Влияние инфракрасного излучения на растения

Обновлено: 07.07.2024

Коснувшись рукой включенной лампы накаливания, можно почувствовать, что она не только светит, но и греет. Так проявляет себя близкий к красной области светового излучения другой вид электромагнитных волн - инфракрасных. Их излучают все нагретые тела, живые организмы и передают другим телам и организмам.

Более половины электромагнитной энергии, поступающей на Землю от Солнца, приходится на долю инфракрасного излучения.

Его количеством определяется климат регионов планеты и возможности существования на ней различных форм жизни - микроорганизмов, грибов, растений, животных.

ИК-излучение и живая материя

На Землю поступает ИК-излучение, имеющее длины волн от 760 до 3000 нм, более длинные задерживают верхние слои атмосферы. Этот вид волн пронизывает атмосферу, почву, толщу воды, нагревает предметы и тела через одежду или стекло. Тепловой эффект возникает при проникновении энергии волн в атомы и молекулы любой материи и усилении в них колебательных движений.

Короткие ИК-волны (от 760 до 1000 нм) проходят вглубь тканей тела до 5 см. Сухое тепло применяют в качестве лечебного средства для людей и животных. Оно ускоряет биохимические процессы, нормализует вегетативные реакции, ослабляет тонус мышц и сосудов, создает противовоспалительный и болеутоляющий эффект.

Оптимальный тепловой режим способствует хорошему развитию растений. Обогрев (и хорошая освещенность) ускоряет развитие рассады растений, позволяет получать урожай в зимнее время или в холодном климате.

В тепле нуждаются все развивающиеся животные организмы - в утробе матери, в кладке яиц или икринок.

Как недостаток, так и избыток теплового излучения неблагоприятно сказывается на живых организмах. При недостатке органическая жизнь не всегда погибает, может наступить состояние анабиоза с замедлением всех реакций и функций.

Избыток инфракрасного излучения действует более губительно. Это может быть поверхностный ожог, тепловой удар, приводящий к гибели части клеток или всего организма, так как белки от перегрева денатурируют, а содержащие их клетки погибают.

Нагрев используют для уничтожения микроорганизмов в термокамерах, автоклавах, шкафах сушильных. При создании разреженной атмосферы с помощью насоса вакуумного гибель микробов происходит при более низких температурах.

Владельцу теплицы из поликарбоната необходимо иметь 2−3 инфракрасные лампы. С их помощью можно продлить сезон выращивания овощных культур, если конструкция герметична, покрыта усиленным двухкамерным поликарбонатом, выращивать лук, редиску, салат круглогодично.

Плюсы инфракрасных обогревателей

КПД ИК-обогревателей 35−70%.

Весной для быстрого прогрева почвы перед посадкой ИК обогреватели подвешивают на высоту 1 м, за 2−3 дня почва прогревается на большую глубину, лампы подымают выше. В стандартной теплице для дачи их фиксируют под потолком с учетом рекомендуемого расстояния. В инструкции по эксплуатации указан минимальный зазор между корпусом и стеной (потолком).

Плюсы инфракрасных обогревателей:

прогревают почву и предметы, находящиеся в зоне освещения;
не сушат воздух, не сжигают кислород, поэтому легко поддерживать оптимальную для развития растений влажность воздуха;
оптимально распределяют тепло по все площади обогреваемой поверхности;
потребляют мало электроэнергии.

Конструкция ИК ламп простая, поэтому проблем во время эксплуатации не возникает. Наружная стенка надежно защищает нагревательный элемент. С помощью дополнительного оборудования (термостат, контроллер и термодатчики) можно своими руками сделать автоматическую систему обогрева.

Инфракрасные обогреватели могут работать круглые сутки, поддерживая оптимальную для овощных культур температуру. Они пожаробезопасны, потому что оборудованы системой защиты от перегрева. Есть дорогие модели ИК-ламп, которые оснащены таймером, термовыключателем, световой индикацией.

Минусы инфракрасных обогревателей

Чтобы овощи зимой и ранней весной не замерзли, нужно подсчитать сколько нагревательных элементов потребуется для равномерного прогрева всей площади теплиц. Если ламп меньше нормы, почва прогревается неравномерно, растения плохо растут.

В дачных теплицах небольшой высоты нельзя использовать среднетемпературные (600−1000 ℃) и высокотемпературные (больше 1000 ℃) ИК-обогреватели, их излучение может вредить здоровью. В сооружениях малой площади безопасно использовать бытовое низкотемпературное оборудование (до 600 ℃), оно не такое мощное.

При выращивании высокорослых тепличных растений (огурцы, помидоры) могут возникать трудности:

листья закрывают почву, она не прогревается, климат в прикорневой зоне ухудшается, это замедляет рост растений, способствует размножению патогенов;
лампы висят под потолком, но расстояние до макушек и листьев растений ниже нормы, это способствует перегреву растений.

Чтобы повысить эффективность ИК-ламп, дачники используют для подогрева почвы пленочные ИК-обогреватели, их укладывают на глубину 40−50 см. Это приводит к дополнительным затратам на приобретение и монтаж оборудования, увеличивает расход электроэнергии.

На своём канале я часто делюсь статьями на подобную тематику. Если вам интересны мои публикации, подписывайтесь - ПОДПИСАТЬСЯ.

Вопросы качественного, профессионального освещения – это именно то, с чем к нам все чаще и чаще приходят не только клиенты, занимающиеся озеленением своих территорий, но и настоящие гуру фитодизайна. Каждый их них сталкивается с идентичной проблемой – недостаточный уровень освещенности, приводящий, в конечном итоге, к ухудшению внешнего вида,деформациям композиции, болезням, увяданию и гибели растений, и, как следствие,к серьезным затратам на их восстановление.

Недостаточное освещение, приводит к ухудшению внешнего вида растений, деформациям, болезням, увяданию и гибели. На фото пример деформации растительной композиции - признак нехватки света.

На протяжении долгого времени искусственное освещение растений осуществлялось при помощи галогенных, газоразрядных и даже люминесцентных ламп. Основным недостатком таких источников освещения является сильное тепловое излучение, негативно влияющее на растения. Перегрев ведет к нарушению процессов фотосинтеза, снижению продуктивности поглощения СО₂, возникновению тепловых ожогов и чрезмерному испарению влаги.

В общественных пространствах свет должен создавать комфортную среду для зрения человека. Тем не менее, для досветки растений иногда применяют светильники для теплиц.

Мы решили разобраться в ситуации и определить, могут ли ИС полного спектра (белый свет), обеспечивающие комфортную среду для человека и отвечающие требованиям по освещению общественных пространств, удовлетворить потребности декоративных растений.

Чтобы сравнить влияние разных источников света на декоративные растения мы обратились в исследовательский центр, профессионально занимающийся изучением влияния света на растения. В результате эксперимента были получены результаты определяющие, что светодиодные модули полного спектра могут применяться для освещения растений.

Наилучшие же результаты были получены при использовании LED модуля белого спектра, но с усиленным фиолетовым диапазоном. Таким образом была экспериментально подтверждена возможность выполнения требований по освещению общественных пространств и одновременное обеспечение необходимого освещения декоративных растений светодиодными источниками света полного спектра.

Эта возможность решает не только задачи по освещению растений, но позволяет создавать комфортную световую среду, по своему качеству максимально приближенную к естественному дневному освещению. Применение в искусственном освещении качественных источников света необходимая мера для обеспечения естественного восприятия цветов.

ПОДРОБНЕЕ ОБ ЭКСПЕРИМЕНТЕ

Прорабатывая детали эксперимента, мы определили целью дать максимально объективную, количественную и качественную оценку влияния на растения разных спектров облучения, путем проведения многофакторного натурного опыта, с учетом замеров биометрических показателей растений разных видов, наиболее часто используемых при озеленении общественных пространств. Измерение показателей производилось в течение трех недель. Объектами исследований стали декоративные растения: Эпипремнум, Маранта, Филодендрон и Нефролепис.

Проведение натурного опыта производилось в концепции фитостены. Такой формат позволил высадить растения наиболее оптимальным образом с учетом световых предпочтений каждого вида. Таким образом, экспериментальные образцы были разделены на пять опытных участков с едиными климатическими условиями, питанием и поливом.

Экспериментальная фитостена была сконструирована на базе профессиональной системы для вертикального озеленения, что позволило обеспечить централизованную и автоматизированную подачу полива и питания.

Испытуемые растительные образцы были приобретены в том возрасте и состоянии, которые соответствуютнормам при выполнении работ по озеленению. Тем самым было реализован еще один немаловажный этап эксперимента – создание единых условий транспортировки и посадки, что также оказывает значительное влияние на развитие растений.

Для каждого опытного участка были смонтированы светильники с источниками света разного спектра. В качестве осветительных приборов мы задействовали прожекторы собственногопроизводства - TUNIC LED spot FITO. Для удобства их монтажа, настройки и обслуживания была использована трековая система с автоматизированной системой включения и выключения света.

Трековые системы позволяют установить светильники в нужных местах и при необходимости легко менять их местоположение. Такие системы незаменимы при высоких потолках, т.к. установка прожекторов возможна на любой высоте.

Выбирая спектры излучения источников света, мы руководствовались предпочтениями растений, выявленными специалистами по фотобиологии:

Наиболее важная часть спектра для растений – оранжевая (595–620 нм) и красная (600–720 нм). Эти волны обеспечивают процесс фотосинтеза, влияют на скорость развития растения: корневой системы, цветение и плодоношение.

В процессе проработки источников света были отобраны пять вариантов спектров:

№1 – Металлогалогенная лампа (МГЛ), для которой характерно наличие ультрафиолетового и инфракрасного излучения;
№2 – Светодиодный (LED) модуль полного спектра (УФ и ИК излучение отсутствует);
№3 – Светодиодного (LED) модуль с более выраженным фиолетовым диапазоном спектра. (УФ и ИК излучение отсутствует);
№4 – Светодиодный (LED) модуль с более выраженным синим и красным спектром. (УФ и ИК излучение отсутствует);
№5 – Светодиодный (LED) модуль, с более выраженным синим диапазоном спектра и менее выраженным красным. (УФ и ИК излучение отсутствует);

На первом этапе, после высадки растений было проведено измерение показателей спектра на всех опытных участках. Черной линией на графиках обозначена диаграмма спектров участвующих в фотосинтезе растений – средний спектр действий, определенный для большего числа растений (Иследования К. Дж. МакКри 1972 г.)

№1 Металлогалогенная лампа (МГЛ). Характерно наличие ультрафиолетового, инфракрасного и теплового излучения. Тепловое излучение направлено в сторону направления светового излучения.

№2 Светодиодный модуль (LED) полного спектра. УФ и ИК излучение отсутствует. Тепловое излучение направлено в сторону противоположную от направления светового излучения.

№3 Светодиодный модуль (LED) с выраженным фиолетовым диапазоном спектра. УФ и ИК излучение отсутствует. Тепловое излучение направлено в сторону противоположную от направления светового излучения.

№4 Светодиодный модуль (LED) с выраженным синим и менее выраженным зеленым спектром. УФ и ИК излучение отсутствует. Тепловое излучение направлено в сторону противоположную от направления светового излучения.

№5 Светодиодный модуль (LED), с выраженным синим диапазоном спектра. УФ и ИК излучение отсутствует. Тепловое излучение направлено в сторону противоположную от направления светового излучения.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для проведения данного эксперимента были выбраны методы исследования биометрических показателей состояния растений, отражающих как визуальную оценку, так и их физиологическое состояние.

Проведены измерения следующих показателей:

№1 – Определение площади листовой поверхности;
№2 – Определение длины междоузлий;
№3 – Измерение общей площади растения;
№4 – Визуальная оценка накопления биомассы у растений.

Для проведения эксперимента были выбраны методы исследования биометрических показателей состояния растений: измерения и визуальная оценка.

Результаты показали, что научастке, освещенном металлогалогенной лампой (№1), были отмечены самые вытянутые растения (длинные междоузлия), это говорит о том, что растения стремятся ксвету, под МГЛ растениям его не хватило.

На участке, освещенном светодиодным модулем № 2, филодендрон продемонстрировал плохое развитие, а нефролепис показал самое низкое значение по площади листа.

Наилучшие показатели продемонстрировал светодиодный модуль № 3, отличающийся улучшенным фиолетовым диапазоном спектра. В свете этого LED модуля растения развивались уверенно, не вытягивались, листья распределилась равномерно.Площадь листьев получилась достаточно высокая при компактном формирование растений.

Средняя площадь растений с участка, освещенного светодиодным модулем № 4больше, чем на участке со светодиодным модулем № 3, но расположение листьев стало неоднородное, редкое.

Результаты с участка №5 оказались неплохими, но по площади листовой поверхности эпипремнума и по накоплению биомассы филодендрона этот участок проигрывает участку, освещенному светодиодным модулем №3.

На участке, освещенном металлогалогенной лампой (№1), были отмечены самые вытянутые растения.

На участке, освещенном светодиодным модулем № 2, растения показали плохое развитие и низкие показатели по площади листа.

Под светодиодным модулем № 3 растения не вытягивались, листья распределилась равномерно. Площадь листьев получилась большая при компактном формировании растений.

Средняя площадь растений с участка №4 больше, чем на участке со светодиодным модулем № 3, но расположение листьев оказалось неоднородное, редкое.

На участке №5 оказались неплохими, но по площади листовой поверхности эпипремнума этот участок проигрывает участку, освещенному светодиодным модулем №3.

После эксперимента мы перевезли все растения и установили в нашем шоу-руме, освещение поставили специальное и теперь растения украшают наш офис.

Решение задачи по освещению фитостены, цветочной композиции или растений устанавливаемых на пол начинается с разработки проекта освещенности, который мы реализуем в специальной программе. Это позволяет выбрать нужное количество световых приборов, определить их мощность принимая во внимание не только объект освещения, но и локальные условия в месте размещения растений.

Мы предлагаем решения для освещения фитостен и фитокомпозиций с применением специальных светодиодов. На данныймомент возможна установка светодиодных модулей в светильники ANI LED spot FITO, FLIPPER LED FITO, TUNIC LED spot II, MODES LED FITO и RIMO LED FITO.

Также, возможна реализация осветительной установки с системой управления включения и выключения света и доработка светильников для установки в ограниченных условиях или дополнение функциональности. К примеру, при невозможности установки трека и высоком потолке прожекторы могут быть реализованы наспециальных штоках, что позволит установить их в нужном месте и на нужнойвысоте или оснащение светильника индивидуальным управлением (диммирование), что дает возможность настроить интенсивность светового потока.

Обновление: Мы реализовали систему подсветки растений для офиса компании Пепеляев Групп. Трековые прожекторы ANI LED Spot оборудованы фитомодулями FITO.

Мы на выгодных условиях сотрудничаем с архитекторами и дизайнерами, сетевыми магазинами, строительными и девелоперскими компаниями, проектными организациями и дилерами. Свяжитесь с нами, и мы обсудим детали сотрудничества на особых условиях

Спасибо, мы получили Ваше
обращение и перезвоним в
ближайшее время!

В рабочий день среднее время
ожидания не превышает 15 минут

Отправка заявки завершилась неудачей, пожалуйста, повторите попытку позднее

ОСОБЕНННОСТИ УСЛОВИЙ ОБЛУЧЕНИЯ РАСТЕНИЙ В КАМЕРАХ С ИСКУССТВЕННЫМИ УСЛОВИЯМИ СРЕДЫ

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Энергия света используется растениями для фотосинтеза и регуляции своего развития (прорастание, цветение, плодоношение). При этом на регуляцию требуется в 100-1000 раз меньше энергии, чем на фотосинтез [1].

Лучистая энергия Солнца – один из важнейших факторов, обеспечивающих жизнедеятельность растений в естественных условиях. Приходящая на Землю её часть представляет собой энергию электромагнитных колебаний, охватывающую область длины волн от 300 до 400 нм. В свою очередь это интегральное солнечное излучение состоит из следующих трех основных диапазонов:

λ λ = 400 – 750 – физиологическая радиация (ФР);

λ > 750 нм – инфракрасная радиация (ИК).

В жизнедеятельности растений наиболее важное значение имеет область физиологической радиации, активно влияющей на процессы их фотосинтеза,роста и формирования [2].

Инициативу перехода от понятия физиологически активной радиации к фотосинтетически активной не следует считать удачной, так как излучения в этом диапазоне длины волн определяют характер не только фотосинтеза, но и других процессов жизнедеятельности растений. На рисунке 1 представлены спектральные характеристики активности фотобиологических процессов растений.

Баланс приходящей к растениям физиологической радиации распределяется следующим образом: поглощается растениями ~80%, отражается ~10%, пропускается ~10%.

Из всей поглощенной части только около 5% идет на фотосинтез и другие физиологические процессы в растениях. Остальные (~ 95 %) расходуются на теплопередачу и транспирацию [1].

Влияние лучистого потока на жизнедеятельность растений можно характеризовать его субстратной и регулирующей ролями.

Рисунок 1 – Спектральные характеристики активности фотобиологических процессов растений

Рисунок 2 - Световая кривая фотосинтеза растений [1]

Спектральные диапазоны света имеют следующие физиологические значения:

280-320 нм: оказывает вредное воздействие;

320-400 нм: регуляторная роль, необходимо несколько процентов;

1200-1600 нм: поглощается внутри- и межклеточной водой, увеличивает скорость тепловых биохимических реакций.

Соотношение ИК и ФАР — 50-85% в зависимости от угла падения солнечных лучей и состояния атмосферы.

Рисунок 3 – Спектральный диапазон света

Интенсивный свет позволяет увеличить урожай, получать крупные плоды высокого качества, значительно снизить сроки вегетации. Диффузный свет более эффективен, чем прямой, т.к. лучше распределяется в ценозе. Интенсивность вертикального света резко падает после прохождения света через лист. Верхний лист получает 100% света, следующий за ним - 20%, третий лист - только 4%. Обеднение спектрального состава света еще более существенно. При искусственном освещении целесообразно располагать источники излучения так, чтобы излучение падало на ценозы под определенными углами.

Фоторегуляция. Процессы фоторегуляции запускаются фоторецепторами. Фитохром — рецептор красного света, существует в двух состояниях — активном Ф730 и неактивном Ф660. Соотношение Ф730/Ф660 на дневном свете 1,05-1,25, в сумерках 0,65-1,15, в тени растений 0,05-1,15 .

Каротин и ксантофилл — рецептор синего света.

Для фоторегуляции требуется весьма незначительное количество энергии синих и красных лучей.

Световое питание растений (субстратная роль света). Интенсивность субстратного света на 1-2 порядка выше, чем фоторегуляторного. Большое значение имеет свет зеленого (500-600 нм) диапазона.

Влияние ИК радиации (ИКР). В пределах 20-50% от общего излучения ИКР не влияет существенно на урожай, но сильно изменяет сроки вегетации.

50-60% ИКР повышают выход урожая при минимальных сроках вегетации. Превышение доли ИКР выше 60% снижает урожайность, а снижение ниже 20% сильно удлиняет сроки вегетации. С ростом уровня облученности ФАР рекомендуется снижать долю ИКР [3].

Спектральный состав ИКР. Ближнее ИК излучение (750-1200нм) слабо поглощается водой и тканями листа. Излучение 1200-1600 нм сильно поглощается водой, а следовательно и тканями листа.

Измерение светового потока. Большим недостатком люксов является их привязка к зеленому диапазону (550 нм) в меньшим физиологическим значением. Необходимы поправочные коэффициенты [3].

Рисунок 6 - Относительная спектральная эффективность фотосинтеза зеленого листа

Растения, как живой организм, приспосабливаются к условиям среды, и их оптические свойства могут со временем меняться.

В условиях светокультуры растения могут расти как в направленном, так и в диффузном световом потоке. Диффузное излучение называют объемным (например, свет при равномерном облачном небе или свет через матовое стекло). Для получения диффузного света используют переизлучающую или рассеивающую поверхность [2].

У растений чувствительны к свету не только листья, но и стебли. Листья верхних ярусов получают прямой свет, а листья внутри ценоза находятся частично или полностью в тени и получают менее интенсивное диффузное облучение с измененным спектральным составом (меньше синих и красных лучей и больше зеленых).

Более высокая эффективность рассеянного света по сравнению с направленным требует устанавливать в теплицах с искусственным освещением специальных рассеивающих отражателей и экраном для распределения света по всему ценозу. В парниках для этого используют диффузные пленки со светорассеивающими добавками. Люминофоры также служат этой цели.

Таким образом, физиологически активная радиация, попадая на растения и вызывая изменения в ходе процессов жизнедеятельности, является мощным фактором их фотосинтетической продуктивности, роста и развития.

Рождественский В.И., Клешнин А.Ф. Управляемое культивирование растений в искусственной среде. – М.: Наука, 1980. – 190 с..

Воскресенская Н.П. Фотосинтез и спектральный состав света. М., "Наука", 1965.

Автоматизация и электрификация защищенного грунта / под редакцией Л.Г. Прищепа. - М.: Колос, 1976. — 300 с

Читайте также: