Выращивание травы под ультрафиолетом

Добавил пользователь Skiper
Обновлено: 19.09.2024

Сейчас, в конце зимы, почти в каждом доме окна светятся розовым светом фитоламп. В феврале многие садоводы начали выращивать рассаду, а короткий световой день заставляет искать варианты с подсветкой. Без фитолампы крепкую рассаду не вырастить, но далеко не всякое досвечивание даст нужный результат. Рассмотрим, какие фитолампы для растений годятся только для оранжерей, какие можно использовать для рассады, как их правильно выбирать и как применять максимально эффективно.

Содержание

Как выбрать фитолмапу для рассады
Каким должно быть соотношение цветов в спектре фитолампы
На каком расстоянии размещать фитолампу от рассады
Как рассчитать освещенность

Как правильно досвечивать рассаду

При выборе фитолампы для рассады проще всего определиться с ее формой. Тут все просто. Если горшочки с рассадой рядком стоят на полке специального стеллажа, или на подоконнике, или на другой узкой и длинной поверхности (а рассаду обычно выращивают именно так), то нужна фитолампа линейного типа.

Иногда ряды рассады досвечивают двумя цокольными лампами (или несколькими).

Сложнее определиться с выбором источника освещения. Смысл досвечивания в том, чтобы ламп искусственного освещения в том, чтобы до начала светового дня или по его окончании они заменяли растениям солнечный свет, который состоит из волн разного цвета и разной длины. Для роста и развития растений наиболее важны красный и синий цвета спектра, поэтому для выращивания растений годятся далеко не все лампы.

Лампы накаливания – наихудший выбор для подсвечивания рассады и для растений вообще. Спектр излучения ламп накаливания ограничен, в основном, желтым и зеленым спектром; синего в нем нет. Вторая проблема в том, что значительная часть электроэнергии в этих лампах превращается в тепло. Приходится отодвигать их от растений как можно дальше, от этого и так невысокая эффективность досвечивания падает еще. Растения, которые выросли под обычной лампой накаливания, легко распознать: они тянутся к свету и всегда чрезмерно вытянутые.

С люминесцентными лампами обратная история, в их спектре преобладает синий, но они излучают мало света в красной и оранжевой областях, а красный рассаде все-таки нужен (а комнатным растениям просто необходим, особенно тропическим экзотам вроде лимонов и кофе).

Светодиодные фитолампы

в синем спектре - 440-450 нм,
в красном спектре – 650-660 нм.

На FORUMHOUSE вопрос о спектакльном соотношении для досветки рассады и для освещения зимних садов дискутировался несколько лет. Кажется, теперь в этом вопросе поставлена точка, и оптимальная картина выглядит так:

Соотношение цветов в спектре фитолампы

Применение

Синий 2, красный 5

Досвечивание растений в оранжереях и зимних садах на протяжение всего срока их жизни. Большое количество красного цвета стимулирует рост зеленой массы, ускоряет и облегчает цветение, повышает урожайность.

Синий 1, красный 4

Обеспечивает быстрое прорастание и цветение, идеально подходит для выгонки луковичных.

Синий 1, красный 1.

Для выращивания зелени и листовых зеленых овощей. Красный цвет в спектре обеспечивает быстрый рост зеленой массы, синий тормозит цветение и наращивает корневую массу.

Синий 3, красный 1

Для выращивания рассады томатов и перцев. Благодаря высокому содержанию синего, развивается корневая система, а рост зеленой массы тормозиться. Рассад получается коренастой, с короткими междуузлиями. Такие лампы применяют и для того, чтобы затормозить вытягивание рассады.

Значение цветов спектра для растений

Хотя синий и красный – главные цвета в спектре для нормального роста и развития растений, но другие цвета в диапазоне от УФ-С (370- 410 нм) до ближнего ИК-А (700-780 нм) важны каждый по-своему. Чтобы успешно решать задачи выращивания рассады и комнатных растений при помощи фитоламп, надо знать, как воздействуют на них разные участки спектра.

УФ-С (370-410 нм) помогает вырабатывать гормоны, необходимее растению для жизни; способствует развитию зеленой массы и корневой системы.
Синий (410-480 нм) - в этом цвете растение развивает корневую систему, приобретает устойчивость к заморозкам, вырабатывает каротиноиды, и наращивает зеленую массу;
Голубой и зеленый (480-565 нм) – часть спектра, видимая человеческим глазом. Она необходима нижним ярусам листьев и стеблю растения. Бледные листья нижнего яруса сигнализируют о том, что в них нет хлорофилла, а стало быть, в спектре источника освещения нет голубого и зеленого;
Желтый и оранжевый (565-625 нм) - в этой части спектра у растений ускоряется процесс фотосинтеза, укрепляются листья, растения вырабатывают бета-каротин;
Красный и ИК-А (625-780 нм) необходимы для созревания плодов, но перебор с этими цветами в спектре источника освещения может стать фатальным для растения и привести к перегреву, опаданию соцветий и тому же вытягиванию. По большей части красный и ИК жизненно необходимы для созревания плодов.

Главное преимущество светодиодных источников в том, что из них можно составлять любой спектр, задавать любые режимы и управлять ими. Здесь важно еще не ошибиться с мощностью диода. Продаются диоды мощности 1 Вт, 3 Вт или 5 В, и 3 Вт для рассады предпочтительнее – на освещение квадратного метра рассады уходит 10-20 таких светильников.

На квадратный метр для досветки нужно таких 10-20 с расстоянием до рассады не более 10-15см. Либо на все ваши 2м2 4-8 длинных люмок (которые по 36 Вт), с таким же расстоянием до листа. Можно до 20 см, смотрите по состоянию растишек.

Пользователь FORUMHOUSE Лифтанутый, большой эксперт в вопросе досвечивания рассады, эмпирическим путем вывел формулу:

Как рассчитать расстояние от рассады

Освещенность высчитают так: она обратно пропорциональна квадрату расстояния от лампы до поверхности, и если передвинуть лампу, которая висела в 25 см от рассады, на 50 см, то освещенность уменьшится в 4 раза. Также здесь важен угол расположения лампы: можно провести аналогию с солнцем, которое в зените светит ярче, чем повиснув над горизонтом. Корректировать расстояние фитолампы нужно, сверяясь с самочувствием рассады, но вот это вполне рабочая таблица:

Расстояние до растений

Охват площади (диаметр)

Выводы

В климатебольшинства российских регионов досвечивание необходимо и рассаде, и комнатным растениям. Для рассады важны в первую очередь синий и красный цвета спектра. Светодиодные светильники позволят подбирать нужный спектр и подобрать оптимальный режим.

Понимание того, сколько света нужно конопле для полноценного здоровья, активного развития и хорошей урожайности, представляется одной из основ успеха.

Свет – жизненно необходимое условие фотосинтеза и многочисленных обменных процессов растения. При этом усредненной нормой потребляемого и эффективно усваиваемого светового потока, необходимого 1 растению для нормального развития представляется 3-4 тысячи люменов на квадратный фут (30х30см). Но поскольку люксметров у большинства гроверов нет, впрочем, сама по себе сила испускаемого лампой света не информативна (важнее эффективность потребления света), проще ориентироваться на мощность тех или иных ламп в Ваттах.

Варианты расчета освещения для конопли

Единой мощности освещения нет, она индивидуальна. Определить потребности растения в свете и дать ему то, в чем оно нуждается, является задачей гровера. Расчет же проводится с учетом фазы жизненного цикла конопли, а также условий и особенностей выращивания:

Размеры куста или площади, занятой несколькими взращиваемыми кустами.
Вид используемых ламп.
Точка расположения ламп над макушками растений, характеризующая расстояние от верхушки до лампы.
Желаемые объемы харва исходя из выбранной лампы, урожайности конкретного сорта (с учетом выбранной мощности освещения), количества кустов (для запланированного объема урожая).

Зависимость мощности света от вида лампы для конопли

Современному гроверу доступно 3 основных вида источников искусственного освещения для гроубокса:

Лампы ДНаТ (натриевые газоразрядные).
ЭСЛ (энергосберегающие).
LED (диодные).

Все они подходят для гровинга как по отдельности, так и в тандемах, каждый вид характеризуется особенностями, преимуществами и недостатками. Все это следует учесть.

LED лампы совсем не греются и могут располагаться очень близко к растениям. Они невероятно экономичны и долговечны, очень компактны, однако резко ограничены в испускаемом спектре и световой отдаче. Лучше предпочесть специальные фито-LED-лампы с расширенным спектром и яркостью, но они ощутимо дороже. Для 1 куста может хватить лампы 115-180 Вт, а для квадрата 360-530 Вт.

Воздействие различных спектров на фазы роста растения

Как нам известно из уроков физики, свет сам по себе не является однородной субстанцией. На самом деле это волна в различных диапазонах и частотах, образующая спектр света порой невидимый для человеческого глаза.

Растения конопли, растущие в естественной среде, воспринимают из всего спектра цветов особенно сильно длинные ультрафиолетовые лучи, которые запускают синтез хлорофилла. Это позволяет всходу наиболее эффективно напитаться витаминами и питательными веществами для будущего роста. Такой спектр рекомендуется использовать на начальных этапах с момента, когда семя проклюнулось, и до того, как стало небольшим кустом.

Другим спектральным диапазоном, благотворно влияющим на рост растения, является красный свет пониженной интенсивности. Установлено, что такое излучение влияет на скорость развития, высоту растения и урожайность, стимулируя тем самым фотосинтез внутри растения. Какие лампы нужны для выращивания конопли? Выбирать следует варианты с характеристиками, перечисленными выше.

Используя эти знания, можно подобрать наиболее подходящие лампы для выращивания конопли в закрытом грунте. Однако необходимо помнить, что конопля — это капризное растение. Поэтому следует учитывать предпочтения сорта относительно количества красного и синего спектра на разных фазах роста.

Лампы играют две роли во взращивании кустов марихуаны. В первую очередь, они дают свет в нужных диапазонах и частотах, о которых мы писали выше. А во-вторых, лампы выделяют большое количество тепла. Это важно, потому как само растение произрастает в жарких странах и нуждается в большом количестве солнца и тепла, а также влаги.

Теперь подробно разберем, какие лампы используют для выращивания конопли.

Зависимость мощности освещения от расстояния до лампы

Эффективность потребляемого растением светового потока во многом зависит не только от типа и мощности используемой лампы, но и от расстояния, на котором лампа расположена от растишки. Чем источник света ближе, тем мощнее световой поток. Однако слишком близко располагать даже безопасную в плане температуры LED-лампу не стоит из-за риска светового ожога листьев.

ДНаТ и ЭСЛ греются (особенно ДНаТ), поэтому важно расположить источники света от макушки куста (кустов) на безопасном расстоянии, на котором бы сохранялась эффективность освещения:

ДНаТ на 600 Вт должна располагаться выше куста на 60 см (это расстояние необходимо учитывать при проектировании и оборудовании гроубокса и выборе сорта по размерам).
ЭСЛ 400 Вт подвешивается на 30-40 см выше макушки куста.
LED лампу на 360 Вт достаточно расположить выше куста на всего на 20 см.

Высота лампы должна регулироваться по мере роста куста с соблюдением оптимального расстояния.

Металлогалогенные лампы с керамической горелкой (CMH и LEC)

Фактически CMH и LEC обозначают одно и то же. В лампах этого типа используется керамическая горелка, прямо как в ДНаТ. Таким образом, лампочки CMH более эффективны, чем обычные металлогалогенные, но менее эффективны, чем ДНаТ.

LEC или CMH — это тип газоразрядных ламп высокого давления, которые несколько более эффективны, чем обычные металлогалогенные

Преимущества газоразрядных ламп высокого давления

Газоразрядные лампы — пока еще самый эффективный тип освещения (они дают наибольший урожай на ватт электроэнергии) по соотношению цена/урожайность.
Из всех газоразрядных ламп на стадии цветения лучше всего показывают себя ДНаТ: если все остальное в порядке, вы получите приблизительно 0,5-1 грамм/Вт.
Газоразрядные лампы просты в использовании, так как можно без проблем определить необходимую высоту, на которой их нужно разместить (в отличие от светодиодных), и вам не придется постоянно их перевешивать, как люминесцентные.

Недостатки газоразрядных ламп высокого давления

Газоразрядные лампы сильно нагреваются и повышают температуру в помещении. Из-за этого их почти всегда нужно размещать рядом с вытяжкой и обеспечивать охлаждение температуры окружающей среды в гроутенте или гроуруме. Это особенно важно для более крупных ламп мощностью свыше 250 Вт.
Дополнительная вентиляция. Из-за того, что лампы греются, большинство гроверов используют вытяжной вентилятор с воздуховодом. К сожалению, необходимость разбираться с вентилятором отпугивает многих.
Газоразрядные лампы состоят из большего числа компонентов, чем другие типы ламп. Люминесцентные включают лампочку и патрон, а большинство светодиодных светильников сразу готовы к использованию. У газоразрядных ламп в основном есть как минимум лампочка, патрон, внешний балласт и дополнительный кабель, не считая компонентов вытяжной системы.

Газоразрядные лампы высокого давления отлично подходят для выращивания каннабиса, и кроме их установки сложностей в использовании больше не возникает. Если ваша цель — получить максимальный урожай, то выбирайте газоразрядные лампы!

Светодиодные лампы очень популярны среди гроверов как альтернатива ДНаТ. Они меньше нагреваются и обычно имеют встроенную систему охлаждения. Их часто можно подвесить над растениями, прикрепив к стене. Это определенно проще, чем установка газоразрядных ламп. Кроме того, у светодиодных ламп отличная проницаемость света, и их не потребуется так часто перемещать, как люминесцентные.

Просто подвесьте светодиодную лампу над растениями и начинайте выращивать!

Преимущества светодиодных ламп

У светодиодных ламп практически всегда есть встроенная система охлаждения (в отличие от газоразрядных ламп, которые нагревают ваши растения и требуют отдельной вентиляции).
Светодиодные лампы меньшего размера можно прикрепить прямо к стене и повесить над растениями. Их установка не требует много усилий.
Некоторые гроверы считают, что светодиодные лампы повышают смолистость шишек. Другие же для получения наилучших результатов применяют их вместе с газоразрядными, однако эта информация требует дополнительной проверки.

Зависимость мощности света от размера куста

При выборе ламп для гроубокса и монтаже подсветки необходимо учитывать размеры куста, свойственные тому или иному сорту. Есть каннабис карликовый (до 40 см), есть невысокий (70-80 см), среднерослый (до 1,5 м) и рослый (свыше 1,5 м, до 2 м, как правило, в индоре без методов LST и ScroG). Лампы должны подбираться и крепиться таким образом, чтобы их мощности и количества хватало на покрытие гроу-площади, чтобы все ветви получали достаточно света.

Рассчитывая, сколько света нужно для роста конопли, можно отталкиваться от значения не менее 20 Вт на квадратный фут (30х30 см). Минимально необходимое эффективное значение силы света для такого бокса 2000 Лм. Для достижения таких показателей по мощности подойдут лампы ДНаТ 50-70 Вт, ЭСЛ 100-150 Вт, LED 45-70 Вт. Если размеры бокса больше, то света нужно больше. Для крупных кустов можно установить дополнительные диодные (они не греются) лампы на стенах бокса в качестве подсветки.

Можно подставить под самые низкие кусты что-нибудь, чтобы все верхушки оказались примерно на одном уровне.

Какие лампы не подходят для выращивании марихуаны

Прежде всего стоит исключить обычные лампы накаливания и галогенные. Первые излучают крайне неподходящие для растишки спектры света, а также очень сильно греются. Вторые являются их усовершенствованной версией, в которой состав света не изменился.

Также не рекомендуется использовать бытовые LED и ЭСЛ, поскольку, как правило, они не подходят по своему спектральному составу и зачастую имеют слишком маленькую мощность. При выборе таких, необходимо убедиться в максимальной приближенности к необходимому конопле свету.

Зависимость мощности освещения от площади культивации

Лампа ДНаТ 400-600 Вт, но лучше 2 лампы по 150-250 Вт, и обязательно эффективная вентиляция для охлаждения сильного разогрева (до 400°С лампа ДНаТ и до 700°С лампа ДРИ).
2 лампы ЭСЛ по 250-400 Вт. Также потребуется охлаждение из-за разогрева до 60-70°С.
2 лампы LED по 115-180 Вт или 1 на 530 Вт.

Для улучшения эффективности световой отдачи от источника света растениям можно соорудить рефлектор, например, используя фольгу. В некоторых случаях это позволит улучшить уровень освещенности без использования более мощных и сильнее греющихся ламп.

LED-фитолампа

Специально разработанные для выращивания различных растений лампы способны обеспечить максимально комфортные условия будущим кустам, излучая только необходимый цветовой спектр для полноценного развития растения. При этом они экономят энергию, долго служат, безопасны в эксплуатации и не нагреваются. Выглядит такая лампа в виде множества лампочек внутри большого патрона. Бывает нескольких видов:

Биколорные лампы оснащены лампочками только синего и красного спектров. Такое освещение идеально для вегетативной фазы, так как дает семенам и уже проклюнувшимся росткам весь необходимый спектр света для развития.
Мультиколорные лампы помимо красного и желтого спектра оснащены еще и лампочками дальнего красного света, выступающим второстепенным цветом. Их хорошо использовать во всех циклах жизни растения: от семечки и до цветения.
Лампы полного спектра содержат весь диапазон видимого цвета, при этом основными выступают все те же красный и синий. Такая лампа наиболее оптимальна для всех фаз роста растения.

Зависимость от показателей урожайности

Полезным для гровера станет знание, как рассчитать свет для гроубокса, чтобы обеспечить условия для созревания желаемого количества урожая.

Эталоном в среде гроверов считается относительный показатель урожайности 1 г шишек на 1 Ватт энергии, но на то это и эталон — его не всегда удается достичь. Примерные ориентировочные значения, от которых можно отталкиваться (с учетом всех ранее изложенных факторов) при определении требуемой мощности света для получения того или иного объема урожая:

Так хорошая, яркая и испускающая широкий спектр лампа мощностью 100 Вт принесет не много урожая (30-40 грамм с квадратного метра).
150 Вт – 60-70 грамм с квадрата.
200 Вт – 100 г.
250 Вт – 250 г.
400 Вт – 400 г.
600 Вт – 600 г.
1000 Вт – 1000 г.

Однако, чтобы получить более реальные показатели, стоит разделить урожайность примерно на 1,5 или создать и поддерживать идеальные условия (пространство, температура, влажность, качество грунта, полив, подкормка, режим освещения и т.д.), а также правильно выбрать сорт.

Большую часть года, света для растений очень мало. И те, кто выращивают их круглогодично в закрытых помещениях, а не по сезонно на улице, сталкиваются из-за этого с большими проблемами.

Единственный выход их решить — это использовать искусственные источники света. Какие из них лучше выбрать и на что ориентироваться?

В первую очередь, рядовой обыватель обращает внимание на уровень потребления электроэнергии. Чем больше у вас будет растений, тем больше потребуется светильников и лампочек для них.

Неохота платить за электричество больше стоимости урожая. Поэтому при покупке светильников, большое внимание уделяют такому параметру как КПД лампочки.

Всем известные лампочки-груши с нитью накаливания, в процессе работы очень сильно нагреваются. Связано это с тем, что в них большая часть эл.энергии преобразуется не в свет, а в бесполезное тепло.

Поэтому постепенно от них начали отказываться и стали переходить на энергосберегающие лампы. Их КПД примерно в 4 раза выше, чем у обычных.

Однако по факту, мы получили те же самые люминесцентные лампы, хоть и меньшего размера, но содержащие ртуть. Если такая лампочка разобьется, вам придется срочно принять меры безопасности и провести так называемую демеркуризацию всего помещения.

Не только сама ртуть, но и ее пары ядовиты для человека. И даже в сверхмалых концентрациях могут вызвать тяжелые последствия.

Поэтому впоследствии им на замену пришли более безопасные светодиодные источники света. А специально для растений были разработаны фитолампы.

У светодиодов также высокий КПД и минимальный нагрев. А самое главное, они по-прежнему совершенствуются и улучшают свои характеристики год от года.

Однако как оказалось, КПД лампочки это не главное в правильном выращивании растений. Самое важное — это их спектр и насколько он отличается от естественного солнечного излучения. Ведь именно к нему привыкли все цветы, овощи, фрукты, ягоды.

Что же прячется за таким научным названием как спектр излучения? Чтобы понять это, придется вспомнить что такое свет? А свет — это не что иное, как электромагнитная волна.

Причем каждый цвет имеет определенную длину волны, отсюда и получается радуга. Однако разная длина означает не только разный цвет, но самое главное — разное количество энергии.

Если все цвета условно представить не в виде привычной прямой линии, а в виде шариков, то синий шарик будет самым большим по размеру. Зеленый поменьше, а красный окажется самым маленьким.

Все цвета всегда упрощают именно до этих трех видов R-G-B:

Почему синий шарик окажется самым объемным? Потому что длина его волны самая маленькая. Она меньше чем у зеленого цвета. А у зеленого в свою очередь, меньше чем у красного.

В итоге и получается, что красный цвет несет в себе меньше энергии, а синий больше всего.

И тут у многих может возникнуть логичный вопрос: "А есть ли разница в том, каким именно спектром освещать растения?" И если есть, можно ли эти знания как-то применить с пользой для дела?

Однако все оказывается не так просто. Здесь нужно учитывать еще одну характеристику света - его качественный или спектральный состав.

Чтобы понять как отдельные цвета влияют на эффективность фотосинтеза, проводились научные эксперименты. Из целого листа выделялись отдельные чистые хлорофиллы. После чего, в течение длительного времени, их засвечивали светом различного спектра и проверяли результаты.

При этом в первую очередь, смотрели на эффективность поглощения СО2, то есть интенсивность фотосинтеза. Ниже представлен итоговый график такого эксперимента.

Из него видно, что хлорофилл в основном поглощается в синей и красной областях. В зеленой области эффективность минимальна.

Однако на этом не остановились и провели еще один эксперимент. В растениях также содержатся каротиноиды. Они хоть и играют незначительную роль, но и про них забывать не стоит.

Так вот, аналогичный опыт с каротиноидами показал, что ранее выделенные пигменты листа, поглощают в этом случае свет преимущественно в синей области спектра.

Посмотрев на это, все дружно решили что зеленый цвет абсолютно бесполезен и им можно пренебречь. Основной упор все специалисты предлагали делать только на синий и красный свет.

И соответственно более правильным считалось выбирать лампочки, которые излучают именно эти спектры больше всего.

Но как оказалось, изначальная ошибка экспериментаторов закралась в том, что они использовали не весь лист целиком, а выделяли из него пигменты и смотрели результаты только по ним.

На самом деле, в цельном листе свет очень сильно рассеивается. Провели еще опыты, но уже смотрели на весь лист и использовали разные растения. В итоге получили данные, которые более точно показывали насколько эффективно свет поглощается всем листком, а не его отдельными "кусочками".

С одной стороны, здесь опять доминируют синий и красный свет. Отдельные пики потребления фотонов доходят до 90 процентов.

Однако к удивлению многих, и зеленые лучи оказались не столь бесполезны как думали раньше. Дело в том, что благодаря своей проникающей способности, зеленый снабжает энергией более глубокие участки листвы, куда не долетают ни красный, ни синий.

Таким образом, если полностью отказаться от зеленого, вы можете ненароком погубить растение, и даже не будете понимать в чем причина.

Получается, что все цвета R-G-B нормально усваиваются листьями и нельзя выбрасывать какой-то один из них. Вот только необходимость энергии на разных цветах у разных растений не равноценна.

Для того чтобы объяснить это более наглядно и понятнее, проведем аналогию с чем-то съедобным. Допустим у вас на столе лежит спелый персик, ягода малины и груша.

Для вашего желудка все равно что вы съедите. Он одинаково хорошо переварит все ягоды и фрукты. Но это не означает, что для вас в последствии не будет никакой разницы. Разные продукты все равно по-разному влияют на ваш организм.

Съесть 10 ягод клубники это не то же самое, что 10 груш или персиков. Вы должны найти определенный баланс.

То же самое происходит и со светом для растений. Ваша задача грамотно подобрать, насколько каждого света должно быть в общем спектре. Только таким образом можно рассчитывать на быстрый рост.

Самый главный вопрос - какой свет будет считаться лучшим? Казалось бы, что тут гадать. Лучший вариант это солнечный свет и его близкие аналоги.

Ведь миллионы лет растения именно под ним и развивались. Однако посмотрите на картинку ниже. Вот как реально выглядит интенсивность солнечного света.

Видите, насколько здесь много зеленого. А как мы выяснили ранее, он хоть и полезен, но не в такой степени как другие лучи. Когда говорят, что солнечный свет самый эффективный и нечего отступать от матушки природы, не учитывают один простой факт.

В реальной жизни, а не в экспериментах, растения адаптируются не только к солнечному свету, но также и к условиям окружающей их среды, в которой они произрастают.

Допустим на глубине водоема, где растет какая-то зелень, доминирует синий цвет. А вот в лесу под кроной деревьев, уже победителем выходит зеленый.

Поэтому мнение, что солнечный свет самый лучший, в корне не верно. Здесь нужно больше говорить о том, что он самый универсальный и подходит абсолютно для разных условий.

Всего на этих двух элементарных примерах между огурцом и томатом хорошо видно, насколько у них разная потребность. И если одной и той же лампочкой засвечивать оба овоща сразу, то результаты будут совершенно непредсказуемыми.

Кроме правильно подобранного спектра, важную роль играет еще два параметра - время и ритм освещения.

Все растения изначально произрастали на улице при естественном солнце. А солнце как известно не висит в зените 24 часа в сутки. Утром всходит, а вечером заходит. То есть естественная интенсивность освещения сначала постепенно растет, а во второй половине дня, достигнув своего пика, начинает падать.

Это и есть так называемый ритм. И растения его хорошо чувствуют. Измените ритм, не меняя ничего другого, и ваши овощи могут начать болеть, почувствовав себя "не в своей тарелке".

Поэтому опытные садоводы выделили три группы растений - короткого, длинного и нейтрального дня.

Длинный день - это когда интенсивность света наблюдается более 13 часов. Короткий - до 12 часов. Растениям для нейтрального дня все равно когда созревать, хоть при коротком, хоть при длинном.

Не будете соблюдать заданный природой цикл и у вас упадет урожайность. Сами растения будут какими-то карликовыми.

Поэтому мало просто купить супер разрекламированные сорта, правильно их высадить, удобрять и поливать.

Как оказывается, еще нужно их правильно освещать. Причем и здесь нет универсального светильника для больших групп растений, везде требуется индивидуальный подход.

Только в этом случае результат вас порадует и вкусом и размером.

За последнее десятилетие рынок ультрафиолетовых (УФ) светодиодов увеличился в пять раз и к 2025 году, согласно прогнозам, превысит $1 млрд. Ключевой тенденцией, которая, как ожидается, будет влиять на рынок, является возникновение новых областей применения таких устройств, например сельское хозяйство. Ультрафиолетовый свет, при подходящей частоте и дозе, может увеличить производство активных веществ в лекарственных растениях и традиционных культурах и способствовать поддержанию здоровой среды для роста растений. Но для того, чтобы воспользоваться преимуществами УФ-светодиодов в полной мере, при проектировании необходимо учитывать некоторые значимые аспекты.

Вследствие бурного роста, происходящего в тепличном и городском растениеводстве, светодиоды становятся привлекательными источниками света, прежде всего из-за их энергоэкономичности, однако достижения в области УФ-светодиодов позволяют получить дополнительные преимущества от УФ-А- и УФ-В-излучения. Доказано, что воздействие ультрафиолета приводит к увеличению активных веществ в лекарственных растениях, включая антиоксидантные свойства многочисленных растений и содержание ТГК (тетрагидроканнабинола) в конопле. Ультрафиолетовый свет также помогает поддерживать здоровую среду, подавляя плесень, ложную мучнистую росу и некоторых вредителей растений во всех случаях, когда необходима альтернатива химическим веществам из-за повышения устойчивости к фунгицидам. В то время как многие из распространенных светильников, используемых в тепличном сельском хозяйстве, имеют в спектре определенный (хотя и небольшой) уровень ультрафиолетового излучения, материалы линз блокируют большую, если не всю часть этого УФ-света. Поскольку цена УФ-светодиодов продолжает снижаться, улучшается возможность экономически эффективно включать в процесс выращивания растений целенаправленное облучение ультрафиолетом с требуемой длиной волны, правильной дозой и в соответствующий период жизненного цикла конкретных видов растений. Однако УФ-светодиоды по-прежнему необходимо применять в сочетании с подходящими линзами, которые могут пропускать УФ-излучение без риска деградации или разрушения линзы и/или самого светодиода.

История и длины волн Ультрафиолетовый (УФ) свет является основной частью электромагнитного спектра с длиной волны 10-400 нм (рис. 1), невидимой для человеческого глаза, хотя некоторые области УФ-излучения воспринимаются насекомыми и птицами. Большая часть ультрафиолетового спектра, включая весь экстремальный ультрафиолетовый (10-100 нм) и большую часть спектра с длиной волны менее 280 нм, поглощается атмосферой.

Рис. 1 Шкала видимого и ультрафиолетового излучения с диапазонами УФ-излучения

ем не менее по-прежнему важно понимать преимущества каждой области УФ-спектра, учитывая нашу способность искусственно воспроизводить эти длины волн.

Классификация УФ-спектра, использование и преимущества

•УФ-С (200-280 нм) - почти полностью поглощается земной атмосферой, обычно применяется для обеззараживания;
•УФ-В (280-320 нм) - приблизительно 95% УФ-В поглощается земной атмосферой. Широко известен в связи с повышенным риском развития рака кожи, однако также было обнаружено, что он имеет противомикробное действие, включая борьбу с сельскохозяйственными инфекциями и вредителями, такими как мучнистая роса и паутинные клещи; кроме того, он инициирует ответную реакцию растений, которые увеличивают производство флавоноидов и каннабиноидов;
•УФ-А (320-400 нм) - часто называемый черным светом, УФ-А имеет самую большую длину волны в УФ-спектре и считается наименее вредным. Он наиболее известен своим применением в УФ-отверждении, обнаружении подделок и судебной экспертизе, но также применяется в сельском хозяйстве из-за его способности запускать желаемые реакции у растений.

В индустрии ультрафиолетового освещения в основном преобладают источники, отличные от светодиодов, обычно это ртутные лампы. Однако в последние годы наблюдается значительный прогресс УФ-светодиодов не только благодаря достижениям в производстве твердотельных УФ-устройств, но и в результате повышенного внимания к поиску более экологически чистых и энергосберегающих способов получения УФ-излучения.

Однако только недавно светодиоды смогли покрыть все диапазоны ультрафиолетового излучения. Светодиоды, излучающие ультрафиолет в верхней части диапазона УФ-А (390-420 нм), доступны с конца 1990-х годов, они, как правило, используются для обнаружения фальшивых купюр, проверки водительских прав и документов, а также в судебной экспертизе. Фактически на большой части рынка УФ-светодиодов преобладают такие применения, как отверждение красок, покрытий или адгезивов с помощью УФ-А-излучения в диапазоне 350-390 нм.

При переходе на более короткие длины волн - UV-В и UV-C - область применения меняется на дезинфекцию продуктов питания, воздуха, воды и поверхностей. Хотя УФ-излучение имеет долгую, хорошо известную историю обеззараживающего воздействия, светодиоды в этом диапазоне стали использоваться совсем недавно (первая коммерческая система обеззараживания воды на основе УФ-С-светодиодов введена в эксплуатацию в 2012 году). Для многих отраслей промышленности, таких как очистка воды, привлекательна не только экономия энергии, которую дают светодиоды; чрезвычайно маленькие размеры светодиодов делают их очень гибкими в использовании, включая возможность создания переносных систем дезинфекции. Благодаря этим достижениям за последнее десятилетие рынок УФ-светодиодов увеличился в пять раз, и прогнозируется, что к 2025 году вырастет до $1,3 млрд. Ключевая тенденция, которая, как ожидается, будет влиять на рынок, - это способность находить новые применения, включая изделия для солнечной энергетики, пищевую промышленность и производство напитков, а также сельское хозяйство. Однако по-прежнему необходимы дополнительные улучшения (особенно в том, что касается линз для этих изделий), позволяющие гарантировать, что технология может достичь желаемых результатов в каждой отрасли экономически эффективным образом.

Преимущества ультрафиолетового излучения для сельского хозяйства

В то время как первые светодиоды были далеки от того, чтобы удовлетворять потребности и растений, и самих растениеводов, самые современные светодиоды стали основой практичных решений для выращивания в помещениях, обеспечивая значительную экономию средств (при условии использования линз из правильного материала), особенно по сравнению с традиционными системами освещения, такими как натриевые газоразрядные лампы высокого давления (НЛВД).

Рис. 2 УФ-излучение может увеличить количество активных веществ в лекарственных растениях, например повысить антиоксидантные свойства розмарина или уровень ТГК в конопле

Было также показано, что воздействие ультрафиолетового света приводит к увеличению производства активных веществ в лекарственных растениях, в частности к повышению антиоксидантных свойств многих растений или уровня ТГК в конопле. В растениях протекают химические процессы, при этом разные длины волн света вызывают определенные реакции, включая реакции на УФ-излучение, которые могут приводить к изменению формы растения и его химического состава. Однако, чтобы действительно понять все последствия, включая лучшие методы внедрения, эта область фотоники по-прежнему нуждается в проведении огромного объема исследований.

Одной из наиболее распространенных реакций растений на УФ-излучение является синтез и накопление УФ- поглощающих соединений. Эти соединения, в том числе фенольные вещества, действуют как солнцезащитный крем для растений, предотвращая повреждение из-за чрезмерного воздействия УФ- излучения. Однако фенольные соединения не только защищают растения, они полезны для здоровья человека, включая антиоксидантные свойства и профилактику различных хронических заболеваний,таких как некоторые виды рака и сердечно-сосудистые заболевания. Изучается воздействие ресвератрола, найденного в винограде и красном вине, на здоровье сердца, иммунную систему и даже функции мозга. Исследование розмарина показало, что общее содержание в нем фенольных соединений приблизительно удваивается при выращивании с использованием УФ-В-излучения. Аналогично увеличилось содержание эфирных масел при таком выращивании Mentha spicata (мяты).

Другой вид растений, известный увеличением лекарственных соединений под УФ-излучением, это конопля посевная. Исследования показали, что более высокие уровни каннабиноидов обнаружены у растений на самых низких экваториальных широтах и на больших высотах (на 32% больше на высоте 3350 м, чем на 1500 м). Было установлено, что эти регионы имеют более высокие уровни УФ-В. Последующие исследования показали, что облучение растений УФ-В повышает на 48% в тканях листьев и 32% в цветах уровень Д9-тетрагидроканнабинола (А9-ТГК), который имеет широкое лекарственное применение.

Одной из основных угроз для производителей, выращивающих растения в помещениях, является мучнистая роса. Было доказано, что УФ-излучение значительно уменьшает поражение растений мучнистой росой, начиная от винограда, роз, огурцов, розмарина и заканчивая клубникой. Исследователи успешно уменьшили тяжесть поражения мучнистой росой на 90-99%, используя подходящие дозы УФ-В- излучения.

УФ-В-излучение доказало свою эффективность и для сокращения выживаемости и количества яиц паутинных клещей - вредителей, которые, как известно, разрушают целые посевы. В исследовании Ohtsuka и Osakabe менее 6% подвергшихся воздействию доз УФ-В личинок выжили на второй день, а на третий день эксперимента погибли все личинки.

Третьей серьезной угрозой является Botrytis cinerea, тип серой плесени, часто называемой серой гнилью, которая может поражать 200 различных видов, как правило, это фрукты или цветы, включая клубнику, виноград и коноплю. Этот вредитель заносится, как правило, с улицы, в помещение для выращивания растений он попадает по воздуху или на обуви и одежде. Борьба с этим вредителем может включать использование системы дезинфекции воздуха и/или дезинфекции пола. Исследования показали, что очищение от спор Botrytis cinerea наиболее эффективно происходит с помощью облучения УФ-С. Mercier и соавторы (2001) с дозами УФ-С 440-2200 Дж/м2 достигли уровня дезинфекции более 90 %.

За последние несколько десятилетий значительно увеличился объем данных, подтверждающих пользу УФ-излучения для защиты сельскохозяйственных культур от плесени, ложной мучнистой росы и других вредителей растений, а также способность повышать лекарственные свойства растений (рис. 3). Однако по-прежнему существуют серьезные проблемы с тем, как успешно внедрить УФ-излучение в помещения для выращивания растений.

Рис. 3 Мучнистая роса и клещи представляют серьезную угрозу для многих культур но их количество может быть существенно уменьшено с помощью УФ-излучения

Соображения по интеграции УФ в освещение для теплиц

Ультрафиолетовая светодиодная система должна учитывать специфические требования к дозе ультрафиолетового излучения, необходимой длине волны и размещению источника излучения относительно растений. Также следует помнить об отведении тепла, конструкции оптики, источнике питания и драйвере и, самое главное, о материале линзы.

Определение необходимой дозы и длины волны

При выращивании растений в помещениях важно определить спектр, который наилучшим образом отвечает потребностям растений, поскольку потребность в разных длинах волн зависит от того, на какой стадии роста находятся растения и какого они вида. Например, в видимом спектре небольшой процент зеленого света (до 24% для некоторых видов) может быть полезен для стимуляции роста растений, но исследования показали, что он видоспецифичен и доле свыше 50% может вызывать пагубные последствия. То же самое верно и при включении УФ-излучения в сельскохозяйственное освещение - надо четко понимать, в чем именно нуждаются растения.

В некоторых случаях может потребоваться интеграция источника УФ-излучения в первичный источник освещения. Например, ресвератрол, лекарственное вещество, производимое растениями в ответ на стресс, получается в ходе химической реакции, которая требует УФ-А- излучения с длиной волны ниже 360 нм. Производители, заинтересованные в повышении уровня специфических флавоноидов или каннабиноидов, скорее всего, захотят использовать УФ-А, УФ-В или их комбинацию для достижения необходимого эффекта.

Если производитель заинтересован в предотвращении заражения конкретными вредителями растений, таких как мучнистая роса и паутинные клещи, в борьбе с ними решающее значение может иметь дополнительное облучение конкретными дозами УФ-В-излучения. Для лечения Botrytis cinerea ультрафиолетовое излучение можно интегрировать в системы, предназначенные для дезинфекции воздуха помещений, или использовать в качестве отдельного дополнительного облучения, применяемого в рамках регулярных циклов лечения растений дозами УФ-С. Принимая во внимание различные потребности и применения УФ-излучения в сельском хозяйстве, важно сотрудничать с компаниями - изготовителями облучающих устройств, которые понимают тонкости применения УФ-излучения как для увеличения роста растений, так и для дезинфекции и борьбы с вредителями.

Измерение светового потока

Независимо от того, оцениваете ли вы светильник или отдельные светодиодные компоненты, общая методология включает сравнение значений потока излучения, указываемых различными производителями. Однако следует проявлять особую осторожность и убедиться, что вы действительно сравниваете одно и то же измерение по различным параметрам, и имейте в виду, что многие компании недостаточно раскрывают параметры испытаний, включая наиболее важный фактор, называемый расстоянием. Не контролируя различия в этих параметрах, сравнивать числа бессмысленно.

Кроме того, многие из датчиков, представленных на рынке, предназначены только для измерения конкретных частей электромагнитного спектра и могут не правильно измерять отдельные части спектра, нередко включающие дальнюю красную часть видимого спектра и дальнюю УФ-часть невидимого спектра. Так, при оценке параметров освещения с помощью плотности фотосинтетического фотонного потока (PPFD) важно понимать, что датчик будет давать результат, пропорциональный числу фотонов, без учета того, что фотоны разных длин волн несут разную энергию. Разные длины волн имеют неодинаковую ценность и привлекательность для выращивания растений, при этом часть спектра может оказаться за границами диапазона чувствительности фотометра.

Энергия каждого фотона обратно пропорциональна длине его волны. Чем короче длина волны, тем более энергетичным является фотон, чем длиннее длина волны, тем менее энергетичен фотон. Поэтому красный свет несет меньше энергии, чем желтый или зеленый, хотя и является более желательным для растений с точки зрения фотосинтеза и других химических процессов, происходящих в растении. Другими словами, светильники, излучающие много желтого и зеленого света, могут давать более высокие значения PPFD, но при этом они не могут производить свет, необходимый растениям.

Если оценивать только параметры УФ-освещения, следует отметить, что, хотя существует широкий спектр УФ- радиометров, предназначенных для измерения УФ-излучения, создаваемого традиционными широкополосными ртутными газоразрядными лампами, которые в первую очередь генерируют УФ-С, эти радиометры не смогут должным образом измерить УФ-излучение, создаваемое УФ-светодиодами, особенно если конструкция светильника предполагает несколько полос ультрафиолетового излучения, не совпадающих с целевым спектром используемого датчика. Многие производители УФ-светодиодных чипов будут измерять поток УФ-излучения светодиодов в интегрирующей сфере, также известной как сфера Ульбрихта, однако это измерение не даст ответа на вопрос, что на самом деле будут испытывать растения.

Влияние линз

При выборе светодиодного освещения для растений очень важно помнить, что, хотя растения не могут получить слишком много света, они, безусловно, могут получить слишком много тепла. В то время как светодиоды более эффективны, чем ртутные лампы, исследования показывают, что УФ-светодиоды преобразуют только 15-25 % входной мощности в излучение. Оставшаяся часть мощности превращается в тепло, поэтому отведение тепла должно стать существенным элементом системы.

Кроме того, когда светильники испускают излучение с длинами волн в областях спектра, не требуемых растениями, фотоны, не поглощенные растением, в конечном итоге преобразуются в тепло, нагревая окружающую среду, в результате требуются более высокие затраты на охлаждение - это и постоянное потребление электроэнергии, и расходы на инфраструктуру.

Подобно покрытиям теплиц, некоторые типы линз, такие как внешний стеклянный колпак натриевого газоразрядного светильника, фактически блокируют большую часть ультрафиолетового излучения, переводя его в тепло.

Другим важным фактором при использовании ультрафиолетовых или даже синих светодиодов является то, что с течением времени большинство материалов линз подвержено значительной деградации, а это приведет к снижению эффективности и даже может стать причиной поглощения существенного количества тепла и в конечном итоге способно уничтожить сам светодиод (рис. 4).Однако новые достижения, в частности запатентованная технология компании Violet Gro, позволяют сочетать источник ультрафиолетового излучения с особым классом прозрачного для ультрафиолета материала линз, не подверженного указанным негативным эффектам. Эта уникальная линза, имеющая непосредственный контакт с УФ-светодиодами, позволяет выводить больше ультрафиолетового излучения и направлять его на освещаемые объекты, увеличивая эффективность и уменьшая тепловую мощность. Это выгодно как для срока службы светодиодов, так и для значительного снижения требований к охлаждению в помещении для выращивания растений.

Рис. 4 Пример светодиодов, разрушенных из-за избыточного тепла внутри линзы

Поскольку стоимость УФ-светодиодов продолжает снижаться, резко возрастает возможность эффективно включать УФ-излучение в процесс выращивания растений с учетом выбора правильных длин волн, дозировки и нужного времени жизненного цикла конкретных видов растений. Это позволит провести дальнейшие исследования и разработку УФ-решений, в том числе определение оптимальных комбинаций ультрафиолетовых длин волн и доз для достижения желаемых эффектов для конкретных видов растений.

Независимо от желаемых результатов - роста растений или борьбы с вредителями - для эффективности и долговечности светильников УФ- светодиоды по-прежнему необходимо сочетать с соответствующей пропускающей ультрафиолет линзой, которая позволяет передавать УФ-излучение без риска деградации или разрушения линзы и самого светодиода.

Читайте также: