасли в стране и за рубежом. В книге в полном объеме раскрыты вопросы о пищевом и лекарственном значении овощей. Подробно изложены биологические основы овощеводства: классификация овощных растений, центры их происхождения, особенности роста и развития овощных растений, зависящие от факторов внешней среды (тепло, свет, влага, питание и т. д.), которые обусловливают их жизнедеятельность.

Книга: Биологические основы получения высоких урожаев овощных культур

8.2. Световой режим

Солнечный свет является важным фактором в жизни растений. За счет солнечной энергии, углекислого газа, воды, элементов питания с помощью хлорофилла растения создают и накапливают органическое вещество (фотосинтез), осуществляют транспирацию, синтез витаминов, ферментов, хлорофилла и других веществ, в результате чего обеспечивают формирование урожая.

Световая энергия солнца поступает в виде прямой и рассеянной радиации. Прямая радиация попадает на растения в виде параллельных лучей главным образом на наружные листья и в часы полуденного солнцестояния и имеет меньшее значение для растений. Наибольшее значение в жизни растений имеет рассеянная радиация, образующаяся в результате преломления солнечных лучей от взвешенных в атмосфере паров воды, кристаллов льда, пыли и т. д.

Овощные растения произошли из разных районов земного шара, поэтому у них и различное отношение к спектральному составу, интенсивности освещения и продолжительности дня и ночи (фотопериодизм).

Лучистая энергия солнца состоит из видимых лучей — 44 % и невидимых лучей: инфракрасных — 54 % и ультрафиолетовых с длиной волны 280–380 нм — 2 %.

Внутри солнечного излучения можно выделить три диапазона, влияющие на продуктивность и морфогенез растений (возникновение и развитие органов, частей организма): длина волны до 380 нм — ультрафиолетовая (УФ), 380–750 нм — физиологическая или фотосинтетическая радиация (ФАР), 750–4000 нм — инфракрасная ближняя радиация (ИК). В среднем растения на фотосинтез используют 1–1,5 % радиации, теоретически возможно использование до 10 %.

Качество света. Инфракрасные лучи с длиной волны 750–4000 нм в пределах оптимальных температур обеспечивают в растениях нормальное течение всех физиологических процессов, в частности повышают энергию фото синтеза, влияют на морфогенез и фотопериодизм.

Видимые красные (720–620 нм) и оранжевые (620–595 нм) лучи — основной вид энергии, необходимой для фотосинтеза и морфогенеза (формирование органов) зеленых растений, их роста, цветения и плодоношения. Желтые (595–565 нм) и зеленые (565–490 нм) лучи мало влияют на физиологические процессы. Растения в этих лучах растут и развиваются медленно.

Синие (490–440 нм) лучи и фиолетовые (440–380 нм) обусловливают нормальный обмен веществ, стимулируют формирование побегов и листьев. Растения растут и развиваются нормально только при наличии всех видимых лучей. Ультрафиолетовые лучи — невидимые. Наиболее длинные из них (380–315 нм) задерживают вытягивание стебля, повышают содержание в овощах витаминов. В защищенном грунте эти лучи частично задерживаются стеклом. Витамина С в тепличных овощах на 20–30 % меньше, чем в овощах открытого грунта. Рассада, выращенная под стеклом, должна пройти световое закаливание в течение 10–15 дней перед высадкой ее в открытый грунт. Иначе она после высадки пострадает от ультрафиолетовой радиации. Ожоги листьев приводят к задержке роста, а иногда и к полной гибели растений. Растения высокогорья приспособились переносить больше ультрафиолетовых излучений, это сказывается на их карликовости. Однако эти же растения будут расти хорошо, а в некоторых случаях даже лучше без ультрафиолетового света.

Интенсивность солнечного света в течение суток меняется, достигая максимума около 12 часов дня, а минимума в утренние и вечерние часы. На интенсивность солнечного света влияет облачность и чистота воздуха (содержание пыли, дыма, водяных паров). Интенсивность освещения в насыщенной дымом атмосфере снижается более чем в 2 раза. Поэтому максимум солнечной радиации в промышленных центрах наступает не в полдень, когда в воздухе уже успевает накопиться больше пыли, а несколько раньше — к 11–12 часам, тогда как в сельской местности намного позже. Утренние и вечерние часы беднее ультрафиолетовыми и сине фиолетовыми лучами, чем полдень. Качественный состав света изменяется в зависимости от времени года и облачности. Содержание ультрафиолетовых лучей зимой в 20 раз меньше, чем летом, сине фиолетовых — в 5 раз. Все лучи этой части спектра летом имеют почти одинаковую интенсивность.

Интенсивность света. В северных районах и средней части России интенсивность и продолжительность солнечной радиации в зимние месяцы (ноябрь — декабрь — январь) снижается до такой степени, что успешное выращивание большинства овощных культур в защищенном грунте возможно и экономически целесообразно только при дополнительном искусственном освещении.

Радиация с длиной волны 380–750 нм (ФАР) является источником энергии фотосинтеза. Годовой приход ФАР зависит от географической широты территории. В связи с сезонными колебаниями длины дня и прихода ФАР в средних и высоких широтах световые условия не обеспечивают в осенне-зимние сроки возможности получения урожая светотребовательных культур (томат, огурец, редис и листовые выращиваемые из семян).

Снижение или увеличение интенсивности солнечной радиации находятся в зависимости от высоты солнца над горизонтом, а также от типа и степени облачности. Чем выше солнце над горизонтом, тем больше падает прямого солнечного света. До восхода солнца растения используют только рассеянную солнечную радиацию. С увеличением высоты солнца рассеянная солнечная радиация быстро уменьшается, а количество прямой солнечной радиации увеличивается. Соотношение между прямой и рассеянной солнечной радиацией находится в зависимости не только от высоты солнца над горизонтом, но и от состояния погоды, точнее — от типа и степени облачности. Мощные облака снижают интенсивность до 80 %.

Для большинства овощных растений оптимальная освещенность — 20000–40000 лк. Повышение яркости света свыше 70000 лк часто подавляет фотосинтез и рост растений, вызывает хлороз и ожоги тканей.

Уровень освещенности влияет на скорость развития растений. Например, у томата, огурца, перца с улучшением освещенности наблюдается ускорение начала цветения, у томата — сроков заложения первой кисти и уменьшения числа листьев, расположенных до нее, более быстрое формирование плодов.

Реакция растений на недостаточную освещенность проявляется в многократном снижении темпов накопления биомассы, задержке развития растений, нарушении формирования репродуктивных органов и т. п.

При слабой освещенности в общей биомассе возрастает удельный вес стеблей, уменьшается размер листьев и плодов. В анатомическом строении листа наблюдается уменьшение количества устьиц на единицу поверхности. Низкая освещенность способствует накоплению нитратов и снижению содержания витамина С. Зимой в теплицах при слабой освещенности (нарушение сроков посадки, длительная пасмурная погода, грязная кровля) у растений томата часто отмечается остановка развития первой кисти, опадание цветков. Это связано с недостаточным обеспечением репродуктивных органов продуктами фотосинтеза.

Требовательность к интенсивности освещенности у овощных культур различна и может меняться в зависимости от фазы роста и развития, способов выращивания.

Особенно высокую требовательность к свету растения предъявляют в начальные фазы развития, при появлении всходов, когда запасы питательных веществ семени бывают израсходованы и дальнейшее развитие растений идет за счет продуктов ассимиляции. Недостаток освещения в этот период создается за счет загущенных посевов при нарушении норм высева семян, обилия сорняков, загрязнения стекла и пленки в защищенном грунте. Это ведет к вытягиванию всходов, ослаблению растений, повреждению вредителями и грибковыми заболеваниями. В следующие фазы роста и развития требования овощных растений к интенсивности освещения могут меняться.

По требовательности к интенсивности света, обеспечивающей оптимальные условия для фотосинтеза и органогенеза, овощные культуры ориентировочно делятся на три группы.

1. Наиболее требовательные. Это растения, выращиваемые для получения плодов: арбуз, дыня, тыква, огурец, томат, перец, баклажан, фасоль, горох, кукуруза, бамия, капуста кочанная.

2. Среднетребовательные: капуста цветная, кольраби, лук репчатый, чеснок, свекла, морковь, редька, салат, картофель.

3. Малотребовательные: укроп, сельдерей, петрушка, шпинат, щавель, ревень, лук порей, спаржа, многолетний лук.

При ограниченном освещении в сочетании с низкой температурой (+4…+8 °C) можно временно хранить рассаду томата, цветной капусты, сельдерея (метод консервации).

Наименее требовательные к свету выгоночные культуры, формирование продуктовых органов у которых идет за счет запасных питательных веществ луковиц, корнеплодов, корневищ: лук, чеснок, петрушка, сельдерей, свекла, мангольд, щавель, ревень, которые выращивают для получения свежей листовой массы в теплицах в периоды недостаточной освещенности. Листья салатного цикория и ревеня при выгонке из корнеплодов и корневищ выращивают при полном отсутствии света, что улучшает вкусовые качества. Без света или при ограниченной освещенности доращивают цветную капусту, формирование головки которой идет за счет питательных веществ, отложенных в листьях и стебле, у лука порея утолщение ложной белой луковицы тоже происходит за счет оттока питательных веществ из листьев.

В защищенном грунте в период недостаточной естественной освещенности применяется электродосвечивание рассады для зимне-весеннего выращивания светолюбивых культур, и электросветокультура: выращивание скороспелых листовых (салат, укроп, петрушка, базилик) при полном искусственном освещении.

Фотопериодизм. Большое значение для овощных растений имеет продолжительность освещения. В зависимости от продолжительности дня происходит ускорение или замедление развития растений. Это явление называется фотопериодизмом. Реакция растений на длину дня связана с их географическим происхождением.

Для перехода этих растений к цветению в дополнение к продолжительности длины светового дня им необходим период яровизации низкой температурой. Искусственное охлаждение в специальных камерах вызывает цветение растений в первый год, при условии, что за этой обработкой следует длинный день.

Растения короткого дня произошли из тропиков и субтропиков. Для образования репродуктивных органов (цветков, плодов) им необходима продолжительность светового дня 10–12 часов. К этой группе относятся плодовые овощные: огурец, дыня, томат, перец, баклажан, бамия, фасоль, кукуруза; клубнеплодные: картофель, батат.

Растениям короткого дня фактор темноты необходим в начале их жизни, после чего они успешно могут развиваться в условиях длинного дня. Поэтому при выращивании томата, огурца и др. плодовых культур в зимнее весенний период в защищенном грунте режим досвечивания рассады не круглосуточный и составляет 10–12 часов.

Некоторые овощные культуры не реагируют на изменение длины дня и являются с точки зрения фотопериодизма нейтральными растениями. К ним относятся арбуз, спаржа, некоторые виды и сорта томата, огурца, картофеля.

Фотопериодизмом можно управлять, используя достижения селекции и различный спектральный состав света в разное время суток. Например, образование клубней у картофеля — процесс, для которого необходим короткий день. В современных линиях картофеля эта потребность в коротком дне устранена путем селекции. В умеренном климате с длиной дня более 12 часов важно, чтобы образование клубней происходило и в период длинного дня. У салата и шпината (растений длинного дня) есть линии, которые более или менее нейтральны к свету. То же самое можно сказать о томате, некоторых сортах редиса и т. д. Кратковременное освещение некоторых растений, чувствительных к фотопериоду во время длинной ночи, т. е. прерывание периода темноты с использованием красного света, позволяет превратить короткий день в длинный. При дневном досвечивании отдельных растений эффект длинного дня зависит от синего и инфракрасного излучения, а красный и зеленый спектры дают эффект короткого дня.

Для улучшения светового режима необходимо не допускать загущения и затенения. Для этого следует:

Интенсивность фотосинтеза под красным светом максимальна, но под одним только красным растения гибнут либо их развитие нарушается. Например, корейские исследователи [1] показали, что при освещении чистым красным масса выращенного салата больше, чем при освещении сочетанием красного и синего, но в листьях значимо меньше хлорофилла, полифенолов и антиоксидантов. А биофак МГУ [2] установил, что в листьях китайской капусты под узкополосным красным и синим светом (по сравнению с освещением натриевой лампой) снижается синтез сахаров, угнетается рост и не происходит цветения.

Рис. 1 Леанна Гарфилд, Tech Insider — Aerofarms

Какое нужно освещение, чтобы при умеренном энергопотреблении получить полноценно развитое, большое, ароматное и вкусное растение?

В чем оценивать энергетическую эффективность светильника?

Основные метрики оценки энергетической эффективности фитосвета:

Photosynthetic Photon Flux (PPF), в микромолях на джоуль, т. е. в числе квантов света в диапазоне 400–700 нм, которые излучил светильник, потребивший 1 Дж электроэнергии.
Yield Photon Flux (YPF), в эффективных микромолях на джоуль, т. е. в числе квантов на 1 Дж электроэнергии, с учетом множителя — кривой McCree.

Эффективность ДНаТ

Крупные агрохозяйства с огромным опытом, считающие деньги, до сих пор используют натриевые светильники. Да, они охотно соглашаются повесить над опытными грядками предоставляемые им светодиодные светильники, но не согласны за них платить.

Из рис. 2 видно, что эффективность натриевого светильника сильно зависит от мощности и достигает максимума при 600 Вт. Характерное оптимистичное значение YPF для натриевого светильника 600–1000 Вт составляет 1,5 эфф. мкмоль/Дж. Натриевые светильники 70–150 Вт имеют в полтора раза меньшую эффективность.

Любой светодиодный светильник, имеющий эффективность 1,5 эфф. мкмоль/Вт и приемлемую цену, можно считать достойной заменой натриевого светильника.

Сомнительная эффективность красно-синих фитосветильников

Рис. 3. V(λ) — кривая видности для человека; RQE — относительная квантовая эффективность для растения (McCree 1972); σ_r и σ_fr — кривые поглощения фитохромом красного и дальнего красного света; B(λ) — фототропическая эффективность синего света [3]

Отметим: максимальная эффективность в красном диапазоне раза в полтора выше, чем минимальная — в зеленом. А если усреднить эффективность по сколько-нибудь широкой полосе, разница станет еще менее заметной. На практике перераспределение части энергии из красного диапазона в зеленый энергетическую функцию света иногда, наоборот, усиливает. Зеленый свет проходит через толщу листьев на нижние ярусы, эффективная листовая площадь растения резко увеличивается, и урожайность, например, салата повышается [2].

Освещение растений белыми светодиодами

Энергетическая целесообразность освещения растений распространенными светодиодными светильниками белого света исследована в работе [3].

Характерная форма спектра белого светодиода определяется:

балансом коротких и длинных волн, коррелирующим с цветовой температурой (рис. 4, слева);
степенью заполненности спектра, коррелирующей с цветопередачей (рис. 4, справа).

Рис. 4. Спектры белого светодиодного света с одной цветопередачей, но разной цветовой температурой КЦТ (слева) и с одной цветовой температурой и разной цветопередачей R _a (справа)

Различия в спектре белых диодов с одной цветопередачей и одной цветовой температуры едва уловимы. Следовательно, мы можем оценивать спектрозависимые параметры всего лишь по цветовой температуре, цветопередаче и световой эффективности — параметрам, которые написаны у обычного светильника белого света на этикетке.

Результаты анализа спектров серийных белых светодиодов следующие:

1. В спектре всех белых светодиодов даже с низкой цветовой температурой и с максимальной цветопередачей, как и у натриевых ламп, крайне мало дальнего красного (рис. 5).

Рис. 5. Спектр белого светодиодного (LED 4000K R _a = 90) и натриевого света (HPS) в сравнении со спектральными функциями восприимчивости растения к синему (B), красному (A_r) и дальнему красному свету (A_fr)

Соответственно, под белыми светодиодами и под натриевым светом растение чувствует себя как под открытым солнцем и вверх не тянется.

В одном ватте потока белого светодиодного света 2700 К фитоактивной синей компоненты вдвое больше, чем в одном ватте натриевого света. Причем доля фитоактивного синего в белом свете растет пропорционально цветовой температуре. Если нужно, например, декоративные цветы развернуть в сторону людей, их следует подсветить с этой стороны интенсивным холодным светом, и растения развернутся.

3. Энергетическая ценность света определяется цветовой температурой и цветопередачей и с точностью 5 % может быть определена по формуле:

где — световая отдача в лм/Вт, — общий индекс цветопередачи, — коррелированная цветовая температура в градусах Кельвина.

Примеры использования этой формулы:

А. Оценим для основных значений параметров белого света, какова должна быть освещенность, чтобы при заданной цветопередаче и цветовой температуре обеспечить, например, 300 эфф. мкмоль/с/м2:

Видно, что применение теплого белого света высокой цветопередачи позволяет использовать несколько меньшие освещенности. Но если учесть, что световая отдача светодиодов теплого света с высокой цветопередачей несколько ниже, становится понятно, что подбором цветовой температуры и цветопередачи нельзя энергетически значимо выиграть или проиграть. Можно лишь скорректировать долю фитоактивного синего или красного света.

Б. Оценим применимость типичного светодиодного светильника общего назначения для выращивания микрозелени.

Пусть светильник размером 0,6 × 0,6 м потребляет 35 Вт, имеет цветовую температуру 4000 К, цветопередачу Ra = 80 и световую отдачу 120 лм/Вт. Тогда его эффективность составит YPF = (120/100)⋅(1,15 + (35⋅80 − 2360)/4000) эфф. мкмоль/Дж = 1,5 эфф. мкмоль/Дж. Что при умножении на потребляемые 35 Вт составит 52,5 эфф. мкмоль/с.

Если такой светильник опустить достаточно низко над грядкой микрозелени площадью 0,6 × 0,6 м = 0,36 м 2 и тем самым избежать потерь света в стороны, плотность освещения составит 52,5 эфф. мкмоль/с / 0,36м 2 = 145 эфф. мкмоль/с/м 2 . Это примерно вдвое меньше обычно рекомендуемых значений. Следовательно, мощность светильника необходимо также увеличить вдвое.

Прямое сравнение фитопараметров светильников разных типов

Сравним фитопараметры обычного офисного потолочного светодиодного светильника, произведенного в 2016 году, со специализированными фитосветильниками (рис. 7).

Рис. 7. Сравнительные параметры типичного натриевого светильника 600Вт для теплиц, специализированного светодиодного фитосветильника и светильника для общего освещения помещений

Видно, что обычный светильник общего освещения со снятым рассеивателем при освещении растений по энергетической эффективности не уступает специализированной натриевой лампе. Видно также, что фитосветильник красно-синего света (производитель намеренно не назван) сделан на более низком технологическом уровне, раз его полный КПД (отношение мощности светового потока в ваттах к мощности, потребляемой из сети) уступает КПД офисного светильника. Но если бы КПД красно-синего и белого светильников были одинаковы, то фитопараметры тоже были бы примерно одинаковы!

Также по спектрам видно, что красно-синий фитосветильник не узкополосен, его красный горб широк и содержит гораздо больше дальнего красного, чем у белого светодиодного и натриевого светильника. В тех случаях, когда дальний красный необходим, использование такого светильника как единственного или в комбинации с другими вариантами может быть целесообразно.

Оценка энергетической эффективности осветительной системы в целом:

Рис. 8. Аудит системы фитоосвещения

Следующая модель UPRtek — спектрометр PG100N по заявлению производителя измеряет микромоли на квадратный метр, и, что важнее, световой поток в ваттах на квадратный метр.

Измерять световой поток в ваттах — превосходная функция! Если умножить освещаемую площадь на плотность светового потока в ваттах и сравнить с потреблением светильника, станет ясен энергетический КПД осветительной системы. А это единственный на сегодня бесспорный критерий эффективности, на практике для разных осветительных систем различающийся на порядок (а не в разы или тем более на проценты, как меняется энергетический эффект при изменении формы спектра).

Примеры использования белого света

Описаны примеры освещения гидропонных ферм и красно-синим, и белым светом (рис. 9).

Рис. 9. Слева направо и сверху вниз фермы: Fujitsu, Sharp, Toshiba, ферма по выращиванию лекарственных растений в Южной Калифорнии

Достаточно известна система ферм Aerofarms (рис. 1, 10), самая большая из которых построена рядом с Нью-Йорком. Под белыми светодиодными лампами в Aerofarms выращивают более 250 видов зелени, снимая свыше двадцати урожаев в год.

Прямые эксперименты по сравнению белого и красно-синего светодиодного освещения
Опубликованных результатов прямых экспериментов по сравнению растений, выращенных под белыми и красно-синими светодиодами, крайне мало. Например, мельком такой результат показала МСХА им. Тимирязева (рис. 11).

Рис. 11. В каждой паре растение слева выращено под белыми светодиодами, справа — под красно-синими (из презентации И. Г. Тараканова, кафедра физиологии растений МСХА им. Тимирязева)

Пекинский университет авиации и космонавтики в 2014 году опубликовал результаты большого исследования пшеницы, выращенной под светодиодами разных типов [4]. Китайские исследователи сделали вывод, что целесообразно использовать смесь белого и красного света. Но если посмотреть на цифровые данные из статьи (рис. 12), замечаешь, что разница параметров при разных типах освещения отнюдь не радикальна.

Рис 12. Значения исследуемых факторов в двух фазах роста пшеницы под красными, красно-синими, красно-белыми и белыми светодиодами

Однако основным направлением исследований сегодня является исправление недостатков узкополосного красно-синего освещения добавлением белого света. Например, японские исследователи [5, 6] выявили увеличение массы и питательной ценности салата и томатов при добавлении к красному свету белого. На практике это означает, что, если эстетическая привлекательность растения во время роста неважна, отказываться от уже купленных узкополосных красно-синих светильников необязательно, светильники белого света можно использовать дополнительно.

Влияние качества света на результат

Рис. 13. Иллюстрация принципа ограничивающего фактора из обучающего ролика на YouTube

Реакция растения на свет: интенсивность газообмена, потребления питательных веществ из раствора и процессов синтеза — определяется лабораторным путем. Отклики характеризуют не только фотосинтез, но и процессы роста, цветения, синтеза необходимых для вкуса и аромата веществ.

На рис. 14 показана реакция растения на изменение длины волны освещения. Измерялась интенсивность потребления натрия и фосфора из питательного раствора мятой, земляникой и салатом. Пики на таких графиках — признаки стимулирования конкретной химической реакции. По графикам видно что исключить из полного спектра ради экономии какие-то диапазоны, — все равно что удалить часть клавиш рояля и играть мелодию на оставшихся.

Рис. 14. Стимулирующая роль света для потребления азота и фосфора мятой, земляникой и салатом (данные предоставлены компанией Фитэкс)

Корректировка белого света

Наиболее распространенные белые светодиоды общего назначения имеют невысокую цветопередачу Ra = 80, что обусловлено нехваткой в первую очередь красного цвета (рис. 4).

Интересную и важную работу проделал в 2013–2016 годах ИМБП РАН [7, 8, 9]: там исследовали, как влияет на развитие китайской капусты добавление к свету белых светодиодов 4000 К / Ra = 70 света узкополосных красных светодиодов 660 нм.

И выяснили следующее:

Под светодиодным светом капуста растет примерно так же, как под натриевым, но в ней больше хлорофилла (листья зеленее).
Cухая масса урожая почти пропорциональна общему количеству света в молях, полученному растением. Больше света — больше капусты.
Концентрация витамина С в капусте незначительно повышается с ростом освещенности, но значимо увеличивается с добавлением к белому свету красного.
Значимое увеличение доли красной составляющей в спектре существенно повысило концентрацию нитратов в биомассе. Пришлось оптимизировать питательный раствор и вводить часть азота в аммонийной форме, чтобы не выйти за ПДК по нитратам. А вот на чисто-белом свету можно было работать только с нитратной формой.
При этом увеличение доли красного в общем световом потоке почти не влияет на массу урожая. То есть восполнение недостающих спектральных компонент влияет не на количество урожая, а на его качество.
Более высокая эффективность в молях на ватт красного светодиода приводит к тому, что добавление красного к белому эффективно еще и энергетически.

Варианты обогащения спектра красным светом

Но оправданно и обратное решение — подобрав состав люминофора, расширить спектр свечения белого светодиода в сторону длинных волн, сбалансировав его так, чтобы свет остался белым. И получится белый свет экстравысокой цветопередачи, пригодный как для растений, так и для человека.

Открытые вопросы

Сетевые магазины выбирают более лежкие сорта, а затем покупатель голосует рублем за более яркие плоды. И почти никто не выбирает вкус и аромат. Но как только мы станем богаче и начнем требовать большего, наука мгновенно даст нужные сорта и рецепты питательного раствора.

А чтобы растение синтезировало все, что для вкуса и аромата нужно, потребуется освещение со спектром, содержащим все длины волн, на которые растение прореагирует, т. е. в общем случае сплошной спектр. Возможно, базовым решением будет белый свет высокой цветопередачи.

Главная > 2. Автоматика для огорода > Подсветка рассады. Все о подсветке, влиянии света и выборе светильников и ламп

Принципиальная разница между подсвечиванием взрослых растений и молодых сеянцев в том, что свет улавливается не только хлорофиллом, поддерживающим фотосинтез, но и другими пигментами, например, фитохромом и криптохромом, которые влияют на деление и растяжение клеток, а также на их специализацию. Поэтому для формирующихся проростков качество и регулярность освещения, намного важнее, чем для взрослых растений.

А теперь подробнее о качестве света.

Свет из большинства источников характеризуется так называемым спектральным составом, то есть доле света каждого цвета радуги. Так вот свет каждого типа по-своему действует на растения. Например, красный свет стимулирует процессы прорастания семян, а дальний (или отдаленный) красный свет подавляет их.

Красный свет также способствует развитию проростка: в его отсутствие проросток находится в этиолированном состоянии, в котором он имеет бледный вид и крючковатую форму. Как только (достаточно 10 минут) на него станет попадать красный свет, скорость роста стебля снижается, крючок распрямляется, начинается синтез хлорофилла, поэтому семядоли начинают зеленеть.

Оранжевый, желтый и зеленый света не влияют на эти пигменты.

Спектр поглощения хлорофилла (по горизонтали — длина волны в nm).

Люмены и люксы часто путают. Эти величины являются единицами измерения светового потока и освещенности, которые нужно различать.

Световой поток характеризует источник света, а освещенность — поверхность, на которую падает свет.

Освещенность измеряется в люксах (Лк). Источник света со световым потоком в 1 Лм, равномерно освещающий поверхность площадью 1 кв.м, создает на ней освещенность в 1 Лк.

Зависимость освещенности от расстояния между источником и освещаемой поверхностью.

Освещенность на поверхности обратно пропорциональна квадрату расстояния от лампы до поверхности. Если вы передвинули лампу, висевшую над растениями на высоте полметра, на высоту одного метра от растений, увеличив таким образом расстояние между ними в два раза — то освещенность растений уменьшиться в четыре раза. Об этом надо помнить, когда вы проектируете систему для освещения растений.

Если освещенность на расстоянии от источника света 1 м равна 1000 люкс, то на расстоянии 2 м уже 250 люкс, смотри таблицу

Освещенность на поверхности зависит от величины угла, под которым освещается эта поверхность. Например: солнце в летний полдень, находясь высоко в небе, создает на поверхности земли освещенность в несколько раз большую, чем солнце, низко висящее над горизонтом в зимний день. Если вы используете для освещения растений светильник прожекторного типа, то старайтесь, чтобы свет был направлен перпендикулярно растениям.

Необходимая освещенность для рассады и расчет световой мощности ламп.

Необходимая освещенность для большинства растений, которые мы выращиваем рассадным способом, должна быть выше 8000лк. А где брать эти люксы и как их вычислить на упаковке ламп в магазине не пишут. Более того об этом не пишут и большинство советчиков рассуждающих о преимуществах той или иной лампы. Вот и получается, что вроде и лампа “правильная”, а растениям плохо. Они вытягиваются, перерастают…

Особенно часто такое бывает, когда начинающий огородник, начитавшись о достоинствах специальных “фитоламп”, решает устроить рассаде праздник и устанавливает 1 лампу над пятью рядами стаканчиков с рассадой! Это можно сравнить с попыткой накормить одним бутербродом с икрой всех приглашенных гостей… Ведь для растений свет — это жизнь! А хороший свет – роскошная жизнь!

Рассчитаем сколько люменов нужно чтоб растения получали освещенность в 8000лк или выше на ВАШЕМ подоконнике или столике для рассады.

1. для начала рассчитываем площадь, которую будет занимать рассада: Например это стол длиной 1.5м и шириной 1м S=1.5*1=1.5м2

2. теперь определим световой поток в люменах, который нам надо создать. Для этого умножим необходимую нам освещенность на площадь освещаемой поверхности:
8000лк*1.5м2=12000Лм минимум нам нужно чтоб осветить наш стол.

3. Учтем потери, при подвешивании на высоту около 30см они составляют около 30%, значит световой поток должен быть примерно в 1.5раза больше 12000*1.5=18000лм.

Итак, мы рассчитали минимальный световой поток, который должны создавать лампы, предназначенные для досвечивания рассады размещенной на столе длиной 1.5м и шириной 1м.

Какую область сможет осветить та или иная лампа?

Для примерного ориентирования, какую лампу и на какую площадь лучше использовать, можно посмотреть таблицу ниже. Таблица дана для ламп ДНаТ.

Освещаемая площадь в зависимости от мощности.

150 60 см х 60 см

250 90 см х 90 см

400 1.2 м х 1.2 м

1000 2.5 м х 2.5 м

Как и какие светильники или лампы надо выбирать для подсветки рассады.

Выбирая светильники, следует, прежде всего, обратить внимание на мощность светового потока, цветовой спектр излучения который они создают, на коэффициент полезного действия (КПД) оптической системы, а также на стабильность световых характеристик в течение всего периода эксплуатации. Лучше, конечно, покупать зеркальные лампы с КПД 95% и более. Поскольку отражатель света в них находится внутри лампы, он не поддается воздействия пара, воды, солей, не мутнеет со временем. Итак, оптический эффект светильника с зеркальной лампой остается практически неизменным в течение всего срока его эксплуатации.

Попробуем для примера взять люминесцентные лампы и посмотрим на маркировку:

Мощность, Вт : 36

Срок службы : 20000

Назначение : Лампы отличаются прекрасными характеристиками светового потока и большей экологической безопасностью

Цвет : Холодный белый

Индекс цветопередачи (Ra) : 89

Световой поток лампы (Lm) : 3350 Это и есть те люмены, которые нам нужны!

Длина лампы, мм : 1200

Т.о. для освещения стола площадью 1.5м2 при подвешивании системы освещения на высоте 30см от растений нам понадобится целых 6 ламп (18000лм:3350=5,37 но округляем до 6х).

Теперь берем зеркальную лампу высокого давления ДНаЗ/Reflux 250

Мощность, Вт : 250

Световой поток лампы (Lm) : 26000

Как мы видим из характеристики, светового потока одной лампы нам будет предостаточно, для нужной освещенности нашего стола с рассадой.

Лампа ДHаЗ/Reflux 70

Мощность, Вт : 70

Световой поток лампы (Lm) : 5600

Необходимо 3 лампы.

Преимущество ламп ДНаЗ/Reflux налицо, однако, надо учитывать их высокую стоимость, так например готовый светильник для рассады 250 Вт с ДНаЗ и ЭПРА стоит порядка 4600—5000 рублей.

Сравнительная светоотдача разных типов ламп.

Лампы накаливания:

Световое излучение такой лампы крайне невысоко – примерно 17 люмен/ватт

Галогенная лампа

Галогенная лампа – кардинально отличается от лампы описанной выше, она имеет другую форму и внутри ее колбы находится галоген (как правило это йод) в виде газа. В результате работы лампы и газообразного йода в колбе, все улетевшие со спиральной нити вольфрама, возвращаются назад. За счет этого увеличивается срок работы лампы, так же увеличивается ее светоотдача (около 25 люмен/ватт) и цветовая температура.

Ксеноновая газоразрядная лампа

Цветовая температура этой лампы находится в пределах 4300 градусов по Кельвину, в то время как галогеновая лампа имеет – 2800 градусов по Кельвину. Солнце имеет световую температуру равную 6000 градусов по Кельвину. Цветовая температура является единицей яркости. По этому чем выше будет это значение, тем ближе будет спектр лампы к естественному, солнечному свету. Теперь становится понятым почему у ксеноновых ламп свечение имеет голубой оттенок, а у галогенновых ламп он желтый.
Светоотдача до 100 люмен на ватт (в среднем 70)

Люминесцентные лампы:

Светоотдача таких ламп зависит от ее типа и составляет 70-100 люмен/ватт.

Специальные — Линейные лампы

C диаметром трубки 16мм, 26 мм и цоколями G5 и G13 соответственно, эти лампы обладают специфическими параметрами и характеристиками и используют их чаще всего для аквариумов, домашних животных. Так же их очень часто используют для досветки растений, которые обделены или лишены естественного света. Такие лампы имеют высокий уровень излучения как в синей, так и в красной части спектра, что способствует хорошему процессу фотосинтеза. Благодаря чему ускоряется рост растений. Светоотдача 47-93 люмен на ватт (в среднем 60)

ДНаТ, ДНаЗ (Натриевые лампы высокого давления)

Данный тип ламп очень популярен среди людей занимающихся выращиванием растений, так как излучаемый ими свет почти полностью восполняет потребности растения, поскольку эти лампы излучают достаточное количество красной части спектра. Думаю, что почти все знаю, что растение имеет несколько пигментов, которые воспринимают синюю и красную часть спектра. Для значимости этих частей спектра стоит вспомнить, что к примеру, красная часть спектра способствует росту корневой системы, цветению и вызреванию урожая. Так в свою очередь, пигменты растения восприимчивые к синей части спектра, отвечают за рост листьев и растения в целом. Поэтому растения которые не дополучили необходимое количества нужного спектра вырастают вытянутые и с слабой корневой системой. Светоотдача до 200 люмен на ватт (в среднем 100)

ДНаЗ(дуговая натриевая зеркальная лампа высокого давления) – это тот же самый ДНаТ, в который для удобства и большей производительности добавили зеркальное покрытие.

Особенностью этой лампы является отражающий слой, который нанесен внутри колбы. Колба и зеркальный слой сделаны таким образом, что во время работы отражаемый свет не попадает на газоразрядную трубку, тем самым увеличивается срок службы лампы. Благодаря такому отражающему слою так же достигается большое КПД отражения, который составляет порядка 95%.

Металло-галоидные (-галогенные) лампы (ДРИ)

Эти лампы очень похожи по своей конструкции на ртутные. Внутри колбы кроме ртути присутствуют добавленные иодиды металлов. Поэтому, эти лампы по праву считаются самыми эффективными, на данный момент, источниками света. у этих лампы повышенный коэффициент светопередачи, им уступают даже ртутные лампы. Будьте внимательны и не путайте эти лампы с лампами галогенными, которые не являются газоразрядными. Светоотдача до 100 люмен на ватт (в среднем 75)

Светодиодные лампы

Этот способ освещения растений сейчас набирает свою популярность, т.к. соотношение КПД большое, а потребляемая мощность маленькая. Эти показатели светодиодной лампы во много раз превышают показатели других ламп , таких как ДНАТ и люминесцентные лампы.

Вывод

Исходя из основных показателей — это цветовой спектр, КПД и цена на единицу освещаемой площади можно сделать выбор в пользу светодиодных светильников.

Полезные дополнения при организации подсветки рассады у окна.

Не смотря на выбранную подсветку, постарайтесь разместить рассаду около южного окна, за счет солнца можно сэкономить и получить лучший результат.

Сделайте дополнительные отражающие экраны сзади и по бокам рассады.

Соблюдайте график досвечивания, изменение времени как в большую, так и в меньшую сторону могут негативно сказаться на рассаде.

Помните, что ничто не заменит солнечный свет, в солнечные дни выносите рассаду закаливаться.

Свет растениям также необходим, как вода, тепло, воздух. На нормальный рост овощных культур влияет не только продолжительность светового дня, но и интенсивность солнечного света. Чем выше температура воздуха, тем растения быстрее реагируют на недостаток света. В зависимости от требовательности к интенсивности света овощные культуры делятся на три группы.

Нетребовательные к освещенности – салат, шпинат, ревень, лук на перо, листовая петрушка и листовой сельдерей, цветная капуста на доращивании в условиях защищенного грунта.

При выращивании рассады в домашних условиях после появления всходов наступает ответственный момент. Именно в этот период, когда все питательные вещества из семени уже израсходованы, у маленьких сеянцев наступает наибольшая потребность в свете. Слабая освещенность и высокая температура воздуха действует губительно: расход пластических веществ на дыхание выше, запаса питательных веществ не происходит, в результате качество рассады светолюбивых растений резко снижается, она становится бледной, вытянутой, потом хуже укореняется в открытом грунте. На процесс акклиматизации уходит гораздо больше времени, чем у нормальной здоровой рассады, поэтому и сроки плодоношения также отодвигаются.

На ранних стадиях развития рассады следите за густотой посевов. Чрезмерная загущенность посевов уменьшает их освещенность, а это отражается на задержке развития растений сначала на ранних стадиях развития, а затем на интенсивности и продолжительности плодоношения овощей.

Недостаточность освещения влияет не только на развитие надземной части растений, но и на развитие корневой системы. У затененной рассады корешки развиваются хуже, чем у растений, получающих света в достаточном количестве. Для того, чтобы наиболее оптимально использовать солнечный свет для выращивания овощей в защищенном грунте, парники специально делают с южным уклоном. Для светолюбивых овощей грядки нужно устраивать в наиболее освещенных юго-западных или южных частях дачного участка.

В условиях защищенного грунта, например, в теплице, вполне возможно регулировать световой режим. При недостатке освещения используются специальные фитолампы. Поэтому в теплице есть возможность выращивать овощи полностью при искусственном освещении.

Чтобы снизить интенсивность света, парники или теплицы затеняют в определенное время, например днем, открывая доступ солнечных лучей к растениям только в утренние и вечерние часы, когда интенсивность света уже ниже, чем в дневные часы.

Неблагоприятные условия интенсивности освещения растений в открытом грунте создаются из-за загущенности посевов, а также при затенении их сорняками. Поэтому вовремя соблюдайте сроки посева, соблюдайте оптимальное расстояние между соседними растениями в ряду и междурядьях, вовремя пропалывайте сорняки.

Читайте также: