Спектр для растений длина волны

Спектры в агрофотонике

Выращивание овощей и фруктов в искусственных условиях не является принципиально новой технологией. Однако, интенсивный рост населения планеты в последние годы приводит к повышению уровня потребления продуктов. Это делает актуальными вопросы повышения производительности и эффективности систем искусственного выращивания растений.

Введение

Производительность всей системы выращивания определяет количественный критерий оценки – например, полезная масса сухого вещества или объем целевого экстракта из листьев/корней. Для качественной оценки можно анализировать химический состав растений и морфология (отклонение формы и размеров стебля/листьев/плода).

Для большинства культур лучший урожай и качество продукции могут быть получены при обеспечении растениям комфортных условий, где все основные физиологические потребности максимально приближены к естественным уровням.

Таким образом, в большинстве практических задач за эталон для сравнения и оценки результатов искусственного выращивания можно брать растение, выращенное в естественных условиях. Естественные условия для конкретной культуры, как правило, соответствуют климату в регионе его изначального происхождения.

Основы

Рассматривая процесс выращивания растений как замкнутую систему, можно выделить следующие основные факторы, влияющие на результат (см. рис. 1):

– солнечный свет, основной источник энергии
– содержание диоксид углерода (СО2) в воздухе (углерод – основной элемент, используемый для формирования новых клеток)
– вода, в основном, как источник кислорода, входящего в ее состав, необходимого для реакции фотосинтеза
– температура окружающего воздуха.

Оптимальная температура фотосинтеза для большинства растений средней полосы составляет примерно 20—25°С. Например, для подсолнечника повышение температуры в интервале от 9 до 19°С увеличивает интенсивность фотосинтеза в 2,5 раза. [1]

Так, при фотосинтезе за счет энергии света происходит образование органических веществ (углеводов) при участии хлорофилла. Хлорофилл (от греч. χλωρός, «зелёный» и φύλλον, «лист») — зелёный пигмент, окрашивающий хлоропласты растений в зелёный цвет [1].

Таким образом, количество света является важным фактором, влияющим на интенсивность роста растений. [2]

Также на протяжении многих лет эволюции этот процесс адаптировался к суточному циклу “день/ночь”. Днем под воздействием света вода разделяется на кислород и водород, а растение запасает энергию и питательные вещества. Ночью, в темноте углекислый газ под воздействием запасенной энергии соединяется с водородом, образуя молекулы углеводов, т.е. происходит собственно рост культуры.

Таким образом, при искусственном выращивании растений важно обеспечить не только высокую освещенность, но и правильную цикличность включения света, чтобы получить лучший результат.

О спектрах

Современные светодиодные технологии позволяют форматировать сложные спектры освещения растений. Рассмотрим, каким образом спектр влияет на процесс роста.

На рис. 2 детально показаны энергетические спектры поглощения базовых пигментов растения.

Видно, что помимо традиционно упоминаемых пигментов хлорофилла с пиками поглощения в диапазоне 400-500 нм и 650-700 нм, на процессы роста также влияют вспомогательные пигменты из семейства светособирающих фикобилипротеинов.

В некоторых исследованиях спектры поглощения основных пигментов суммируются для формирования “универсального” спектра, форма которого показана на рис. 3.

Для количественной оценки светового воздействия на растения используется фотосинтетически активная радиация (ФАР). В англоязычной литературе – Photosynthetic Photon Flux (PPF). Поток ФАР/PPF измеряется как число фотонов, излучаемых источником света, которые могут быть поглощены растением при фотосинтезе (диапазон длин волн от 400 до 700 нм).

Величина PPF рассчитывается без учета неравномерного поглощения растением различных энергии различных длин волн. Поэтому в дополнение к PPF иногда используется величина YPF – Yield Photon Flux – т.н. усваиваемый растением поток фотонов. Для расчета YPF используется взвешенное значение ФАР и спектр эффективности фотосинтеза как весовые коэффициенты.

Спектр эффективности фотосинтеза показан на рис. 4.

Кривая весового коэффициента для фотонов (Photon-weighted) позволяет перевести PPFD в YPF; кривая весового коэффициента энергии (energy-weighted) позволяет сделать то же самое для ФАР, выраженной в ваттах или джоулях.

Рассмотрим подробнее, как влияет на растения излучение в различных участках этого диапазона.

Ультрафиолет C (280 – 315 нм)

Облучение растений таким излучением имеет негативные последствия, может приводить к гибели клеток и обесцвечиванию листьев/плодов.

Ультрафиолет B (315- 380 нм)

Это излучение не имеет видимого эффекта на растения.

Ультрафиолет A (380 – 430 нм)

Передозировка ультрафиолетового излучения может быть опасна для листвы, однако малые дозы излучения поглощаются в процессе цветения и созревания плодов и влияют на цвет и биохимический состав (вкус). Как правило, дозы, получаемые растением под воздействием естественного света, достаточны для поддержания этих процессов.

Синий свет (430-450 нм)

Как показано выше, эта часть спектра хорошо поглощается большинством основных пигментов растения. Эта часть спектра может влиять на морфологию растения: размер и форму куста/листьев, длину стебля. Ряд исследований показывает лучшую эффективность синего цвета на раннем этапе развития растения (вегетативная фаза).
Синий свет способствует открытию устьиц, увеличению количества белка, синтезу хлорофилла, делению и функционированию хлоропластов, сдерживанию роста стебля.

Зеленый свет (500-550 нм)

Значительная часть этого диапазона отражается от листьев, однако нельзя недооценивать роль и этого участка спектра на полноценное развитие растений. Так, например зеленое излучение, отражаясь от верхних листьев растения, обладает лучшей проникающей способностью и способствует более равномерному развитию листьев, на нижних уровнях, находящихся в тени более крупных соседей (рис. 5) [5].

Также, управление уровнем зеленого в спектре облучения позволяет контролировать время наступления и длительность фаз прорастания и цветения.

Оранжевый свет (550-610 нм)

С точки зрения рассмотренных выше спектров поглощения хлорофиллов, этот диапазон имеет незначительный уровень отклик. Однако, успешный опыт применения натриевых ламп, излучение которых в основном лежит в этом диапазоне, подтверждает, что фактически растения способны развиваться даже при не оптимальном спектральном составе освещения.

Красный (610-720 нм)

Наиболее эффективный диапазон, с точки зрения количества фотонов, поглощаемых растением в процессе на всех этапах развития.
Красный свет способствует цветению, прорастанию почек, росту стеблевых листьев, опадению листьев, спячке почек, этиоляции и т.д.

Дальний красный (720-1000 нм)

Несмотря на незначительный отклик в спектрах поглощения основных пигментов, дальний красный диапазон выполняет своего рода “сигнальную” функцию – как и в случае с зеленым цветом, корректировка уровня дальнего красного позволяет повлиять на время наступления и длительность фазы цветения и плодоношения.

Инфракрасный (1000 нм и выше)

Все излучение в этом диапазоне конвертируется в тепло, дополнительно влияющее на температуру растения.

Следует помнить, что для естественного солнечного света более 50% энергии излучается именно в инфракрасном диапазоне. Если растение в искусственных условиях облучается только в диапазоне 400-700 нм, то нужно дополнительно предусмотреть запас мощности в системе отопления для поддержания комфортной температуры.

Потребности растения на разных этапах роста

Как было отмечено выше, свет является не только источником энергии, контролирующим фотосинтез. Различные участки спектра воспринимается растением как сигналы, влияющие на многие аспекты роста и развития (прорастания, деэтиоляция) Изменения в развитии растений, связанные со светом являются результатом фотоморфогенеза.

На схеме на рис.6 показаны основные эффекты, стимулируемые различными цветами на протяжении жизненного цикла растения.

Рассмотрим более подробно влияние света на различных этапах

Синтез хлорофилла

Самое большое количество хлорофилла вырабатывается при синем свете, меньшее – при белом и красном, самое меньшее – при зеленом свете и в тени. При разном свете, соотношение хлорофилла A и B также не одинаковое. Самая большая разница в соотношении А и B при желтом и синем свете. Красный свет способствует большой выработке хлорофилла типа A.

Для светолюбивых растений подходит синий свет, для тенелюбивых растений подходит красный свет.

Цветение

Соотношение между длительностью светового периода и периода темноты называется фотопериодом. Общая протяженность суток – 24 часа, однако в зависимости от разной широты и времени года, протяженность дня и ночи неодинаковая. В зависимости от разных климатических условий и места произрастания, фотопериод у разных растений неодинаков. Цветение, опадение листьев, спячка почек – всё это является реакцией растения на изменение фотопериода.

Растения, которые готовы начать цвести, зацветут при наступлении подходящего фотопериода. Количество дней до начала цветения определяется возрастом растения. Чем старше растение, тем оно быстрее зацветет. Под воздействием фотопериода оказываются листья растений. Чувствительность листьев к изменению фотопериода связана с возрастом растения. Чувствительность старых листьев и молодых листьев неодинаковая. Наиболее чувствительными к изменению фотопериода являются растущие листья.

Накопление питательных веществ и рост растений регулируются излучением в красном и дальним красном диапазоне. Размножение определяется, синим светом. Фитохром, содержащийся в листьях, может принимать сигналы красного света и дальнего света. Растение готовое к цветению, зацветет, если последнее излучение будет красным дальним светом.

На рис. 7 показаны спектры поглощения растений при синтезе хлорофилла, фотосинтезе и фотоморфогенезе.

Светодиоды

Современные мощные светодиоды, применяемые в искусственном освещении растений, позволяют сформировать монохромное излучение фактически в любой части спектра, рассмотренной выше.
Примеры спектров светодиодов показаны на рис. 8

Стоит отметить светодиоды с длиной волны 450 нм (“глубокий синий”) и 660 нм (“дальний красный”), как составляющие, совпадающие с пиками поглощения хлорофиллов. Как было отмечено выше, наличие светодиодов пиком излучения в других частях спектра, позволяет дополнительно стимулировать другие участки спектра поглощения. Белые люминофорные светодиоды (серая кривая на рис. 8) имеют в составе своего спектра относительно широкую область излучения люминофора, а также синий пик непоглощенного люминофором излучения синего кристалла.

Комбинация светодиодов различных цветов в одном светильнике с возможностью независимого управления позволяет сформировать фактически любой спектр для конкретной культуры и фазы ее развития.
Примеры спектров, используемых в различных сценариях освещения растений,показаны на рис. 9

Отдельно стоит рассмотреть спектр облучения, получаемый растением, когда на него воздействует одновременно естественное излучение и излучение системы светодиодной досветки.
Предположим. что в светильнике для досветки используются синие и красные светодиоды в соотношении примерно 1:2 (по уровню энергии), для стимуляции хлорофиллов на стадии вегетативного роста.

Пример такого спектра показан на рис. 10

В реальности же на листья растений будет также воздействовать спектр солнечной радиации, и суммарный спектр облучения будет выглядеть следующим образом (рис. 11).

Видно, что в этом случае растение монохромная досветка в сочетании с широкополосным естественны излучением дает спектр, стимулирующий все основные зоны поглощения растений. Результирующий спектр по форме близок к суммарному спектру поглощения всех основных пигментов растения, рассмотренному выше.

Заключение

Подводя итоги данного обзора можно отметить следующее:

Спектральный состав света является важным фактором для продуктивного выращивания культур в искусственных условия, однако, не первичным. Получить прирост урожая за счет оптимизации спектра можно при обеспечении растению достаточного уровня базовых потребностей (температура, вода, CO2, вентиляция). Количество света также является более приоритетным параметром по сравнению с его спектральным составом.

Современные светодиоды позволяют эффективно сформировать излучение в спектральном диапазоне поглощения растений. Причем возможно применение т.н. монохромных светодиодов с различными цветами (длиной волны излучения) и традиционных белых “люминофорных” светодиодов, обеспечивающих равномерное широкополосное излучение.

Наличие в светильнике светодиодов с различными цветами и технологии независимого управления ими позволяет исследовать влияние спектра на эффективность выращивание отдельно взятой культуры в конкретных условиях и выработать оптимальный баланс цветов для лучшей урожайности.

Список литературы

Физиология растений. Н.И. Якушкина. Издательство: “Владос”. Год: 2004

Исследования над образованием хлорофилла у растений. Монтеверде Н. А., Любименко В. Н. Известия Императорской Академии наук. VII серия. — СПБ., 1913. — Т. VII, № 17. — С. 1007–1028.

Создание эффективных светодиодных фитосветильников. Cакен Юсупов, Михаил Червинский, Екатерина Ильина, Владимир Смолянский. Полупроводниковая светотехника N6’2013

Contributions of green light to plant growth and development. Wang, Y. & Folta, K. M. Am. J. Bot. 100, 70-78 (2013).

Спектры света для роста растений

Выбор спектра

Основными и самыми эффективными светодиодами для растений, являются синие и красные с длинами волн 660 нм и 455 нм
Почему такие?
Посмотрим спектр поглощения света растениями:
“>

Хлорофилл – зеленый цвет (поглощает синий и красный).
Каротины – желтый, оранжевый, красный цвета (поглощает синий).
При этом разные пигменты поглощают по разному, а что они не поглощают, они отражают, и именно этим обуславливается цвет самого растения.

Учёными доказано, что источником энергии для фотосинтеза служат преимущественно красные лучи спектра, на что указывает спектр активности фотобиологических процессов, где наиболее интенсивная полоса поглощения наблюдается в красной, и менее интенсивная – в сине-фиолетовой части.
почему лист растения зеленый? Потому, что его поверхность отражает, а значит – не поглощает зеленый свет. Это свойство объясняется присутствием в зеленом листе пигмента хлорофилла. А поглощает хлорофилл свет (а значит и энергию) из красной (660 нм) и синей (445 нм) областей спектра дневного света.
Желто-зеленая составляющая дневного света, практически, бесполезна, на графике там провал, для роста и жизни растения нужен красный и синий свет.

Фотоморфогенез – это процессы, происходящие в растении под влиянием света различного спектрального состава и интенсивности. В этих процессах свет выступает не как первичный источник энергии, а как сигнальное средство, регулирующее процессы роста и развития семени. Оказывается, кроме хлорофилла, в любом растении есть еще один замечательный пигмент – фитохром. Пигмент – это белок, имеющий избирательную чувствительность к определенному участку спектра белого света.

Особенность фитохрома заключается в том, что он может принимать две формы с различными свойствами, под воздействием красного света 660 нм и дальнего красного 730 нм, он обладает способностью к фотопревращению. Причем поочередное кратковременное освещение тем или другим красным светом аналогично манипулированию любым выключателем, имеющим положение «ВКЛ-ВЫКЛ», т.е. всегда сохраняется результат последнего воздействия. Но тут еще нужно поискать информацию или поєкспериментировать самому.
Про периоды освещения, о длительности дня и ночи я распишу позже!

Это свойство фитохрома обеспечивает слежение за временем суток (утро-вечер), управляя периодичностью жизнедеятельности растения. Более того, светолюбивость или теневыносливость того или иного растения также зависит от особенностей имеющихся в нем фитохромов. Из-за чего сложно создать универсальную лампу для всех растений.

Фитохром, в отличие от хлорофилла, есть не только в листьях, но и в семени. Участие фитохрома в процессе прорастания семян для некоторых видов растений таково: красный свет стимулирует процессы прорастания семян, а дальний красный – подавляет. Возможно, что именно поэтому семена и прорастают ночью. Хотя, это и не является закономерностью для всех растений. Но, в любом случае, красный свет полезнее так как он стимулирует, а дальний красный – подавляет активность жизненных процессов растения.

Экспериментальным путём получили, что красного должно быть больше. Для разных растений пропорции разные. Вот оказывается если томатам хорошо при большом количестве красного, то огурцы начинают погибать или сильно увеличивать свои листья.

Адениумы – растения, которые в родных местах произрастания получают максимум красного спектра. В Африке и арабских странах, рассветы и закаты длятся не долго, солнце быстро заходит и встаёт, а так же там очень мало пасмурных дней. А значит и синего света мало.
Из различных экспериментов, пришли к выводу, что пропорции красных и синих светодиодов примерно 1синих:2красных для активной фазы вегетации и
при стадии созревания плодов светолюбивых растений это соотношение возрастает до 1:8

Так же нужно учитывать, в каких условиях находятся растения, попадет на них естественный свет или нет, если попадает, то преимущественно какой? Если растения находятся в гроубоксе или скажем в подвале, то некоторым растениям понадобятся другие спектры, их можно им дать, если установить какое-то количество белых светодиодов, можно подключить и ультрафиолетовые, если того требуют экзотические растения. Расти без УФ могут почти все растения, но выделять, скажем, эфирные масла – не все. Пример – Укроп. Без ультрафиолета он не такой ароматный.

В теплицах иногда совмещают два типа искусственного освещения -это натриевые лампы, в которых много красного спектра и плюс светодиоды. Ведь установить на большие площади необходимое количество светодиодов требует больших вложений.

в многочисленных отчётах и опытах, встречаются такие соотношения:
для вегетации от 1:2 до 1:4
для созревания плодов от 1:4 до 1:8
почему так много красного?
Но стоит учесть, что в теплицах есть еще и естественный свет, который и компенсирует необходимый баланс.
Для выращивания в закрытом грунте, обычно применяют 1:2 – 1:4 в зависимости от растений.
я так же встречал, как выращивают практически под одним синим спектром материнские растения, видимо для дальнейшего производства клонов и укоренения их.
Сочетание спектров так же влияет на проявление половых признаков растений. У канабиса появление женских растений резко возрастает, если при первых неделях роста будет преобладать синий спектр.
Для адениумов я бы рекомендовал соотношение синих к красным, с диной волны 660 нм и синих 440-445 нм, от 1:3 до 1:4 если вы выращиваете их не в гроубоксе, можно добавить немного белых. Если добавить зелёных, для глаз свет будет белым или почти белым, в зависимости от количества, но для растений он останется не замеченным.

Выбор мощности
Тут так же зависит от места и условий, а также от культуры которая будет расти.
Можно условно разделить растения на светолюбивые, светолюбивые и плодоносящие, и не требовательные.
плодоносящие светолюбивые, это например томаты или клубника. Им необходимо много света и чем его больше, тем выше урожай.
Не требовательные, это салат, тропические растения, многие комнатные растения. Ну и просто светолюбивые, с этим понятно.

Какая мощность нужна?
Из личного опыта и из наблюдений за другими, я сделал вывод:

Для теплиц:
не требовательные 10-40 Вт на м2
светолюбивые растения 20-60 Вт на м2
плодоносящие 50 Вт на м2 и более, можно увеличить в несколько раз.
Обычно используют в теплицах для выдерживания длительности дня, так что бы не ниже 12/12, день/ночь, в дневное время досвечивание увеличивает рост и ускоряет созревание, а так же добавляет красного спектра, которого очень мало в осенние и весенние дни.

без естественного света:
не требовательные 40-80 Вт на м2
светолюбивые растения 50-100 Вт на м2
плодоносящие 150 Вт на квадратный метр и более.

Нужно знать, что чем выше висит лампа, тем меньше света, а при увеличении расстояния в 2 раза, света будет меньше в четыре раза. Вот такая она квадратичная зависимость.

Встречаются расчёты для натриевых и люминесцентных ламп в люксах и люменах. В случае расчёта с лампами светодиодными для растений, необходимо учитывать много составляющих и обычно считают просто в Ваттах. Что бы дать расчётные данные, нужно провести много расчетов, а мерить прибором, нужно одинаковые лампы. Ведь освещенность 5 белых светодиодов будет на много выше 5 красных с длиной волны 660 нм. а толку от белых будет на много меньше!

Люкс – это единица измерения освещенности. Люкс равен освещенности поверхности площадью 1 кв.м. при световом потоке от источника в 1 лм.
На практике основное значение имеет показатель освещенности на рабочей поверхности, измеряемый в Лк (Люкс) с помощью специального прибора – люксметра.

Какие светодиоды выбрать, для освещения растений?
Синие и красные светодиоды с длинами волн 650-660 нм в красном и 440-460 нм в синем. Пики приходятся в 660nm и 445nm
Это не значит, что при длинах волн 630 нм и 465 нм будет плохо расти, просто будет чуть-чуть ниже эффективность. На сколько – не скажу.

Красный свет плохо проникает через слои листвы, синий лучше.
Светодиоды можно располагать очень близко к растению, до 5 см. не боясь опалить растение. Сильно нежные листики, всё же лучше располагать не ближе 10 см. от верхних листьев. При выращивании высоких растений, нужно думать о боковом освещении, так как нижние ярусы будут недополучать свет.

Рассада растений: свет и спектр

Много кто из цветоводов-садоводов, имеющих в своем «послужном списке» попытки выращивания рассады, стоял перед неприятной преградой для отличного урожая в виде “вытягивания” рассады (особенно актуально при посеве весной в условиях отсутствия хорошей освещенности).

Давайте разберемся в причинах проблемы и найдем пути для ее устранения.
Сначала немного теории.

Спектр дневного света

Со школьной скамьи все знают, что фраза « К аждый О хотник Ж елает З нать – Г де С идит Ф азан» предоставляет список цветов в обратном порядке (справа – налево), на которые раскладывается луч света при преломлении

Видео о влиянии спектра света на рост растений.

Для цвета или спектральной составляющей главной характеристикой является длина волны, измерением которой производится в нанометрах. Белый цвет характеризуется длиной волны, равной 400 — 800 нм. В частотном диапазоне фиолетовый цвет находится внизу (короткие волны, 400 нм), а красный вверху (длинные волны, 800 нм). В первом случае имеем дело с ультрафиолетовым излучением, во втором с инфракрасным излучением ). Хотелось бы заметить сразу, что в случае с растениями красный цвет делится на просто красный (660 нм) и дальний красный (730 нм ), причем оба имеют важное значение.

Видео тест о выращивании рассады под лампами с разным сочетанием спектров.

Возникает логичный вопрос: почему дневной свет белый, а окружающий нас мир цветной ? Почему предметы, явления, объекты имеют тот или иной цвет ?
Ответ предельно прост: если частицы непрозрачного предмета обладают свойством отражения, например, красного цвета и поглощения других цветов, то предмет будет красным. Точно так же дело обстоит и с другими цветами.

Фотосинтез

Давайте рассмотрим процесс жизнедеятельности взрослого растущего зеленого растения. Обязательными условиями для существования являются: солнце, воздух и вода (а также минеральное питание из почвы).
Солнечный дает растению необходимую энергию, воздух (а точнее диоксид углерода, т.е. углекислый газ)—углерод, главный строительный материал,а вода—кислород, содержащийся в ней на молекулярном уровне.

В результате взаимодействия перечисленных трех компонентов в процессе фотосинтеза при помощи специального пигмента хлорофилла образуются органические соединения—углеводы.

При свете дня происходит разделение воды на кислород и водород, а также запасание энергии.
В ночной же темноте благодаря запасам энергии наблюдается соединение углекислого газа с водородом, что имеет следствием образование углеводов.

Важной деталью является то, что кислородом, выделяющимся при дневной фазе фотосинтеза дышат все живые существа на земле.

Фотоморфогенез

Фотоморфогенез—это совокупность процессов, которые можно наблюдать в растении под воздействием освещения, которому характерны разнообразная спектральный состав и интенсивность.
В данном случае свет является не столько источником энергии, сколько сигнальным средством, которое регулирует процессы жизнедеятельности растения, в частности, рост и развитие.
Это можно сравнить с работой светофора на перекрестке. Разве что в управлении задействованы не красный- желтый-зеленый, а иные цвета: синий, красный и дальний красный.

Рассмотри процесс прорастания семени более внимательно.
Проснувшись в темном грунте, семя начинают прорастать, стремясь вверх, к солнцу.
Следует заметить, что даже посеянные поверхностно семена и вообще рассада, стоящая на светлом месте делает скачок в росте исключительно в ночное время суток, в темноте. Именно поэтому любоваться массовыми всходами можно лишь по утрам.

Однако, снова взглянув и понаблюдав за нашим целеустремленным ростком, стремящимся на поверхность, можно заметить интересную особенность: он будет интенсивно расти до того момента ,пока не получит знак-сигнал от природы «Можно сбавить темп, ты уже на поверхности, значит выживешь».
Этим уведомлением для него служит не воздух, влага или сейсмические колебания, а кратковременный импульс красного излучения (приходит на ум мысль ,что соответствующий сигнал светофора люди позаимствовали у природы).

До получения светового сообщения росток будет находится в этиолированном состоянии, для которого характерны бледноватый вид и крючкообразная форма.

Наблюдаемый крючок —это не что иное, как эпикотиль или гипокотиль, т.е. способ защиты почечки (точки роста), нужной в его непростом пути к солнцу.

Вышеописанное состояние будет сохранятся до того времени, пока рост продолжается в темноте.
Для того, чтобы вывести растение из этого состояния следует проводить ежедневное кратковременное освещение длительностью 5-10 мин.

Красный цвет

Давайте подробнее рассмотрим причины описанного явления. Оказывается, что помимо хлорофилла, каждое растение содержит в себе еще один чрезвычайно важный пигмент—фитохром, белок многократно усиливающий способность растения улавливать свет и его спектральные оттенки.
Отличительной чертой фитохрома является то, что он способен принимать две формы, которые отличаются друг от друга, и зависят от воздействия красного света (660 нм) и дальнего красного света (730 нм) соответственно. Поэтому поочередное облучение 2 типами красного света равнозначно манипулированию переключателем, имеющим значения «вкл/выкл».

Именно описанные черты фитохрома отвечают за соблюдение «режима дня» растениями и управлением периодичностью жизненных циклов.
Кроме того, за цветение растений также отвечает этот пигмент. Ну и как уважаемый читатель уже мог догадаться, теневыносливость и светолюбивость растений также связаны с фитохромом.

Теперь становится понятен принцип явления, благодаря которому в нашем ростке, оказавшемся на поверхности и получившем даже кратковременную долю освещения, запускается процесс деэтиоляции.
Все это происходит благодаря лучам обычного красного света, которых в в дневных солнечных лучах значительно больше, нежели дальнего красного.

Пытливый садовод-любитель непременно задастся вопросом, как же различить 2 вида красного света ?
Ответ предельно прост. Как всем известно, красный свет граничит с инфракрасным, т.е. тепловым излучением, а значит чем «теплее» свет по восприятию кожей, тем он более превалирует в нем дальних красных лучей.
Представление об описанном свойстве можно получить просто поднеся руку к обычной лампе накаливания, а затем к более «холодной» люминесцентной лампой дневного света.

Синий свет

Прояснив ситуацию с красным светом, давайте расставим точки над i с вопросом синего света—нашим фазаном из приведенной детской считалки в начале статьи, которые непосредственно воплощают фиолетово-синюю часть спектра—и выясним, как же он влияет на жизнедеятельность растений.
Следует заметить, что наличие или отсутствие желто-зеленого цвета никак не влияет на развитие растения.

Итак, синий свет имеет крайне важное значение, потому как он содержит в себе другой пигмент—криптохром, который очень чувствителен к освещению в диапазоне 400-500 нм.
У взрослых растений синий цвет отвечает за регулирование ширины устьиц листьев, за вытягивание листьев вслед за солнцем и подавление прорастания семян и роста стебля. Последний пункт очень важен для предотвращения «вытягивания» рассады.
Еще одно интересное наблюдение связанное с подавлением роста стебля: со стороны освещения рост клеток тормозится, поэтому стебель становится изогнутым в сторону источника света.
Пожалуй, все имели возможность видеть рассаду изогнутую в сторону окна.
Так вот, это благодаря синему свету. Данное явление имеет название фототропизма.

Ультра-фиолетовая часть спектра, которая также относится к синему цвету имеет следствием влияния торможение растяжения клеток, но ускорение их влияния.
Именно поэтому альпийские растения имеют низкорослую форму, а их «сородичи», растущие в теневых местах или под стеклом наоборот—вытягиваются.

Практические выводы

Давайте попробуем сделать для себя определенные выводы, которые помогут нам на практике.
Прежде всего нас интересуют условия квартиры ранней весной и вытекающая из этого необходимость в искусственном освещении (по причине короткого светового дня) , что имеет большое значение по причине множества опасностей, подстерегающих нас. Очевидно, что все намного проще в более позднее время в условиях открытого пространства (например, в саду), потому как роль освещения берет на себя солнце.

Возникает первый вопрос: где лучше разместить рассаду ? В темноте или на свету ?

1) На свету.
Преимущество—сразу же после прорастания, побег гарантировано получит дозу необходимого красного света для выхода из этиолированного состояния.
Недостаток—возможно наблюдение тормозящего действия на развитие семян.

2) В темноте.
Преимущество—больше шансов на прорастание, поскольку исключено возможное угнетающее действие синего и красного света.
Недостаток—возможное появление «вытянутой» рассады, при отсутствии своевременной реакции на появившиеся всходы.

Первый вариант выглядит более предпочтительным, если нет возможности все свободное время уделять рассаде.
Но следующий вариант будет наилучшим решением. Днем рассада находится в темном месте, а ночью, во время роста растений, помещать ее на подоконник к свету. После ночного прорастания, вот оно утреннее солнце. Тогда будет как в пословице: «И волки сыты, и овцы целы».
Есть еще вариант на любителя: в пасмурную погоду 10 минут светить на рассаду по утрам искусственным светом.

Второй немаловажный вопрос: каким светильником пользоваться.
Тут прежде всего следует учитывать спектральную характеристику прибора, а мощность и другие параметры уже второстепенна. Несмотря на то, что, порой, информация может быть несколько приукрашена производителем, нужные данные без проблем можно найти.
Разумеется, здесь речь идет не о профессиональном оборудовании.

Обычные лампы накаливания совершенно не подходят, потому как они содержат слишком большое количество инфракрасного и желтого излучения, но крайне мало синего. На этом фоне применение люминесцентной лампы дневного света выглядит куда как более целесообразным по причине достаточного количества синего цвета при малом облучении красным спектром гаммы.
Конечно, лучше всего пользоваться искусственным освещением в ранние утренние и/или поздние часы, предоставив растениям насладиться солнечным светом из окна в дневное время.

Подытоживая все написанное, позволю себе адаптировать считалку про радугу на иной манер, характерный нам, садоводам.

Пускай, вместо « К аждый О хотник Ж елает З нать – Г де С идит Ф азан» ,
будет « К аждый Ф илин Г адает, где З айцы Ж ирнее»—при выращивании растений красный ,фиолетовый и синий цвета крайне важны, в то время как зеленый, желтый и оранжевый не имеют почти никакого значения.

Белый свет для растений

Красный, белый, голубой синий? Выбирай себе любой!

Фотосинтез и свет

Солнечный свет необходим для растений на любой стадии развития. Основными характеристиками света являются его спектральный состав, интенсивность, суточная и сезонная динамика. Недостаток света – сокращение продолжительности светового дня и малая интенсивность освещения – приводят к гибели растения. Свет – единственный источник энергии, обеспечивающий функции и потребности зеленого организма. Для восполнения недостатка солнечного света применяется досветка растений. Наиболее распространенные инструменты – лампы ДНаТ и светодиодные светильники.

Фотосинтез – основа жизни растения. Энергия квантов света преобразует получаемые растением неорганические вещества в органические.

Свет разных длин волн по-разному влияет на интенсивность фотосинтеза. Первые исследования на эту тему были проведены еще в 1836 г. В. Добени. Физик пришел к выводу, что интенсивность фотосинтеза пропорциональна яркости света. Наиболее яркими лучами в то время считались желтые. Выдающийся российский ботаник и физиолог растений К.А. Тимирязев в 1871–1875 гг. установил, что зеленые растения наиболее интенсивно поглощают лучи красной и синей части солнечного спектра, а не желтые, как это считалось ранее. Поглощая красную и синюю часть спектра, хлорофилл отражает зеленые лучи, из-за чего и кажется зеленым. На основании этих данных немецкий физиолог растений Т. В. Энгельман в 1883 г. разработал бактериальный метод изучения ассимиляции углекислого газа растениями, который подтвердил, что разложение углекислого газа, (а, значит, и выделение кислорода) у зеленых растений наблюдается в дополнительных к основной окраске (т.е. зеленой) лучах – красных и синих. Данные, полученные на современном оборудовании, полностью подтверждают результаты, полученные Энгельманом более 130 лет назад.

Рис.1 – Зависимость интенсивности фотосинтеза зеленых растений от длины световой волны

Максимальная интенсивность фотосинтеза – под красным светом, но одного красного спектра недостаточно для гармоничного развития растения. Исследования показывают, что салат, выращенный под красным светом, имеет большую зеленую массу, чем салат, выращенный под комбинированным красно-синим освещением, но в его листьях значительно меньше хлорофилла, полифенолов и антиоксидантов.

ФАР и ее производные

Фотосинтетически активная радиация (ФАР, PPF – Photosynthetic Photon Flux) – та часть доходящей до растений солнечной радиации, которая используется ими для фотосинтеза. Измеряется в мкмоль/Дж. ФАР можно выражать в единицах энергии (интенсивность излучения, Ватт/м 2 ).

Фотосинтетический фотонный поток (PPFD – Photosynthetic Photon Flux Density) – суммарное число фотонов, излучаемых в секунду в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм (мкмоль/с).

Значение ФАР не учитывает разницу между разными длинами волн в диапазоне 400 – 700 нм. Кроме того, используется приближение, что волны за пределами этого диапазона имеют нулевую фотосинтетическую активность.

Если известен точный спектр излучения, можно оценить усваиваемый растением поток фотонов (YPF – Yield Photon Flux), представляющий собой ФАР, взвешенную в соответствии с эффективностью фотосинтеза по каждой длине волны. YPF всегда несколько меньше PPF, но позволяет более адекватно оценивать энергетическую эффективность источника света.

Для практических целей достаточно учесть, что зависимость почти линейна и PPF для 3000 К больше YPF примерно на 10%, а для 5000 К – на 15%. Что означает примерно на 5% большую энергетическую ценность для растения теплого света по сравнению с холодным при равной освещенности в люксах.

Эффективность белых светодиодов

Выделенный и очищенный хлорофилл invitro поглощает только красный и синий свет. В живой же клетке пигменты поглощают свет во всем диапазоне 400–700 нм и передают его энергию хлорофиллу.

Несколько фактов о белых светодиодах:

1. В спектре всех белых светодиодов, даже с низкой цветовой температурой и с максимальной цветопередачей, как и у натриевых ламп, очень мало дальнего красного (рис. 2).

Рис. 2. Спектр белого светодиодного (LED 4000K Ra = 90) и натриевого света (HPS)

в сравнении со спектральными функциями восприимчивости растения к синему (B),

красному (Ar) и дальнему красному свету (Afr)

В естественных условиях затененное пологом чужой листвы растение получает больше дальнего красного, чем ближнего, что у светолюбивых растений запускает «синдром избегания тени» – растение тянется вверх. Помидорам, например, на этапе роста (не рассады!) дальний красный необходим, чтобы вытянуться, увеличить рост и общую занимаемую площадь, и, следовательно, урожай в дальнейшем. Под белыми светодиодами и лампами ДНаТ растение чувствует себя как под открытым солнцем и вверх не тянется.

2. Синий свет обеспечивает фототропизм – «слежение за солнцем» (рис. 3).


Рис. 3. Фототропизм – разворот листьев и цветов, вытягивание стеблей

на синюю компоненту белого света

В одном ватте потока белого светодиодного света 2700К фитоактивной синей компоненты вдвое больше, чем в одном ватте натриевого света. Причем доля фитоактивного синего в белом свете растет пропорционально цветовой температуре. Если разместить рядом с растением лампу с интенсивным холодным светом – оно развернет соцветия в сторону лампы.

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

[эфф.мкмоль/Дж],
где η – светоотдача [Лм/Вт],

Ra – индекс цветопередачи,

CCT – коррелированная цветовая температура [К]

Эта формула может быть использована для расчета освещенности, чтобы при заданной цветопередаче и цветовой температуре обеспечить требуемое значение YPF , например, 300 эфф.мкмоль/с/м 2 :

Табл.1 – Освещенность (лк), соответствующая 300 эфф.мкмоль/с/м 2

Из таблицы видно, что чем меньше цветовая температура и выше индекс цветопередачи, тем ниже необходимая освещенность. Однако, учитывая, что светоотдача светодиодов теплого света несколько ниже, ясно, что подбором цветовой температуры и цветопередачи нельзя энергетически значимо выиграть или проиграть. Можно лишь скорректировать долю фитоактивного синего или красного света.

4. Для практических целей можно использовать правило: световой поток 1000 лм соответствует PPF=15мкмоль/с, а освещенность 1000 лк соответствует PPFD=15мкмоль/с/м 2 .

Более точно рассчитать PPFD можно по формуле:

PPFD = [мкмоль/с/м 2 ],

где k – коэффициент использования светового потока (доля светового потока от осветительной установки, падающая на листья растений)

F – световой поток [клм],

S – освещаемая площадь [м 2 ]

Но k – величина неопределенная, что увеличивает неточность оценки.

Рассмотрим возможные значения для основных типов осветительных систем:

Точечные и линейные источники.

Освещенность, создаваемая точечным источником на локальном участке, падает обратно пропорционально квадрату расстояния между этим участком и источником. Освещенность, создаваемая линейными протяженными источниками над узкими грядками, падает обратно пропорционально расстоянию. То есть, чем больше расстояние от светильника до растения – тем больше света попадает не на листья. Поэтому экономически нецелесообразно использовать для освещения одиночных протяженных грядок светильники, расположенные на высоте более 2м. Применение линз позволяет сузить световой поток светильника и направить на растение большую долю света. Однако сильная зависимость освещенности от расстояния и неопределенность эффекта применения оптики не позволяют определить коэффициент использования k в общем случае.

При использовании закрытых объемов с идеально отражающими стенками весь световой поток попадает на растение. Однако реальный коэффициент отражения зеркальных или белых поверхностей меньше единицы. Доля светового потока, падающего на растение, зависит от отражательных свойств поверхностей и геометрии объема. Определить k в общем случае невозможно.

· Большие массивы источников над большими посадочными площадями

Большие массивы точечных или линейных светильников над большими площадями посадок энергетически выгодны. Квант, излученный в любом направлении, в итоге попадет на какое-либо растение, коэффициент k близок к единице.

Итак, неопределенность доли света, идущего на растения, выше разницы между PPFD и YPFD, и выше погрешности, определяемой неизвестностью цветовой температуры и цветопередачи. Следовательно, для практической оценки интенсивности ФАР целесообразно выбирать достаточно грубую методику оценки освещенности, не учитывающую эти нюансы. И при возможности замерять фактическую освещенность люксметром.

Наиболее адекватная оценка фотосинтетически активного потока белого света достигается, если измерить освещенность E с помощью люксметра и пренебречь влиянием спектральных параметров на энергетическую ценность света для растения. Таким образом, оценивать PPFD белого светодиодного света можно по формуле:

PPFD = [мкмоль/с/м 2 ]

Оценим по приведенным выше формулам применимость офисного светодиодного светильника DS-Office 60 для выращивания салата и его PPFD.

Cветильник потребляет 60Вт, имеет цветовую температуру 5000К, цветопередачу Ra =75 и светоотдачу 110 лм/Вт. При этом его эффективность составит

YPF = (110/100) (1,15 + (3575 − 2360)/5000) эфф. мкмоль/Дж = 1,32 эфф. мкмоль/Дж,

что при умножении на потребляемые 60 Вт составит 79,2 эфф. мкмоль/с.

Если светильник расположить на высоте 30-50см над грядкой площадью 0,6×0,6м = 0,36, плотность освещения составит 79,2 эфф. мкмоль/с / 0,36м 2 = 220 эфф. мкмоль/с/м 2 , что на 30% ниже рекомендованного показателя в 300 эфф. мкмоль/с/м 2 . Значит, мощность светильника нужно увеличить на 30%.

PPFD = 15×0,110клм/Вт×60Вт/0,36м 2 =275 мкмоль/с/м 2

Эффективность фитосветильника DS-FitoA 75. (75Вт, 5000К, Ra = 95, 102 лм/Вт):

YPF = (102/100)(1,15 + (3595 − 2360)/5000) эфф. мкмоль/Дж = 1,37 эфф. мкмоль/Дж, или 102,75 эфф. мкмоль/с. При аналогичном расположении над грядкой плотность освещения составит 285 эфф. мкмоль/с/м 2 , что близко по значению к рекомендованному уровню.

PPFD = 15×0,102клм/Вт×75Вт/0,36м 2 =319 мкмоль/с/м 2

Эффективность ДНаТ

Агропромышленные комплексы консервативны в вопросах освещения теплиц и предпочитают использовать проверенные временем натриевые лампы. Эффективность ДНаТ зависит от мощности и достигает максимума при 600 Вт. YPF при этом составляет 1,5 эфф. мкмоль/Дж. (рис.4). 1000 лм светового потока соответствуют PPF =

12 мкмоль/с, а освещенность 1000 лк – PPFD =

12 мкмоль/с/м 2 , что на 20% меньше аналогичных показателей белого светодиодного света. Эти данные позволяют пересчитывать для ДНаТ люксы в мкмоль/с/м 2 и пользоваться опытом освещения растений в промышленных теплицах.

Рис. 4. Спектр натриевой лампы для растений (слева). Эффективность (лм/Вт и эфф.мкмоль/Дж) серийных натриевых светильников для теплиц (справа)

Любой светодиодный светильник, имеющий эффективность 1,5 эфф. мкмоль/Вт, является достойной альтернативой лампы ДНаТ.

Рис. 5. Сравнительные параметры типичного натриевого светильника 600Вт для теплиц, специализированного светодиодного фитосветильника и офисного светильника.

Обычный светильник общего освещения при досветке растений по энергетической эффективности не уступает специализированной натриевой лампе и красно-синему светильнику. 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.

В настоящее время используется освещение гидропонных ферм и красно-синим, и белым светом (рис. 6-8).

Рис.6 – Ферма Fujitsu по выращиванию зелени

Рис. 7 – Гидропонная установка Toshiba

Рис.8 – Крупнейшая вертикальная ферма Aerofarms, поставляющая свыше 1000 тонн зелени в год

Опубликованных результатов прямых экспериментов по сравнению растений, выращенных под белыми и красно-синими светодиодами, крайне мало.

Основным направлением исследований сегодня является корректирование недостатков узкополосного красно-синего освещения добавлением белого света. Опыты японских исследователей показывают увеличение массы и питательной ценности салата и томатов при добавлении к красному свету белого.

Рис. 9. В каждой паре растение слева выращено под белыми светодиодами, справа — под красно-синими

(из презентации И. Г. Тараканова, кафедра физиологии растений МСХА им. Тимирязева)

Проект Фитекс представил результаты эксперимента по выращиванию различных культур в одинаковых условиях, но под светом различного спектра. Эксперимент показал, что спектр влияет на параметры урожая. Сравнить растения, выросшие под белым светом, под светом ДНаТ и узкополосным розовым вы можете на рис. 10:

Рис. 10 Салат, выращенный в одинаковых условиях, но под светом различного спектра.

Изображения из видеозаписи, опубликованной проектом «Фитэкс» в материалах конференции «Технологии Агрофотоники» в марте 2018г.

По численным показателям первое место занял уникальный небелый спектр под коммерческим названием Rose, который по форме не сильно отличается от испытываемого теплого белого света высокой цветопередачи Ra=90. Еще меньше он отличается от спектра теплого белого света экстравысокой цветопередачи Ra=98. Основное различие в том, что у Rose небольшая доля энергии из центральной части удалена (перераспределена к краям) (рис.11):

Рис.11 – Спектральное распределение для теплого белого света экстравысокой цветопередачи и света Rose

Перераспределение энергии излучения из центра спектра к краям не оказывает влияния на жизненные процессы растений, но свет становится розовым.

Влияние качества света на результат

Реакция растения на свет – интенсивность газообмена, потребления питательных веществ и процессов синтеза – определяется лабораторным путем. Отклики характеризуют не только фотосинтез, но и процессы роста, цветения, синтеза необходимых для вкуса и аромата веществ (рис.12).

Рис.12 – Влияние определенных цветов солнечного спектра

на различных стадиях развития растений

Обычный белый светодиодный свет и специализированный красно-синий при освещении растений обладают примерно одинаковой энергетической эффективностью. Однако широкополосный белый способствует комплексному развитию растения, не ограничивающемся только стимуляцией фотосинтеза. Удаление из полного спектра зеленого для получения фиолетового из белого – не более чем маркетинговый ход.

Красно-синий, розовый светодиодный свет или желтый свет ДНаТ может быть использован в промышленных теплицах. Но если досветка растений происходит при постоянном присутствии человека, необходим белый свет, не раздражающий зрительные и нервные рецепторы.

Выбор типа светодиодного светильника или лампы ДНаТ зависит от особенностей выращивания той или иной культуры, но в любом случае необходимо учитывать:

· Фотосинтетический фотонный поток PPFD и усваиваемый поток фотонов YPF. Теперь эти показатели можно рассчитать самостоятельно, зная световой поток светильника, индекс цветопередачи и цветовую температуру.

Рекомендуемое значение YPF=300 эфф. мкмоль/с/м 2

· Степень защиты корпуса светильника от проникновения пыли и влаги. При IP ниже 54 внутрь могут попадать частицы почвы, пыльца, капли воды при поливе, что приведет к выходу светильника из строя.

· Присутствие людей в помещении с работающими лампами. Розовый, фиолетовый свет утомителен для глаз и может вызывать головные боли, желтый свет искажает цвета объектов.

· Лампы ДНаТ нагреваются при работе, их необходимо подвешивать на значительной высоте, чтобы избежать ожогов и пересушивания почвы. Световой поток газоразрядных ламп снижается через 1,5-2 года использования.

Грамотно подобранный свет обеспечивает быстрое и правильное развитие растений –укрепление корневой системы, увеличение зеленой массы, обильное цветение и ускоренное созревание плодов. Технологический прогресс выводит растениеводство на новый уровень – используйте его плоды!

Спектр для растений длина волны

AQUA-FARM ЦВЕТ СВЕТА И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА РАСТЕНИЯ

Солнечный свет – источник энергии, диоксид углерода (углекислый газ СО2) воздуха – источник углерода – главного строительного материала и вода – источник кислорода, входящего в ее состав на молекулярном уровне. И все эти три жизненные силы объединены процессом фотосинтеза, при котором происходит образование органических веществ (углеводов) благодаря энергии света при участии фотосинтезирующего пигмента – хлорофилла. Хлорофилл (от греч. «зелёный» и «лист») — зелёный пигмент, обусловливающий окраску растений в зелёный цвет.

Днем, на свету вода разделяется на кислород и водород и запасается энергия. Ночью, в темноте углекислый газ соединяется благодаря запасенной энергии с водородом, и образуются молекулы углеводов, то есть растение растет!

Как же влияет на фотосинтез и соответственно на рост растений спектральный состав солнечного или иного света ?
Посмотрим на спектр, который использует хлорофилл, что мы видим?

Хотя максимум непрерывного спектра солнечного излучения расположен в «зелёной» области 550 нм (где находится и максимум чувствительности нашего глаза), поглощается хлорофиллом преимущественно синий и красный свет из солнечного спектра, то есть длины волн 440-470 нм и 630-670 нм.

Вы задумывались почему практически у всех растений зеленый цвет? Нет? Немного поясним – цвет предметов, которые видит наш глаз это отраженная часть светового потока (света). Черный цвет у предметов, которые полностью поглощают световое излучение. Белые – наоборот – полностью рассеивают направленный на них свет. Зеленые – отражают зеленую часть этого самого светового потока, синие – синюю часть и так далее. Итак, зеленые пердметы отражают зеленую составляющую света! Вот оно! Вот почему эту часть спектра наши растения отказываются использовать! Хлорофилл, содержащийся в большей части листа и ответственный за самый важный процесс в растении – зеленого цвета, то есть он полностью отражает зеленый цвет!

Теперь посмотрим на цветовой спектр излучаемый обычной лампой накаливания.

Как видим максимальное излучение находится за пределами красной зоны, в области инфракрасного излучения(теплового). Так оно и есть – лампы накаливания очень сильно нагреваются. Имено из-за этого они могут нанести ожог листьям или попросту их высушить! Кроме этого мощность светового потока от такой лампы неприлично низка и ее недостаточно для нормального роста растения. У данного типа ламп наименьший коэффициет полезности по соотношению силы света приходящаяся на ватт мощности

Посмотрим на типичные люминисцентные лампы, так называемые лампы дневного света. Сюда можно также включить и новый тип ламп – энергосберегающие, так как по сути своей они так же являются люминисцентными лампами.

У них световой поток необходимого спектра (зеленый нам не нужен) смещен в сторону синей составляющей спектра. Синий цвет безусловно хорош для прорастания! Красный же в данной лампе снижен.
Мощность светового потока у данной лампы значительно превышает лампы накаливания, но продолжим изучать возможности.

В наши дни существуют специализированные люминисцентные лампы, например FLUORA производитель OSRAM. Несмотря на то, что они выдают значительно лучший спектр для растений. У них есть паразитный всплеск спектра четко в зеленой составляющей, следовательно эффективность уже далеко не 100%. Кроме этого данные лампы, как и все люминисцентные, подвержены истощению светового потока – деградации. Уже через 6 месяцев работы у подобной лампы сила потока падает на 30%, а через год-два уже на 50%. Из-за этого возникает потребность в замене таких ламп каждые полгода-год! Отметим, что стоимость специализированных ламп в 3-5 раз выше стоимости обычой люминисцентной лампы. Это достаточно разорительно для семейного бюджета. К тому же куда девать лампы, которые могут работать еще 2-3 года, но при этом уже не в состоянии обеспечить растение световым потоком?

Газоразрядные лампы. До недавнего времени они занимали наилучшую позицию с точки зрения цены светового потока. Они имели наиболее мощный световой поток на каждый ватт своей мощности, но по спектру они не сильно полезны для выращивания растений. К тому же данные лампы, как и лампы накаливания, нагреваются, со всеми вытекающими последствиями. К тому же из всех типов ламп они наиболее пожароопасны, не говоря уже о их весе (для обычных систем поджика это около 10 кг, для электронных – существенно меньше)!

И вот, с развитием светодиодных кристаллов, появилась уникальная возможность переломить ситуацию. Эффективность светодиодных ламп бесспорна. Изучим теорию. У них максимальное соотношение производительности светового потока к потребляемой мощности. Кроме этого есть диоды излучающие не только белый, то есть полноценный спектр, а только определенные его участки – зеленый, желтый, синий, красный. Вот оно! Синий и красный – именно они нужны для активного роста растения! Именно их правильное сочетание и необходимая мощность обеспечат растению нужный световой поток. Однако, есть и минус – их стоимость, которая в несколько раз выше обычной “люмы”.

При этом обратите внимание, что к этим цветам спектра наш глаз наименее чувствителен. Именно поэтому для нас незаметно, падение световой мощности люминисцентной лампы. Нам кажется, что она светит как и светила раньше, а на самом деле она светит уже в полсилы, при этом потребляя такое же количество энергии как и раньше! Заметить этот эффект Вы сможете, только если рядом включите новую лампу.

Удивительно, но есть которые как раз и излучают нужные растениям участки спектра!
Кроме всего прочего теоретический срок службы диодов – 10 лет! Конечно они так же как и люминисцентные лампы теряют часть своих свойств по мощности излучения, но у диодов эта характеристика более линейна и растянуто во времени. Светопотери составляют всего около 10% за год эксплуатации.

    Итак, подведем итог – специализированные сверхяркие светодиоды это:
  • экономия электроэнергии – максимальная производительность светового потока в рассчете на потребленные ватты
  • излучение узкой части спектра (синий и красный) столь необходимой растениям
  • низкая деградация светового потока – в несколько раз меньше по сравнению с люминисцентными лампами, то есть полезный срок службы в 10 раз больше!
  • безопасность – диоды экологически безвредны
  • безусловная экономия финансов – низкая потребляемая мощность+отсутствие необходимости периодически менять лампы

Светодиоды для выращивания растений и рассады.

Приведенная выше статья была написана более 2 лет назад, за это время много изменилось. Появился опыт применения светодиодных систем в реальных условиях и пришло время “дописать” нашу статью. Многие из наших покупателей спрашивают – почему же мы отказались от таких “хороших” светодиодов? Чтобы не объяснять каждому мы приняли решение опубликовать данный материал. Использование (даже частичное) разрешается только после согласования с нами и установки ссылки на на эту статью.

За последние 3 года нами были проведены не только проектные, конструкторские и опытные работы, но и сделаны реалано работающие промышленные образцы. Сколько мы потратили на них сил и средств – оставим за кадром.

Изложим только суть, к которой пришли. А точнее некоторое из наработанных материалов. Фотографии скажут сами за себя. Далее судить только Вам!

Тестирование проводилось в одинаковых системах гидропонного выращивания нашего производства, поэтому в их эффективности сомнений нет, так как они уже не раз ее подтверждали.

Так как клубника является растением очень чутко реагирующим на количество света – первой в этом сравнении посмотрим на нее.

Поясним, что мы видим на фотографиях и на что надо обратить особое внимание.

Интервалы съемки примерно одинаковы и составляют 12 дней. Светодиоды мощностью суммарной мощностью 30 Вт и углом 120 градусов спектр смешанный в интервалах 470-630, ЭСБ – 30 Вт, патрон Е14, спектр – указывать не будем :).

Итак, первое на что обратим внимание – размер листовой пластины. Так как под светодиодами(LED) находится клубника с более развитой корневой системой (а это дает ей дополнительные бонусы в скорости набирания вегетативной массы), то главным критерием может быть только скорость увеличения листовой пластины и куста в целом.

Клубника, выращенная под светодиодной лампой – общий прирост листовой пластины, в среднем 90-100%, у клубники выращенной под ЭСБ – прирост с интервалах от 200% до 250%! Так как ЭСБ лампы были подобраны более оптимально, а именно с уменьшенной долей синего спектра, традиционного для таких ламп – угнетения в росте черешковой части листа мы не наблюдаем.

Напротив – у клубники, растущей под LED-лампами видно незначительное угнетение черешковой части, что обусловлено набором светодиодов – 2/1. Как видите, фотографию клубники под ЭСБ даже прилось уменьшить, чтобы она влезла в кадр.

Результат:
Светодиоды хороши, это безусловно, но им не хватает мощности светового потока. Даже у 10 ваттного диода узкого спектра – всего 320 люмен! У ЭСБ при той же мощности – 950 люмен! Базовые цены: ЭСБ лампа – 60 рублей, светодиод – 300 руб. + обязательный блок питания, а это еще 200 руб. Даже при условии, что ЭСБ теряет свою эффективность быстрее LED – результат очевиден!

По стоимости эксплуатации получается абсолюьный паритет! 3*10=30 Вт, то есть 3*500=1500 р. для диодного освещения и 2*15=30 Вт, то есть 2*60=120 руб., с текущей технологичностью эти лампы нормально работают с полной нагрузкой почти год, то есть даже за 10 лет эксплуатации можно будет купить на оставшиеся деньги еще 20-30 таких ламп.

Если же добавить сюда еще необходимую систему теплоотведения, а 10 Вт диоды выделяют очень много тепла, то по стоимости они уже явно проигрывают!

Смотрим следующие фото.

Давайте проанализируем и эту картину. Интервалы съемки примерно одинаковы и составляют 12 дней. Светодиоды мощностью суммарной мощностью 18 Вт (каждый по 3 Вт) и углом 120 градусов спектр смешанный в интервалах 470-660, ЭСБ – 46 Вт (2*23 Вт), патрон Е27, спектр – указывать не будем :).

Здесь LED-система была доработана: использовались менее мощные диоды, так как нужно было уменьшить стоимость системы питания и охлаждения. Суммарное падение тепловыделения почти на 70%, при падени общей мощности всего 40%! ЭСБ также была уменьшена в стоимости, за счет применения более распространенных ламп 🙂

Итак, за счет уменьшившейся мощности получили вытягивание ствола у томата, по сравнению с рассадой растущей под ЭСБ. Скорость наращивания зеленой массы тут точно установить не получится(так как замеров с линейкой мы не делали), можно судить только по общему состоянию будущей рассады.

На фото справа – видим мощный росток с черезвычайно толстым для этой стадии стеблем – для рассады это очень хорошо и означает только одно – освещения у нас избыток, его растению хватает полностью, что и позволяет развиваться в нужном нам направлении!

LED-система же, хоть и подешевела почти на 600 рублей, оставляет желать лучшего. Ее параметры ухудшились. Хорошую рассаду под ней уже не вырастить – сильно не хватает светового потока. Да, спектр правильный и очень нужный, но не хватает его количества!

Общий вывод:
Был еще ряд сравнительных тестов, тестировали даже на аквариумных растениях. Получили очень интересные результаты, которые лагут в основу наших гибридных систем, к которым мы будем стремиться!

Наше мнение – чисто светодиодная система малопригодна для применения в выращивании растений. Для аквариумистики она подходит больше, но и там ее не хватает. В любом случае она на сегодня – 2012 год – проигрывает люминисцентным лампам в чистом виде. Вполне возможно в гибридной системе она еще найдет свою реализацию, но это опять же тесты, тесты и реальное применение. А не “обещания” производителей диодов и их теоретические характеристики, а это деньги, при чем не малые.

Увы, эпоха диодов для нас пока не наступила. А практика, как всегда, немного разошлась с теорией.

ТОП–8 лучших ламп для роста растений: правила выбора фитолампы

Любители зелени на подоконнике, дачники, выращивающие рассаду весной, сталкиваются с проблемой недостатка освещения в холодное время года. Поддержать растения для здорового формирования помогает дополнительная подсветка. Лучшим источником для этого служит фитолампа. Ниже разберемся: как выбрать фитолампу оптимальной мощности, какие есть спектры свечения и на какой высоте ее устанавливать.

Выбор спектра фитоламп

При недостатке естественного света растения излишне вытягиваются, истончаются, им не хватает сил для формирования завязи и обильной зелени. Но не все искусственное освещение одинаково поглощается рассадой. Спектр излучения обычной лампы накаливания находится, преимущественно, в области инфракрасного диапазона. Причем, большая часть энергии уходит на выработку тепла.

В отличие от обычной подсветки фитосветильники для растений излучают волны, той длины, которая максимально подходит для потребления агрокультурами и не перегревают их. Излучения для рассады, при котором достигается ускоренный рост зеленой массы и правильный фотосинтез находятся в красном и синем видимом спектре волн.

Чтобы достичь такого сочетания, фитолампы оснащены светодиодами с разным свечением.

  • двухцветные или биколорные (синий и красный цвет);
  • многоцветные (+ белый и ультрафиолетовый).

В некоторых моделях ламп возможна регулировка соотношения излучения и отключения лишних элементов подсветки. На упаковке фитолампы должно быть указание ее пиков спектрального свечения в красном и синем луче.

Наиболее продуктивной длинной волны считается в среднем:

  • для красного спектра 635 нм;
  • для синего – 450 нм.

Для наглядности на упаковке с лампой для рассады размещена спектрограмма. По ней можно без труда сориентироваться имеет ли спектр фитолампы нужный диапазон для ускорения роста растений или нет. Если данные пиков на спектрограмме не совпадают с оптимальной длинной более чем на 10 нм., то такая лампа будет малоэффективна.

Для стимулирования цветения рекомендуется светодиодная фитолампа с интенсивной подсветкой в красном диапазоне по 1–1,5 часа два раза в сутки. Синий цвет больше стимулирует рост зеленой массы.

Многоцветные фитолампы не рекомендуются для постоянного применения в комнатах, где есть регулярное присутствие людей. Так как ультрафиолетовое свечение может негативно сказаться на зрении и кожных покровах.

Тип лампы и ее форма

Кроме спектра свечения, при покупке фитолампы нужно определиться с типом формы устройства.

Сегодня производители предлагают 2 вида ламп:

  • круглые – в виде диска со встроенными по всему диаметру светодиодами;
  • линейные – в виде трубчатой лампы с элементами подсветки внутри.

При покупке той или иной формы фитолампы, определитесь с расположением растений в комнате. Если растение одно, либо расположить рассаду можно в радиусе 25 см. от центра лампы, тогда подойдет круглая модель до 16 ватт. Для радиуса 40 см. применяют лампу 36 ватт.

Если саженцы располагаются на подоконнике либо полках, то понадобится линейная лампа. В теплице при стандартной (параллельной) рассадке растений, тоже подойдут трубчатые фитолампы.

Кроме формы фитолампы, различаются по источникам излучения, бывают:

  • Люминесцентные фитолампы . Они не греются, поэтому не обжигают рассаду, даже при близком расположении светильника. Являются энергосберегающими и позволяют регулировать цвет облучения. К недостаткам можно отнести раздражающий лиловый свет, который постоянно освещает комнату. Но, если вас это не раздражает, тогда можно смело применять люминесцентную лампу для рассады.
  • Светодиодные фитолампы. Имеют срок службы до 60 000 часов. При работе потребляют мало электроэнергии. Устанавливаются в стандартный патрон любого светильника и не требуют дополнительного устройства. При использовании светодиодных фитоламп можно регулировать мощность облучения.
  • Натриевые фитолампы. Имеют очень яркое излучение и могут вредить глазам и ослеплять при установке в жилых комнатах. Поэтому их устанавливают в парниках и теплицах для поддержания созревания овощей и ягод. При работе сильном нагреваются, поэтому нужно правильно располагать относительно растений. Натриевые светильники требуют специальной утилизации, поскольку содержат опасные для человека вещества.

При сильном нагреве нельзя трогать излучатель, иначе можно получить серьезные ожоги.

Расчет мощности для фитоламп

Мощность лампы определяют в Ваттах. При покупке фитолампы со светодиодами на упаковке производитель указывает максимальную мощность одного диода. По факту при нормальной работе элементов, они производят половину от максимальной величины. Чтобы рассчитать фактическую мощность светильника используем формулу: Мф=Кс х Мн/2 , где:

Мф – мощность фактическая.

Кс – количество светодиодов.

Мн – мощность номинальная (максимальная, указанная производителем).

Теперь нужно определиться, для каких культур применяем светодиодные фитолампы:

Ягоды в период созревания

Тип растенияРекомендуемая мощность
Рассада овощей, зеленые салаты, зелень: петрушка, лук-батун, укроп, кинза.50–80 Вт/м²
Плоды овощей в период созревания: помидоры, перцы, огурцы.100–170 Вт/м²
Корнеплоды: лук репчатый, морковь, свекла, редис.50100 Вт/м²
150–200 Вт/м²
Декоративные растения в период цветения100–150 Вт/м²

Рассчитать требуемую мощность облучения можно по формуле: Мт=Пз х Мр , где:

Мт – мощность требуемая.

Пз – площадь засадки.

Мр – мощность рекомендуемая (берем из таблицы выше).

Высота подвеса фитосветильника

В фитолампах с диодными элементами освещения общий радиус охвата облучения составляет 110–130˚. При этом наиболее продуктивным считается рассеивание в радиусе 70–90˚. Если расположить лампу слишком высоко от растений, она будет их освещать, но эффективность по периферии будет значительно меньше в среднем в 1,5–2 раза.

Оптимально располагать лампу на высоте 20–25 см. от высшей точки кроны рассады в период формирования корневой системы. Для растений в период цветения или созревания: 25–30 см. от верхушки саженца.

Советуем посмотреть видео:

Для чего нужны линзы

Когда рассада вытягивается в высоту, лампу приходится перевешивать выше. При этом излучение удаляется от основания растений, и облучение становится более рассеянным. Чтобы сконцентрировать излучение в определенном месте применяют сужающие линзы. Они сокращают угол рассеивания и направляют концентрированный пучок волн.

Линзы – рассеиватели имеют угол от 15 до 90˚. Круглые лампы, как правило, оснащены встроенными линзами с углом 60˚. Линейные фитолампы не имеют линз, их нужно устанавливать своими руками.

Если ваш линейный светильник регулируется по высоте от рассады, то достаточно стандартного рассеивателя в 60˚. Если установка светильника стационарная 70–100 см. от растений, то интенсивность излучения регулируется заменой рассеивателей (линз). Начинайте с линз 15˚, на каждые 10 см. роста рассады, прибавляйте по 15˚ к углу рассеивания.

Высота растенийУгол облучения
0 – 5 см.15˚
10 – 15 см.30˚
20 – 25 см.45˚
30 – 35 см.60˚
40 – 45 см.90˚

Рейтинг: ТОП–8 лучших

Чтобы не ошибиться при покупке осветителя для растений мы составили топ – марок по отзывам пользователей:

  1. Биколорная фитолампа линейная Grow Panel (красный + синий свет). Имеет квадратный корпус 30 х 30 см защищенный от высокой влажности. Общее количество излучателей 225 шт. Может применяться в крупных теплицах – площадь охвата 10 м². Закрепляется на подвесах с регулировкой высоты.
  2. LADDER-60 – линейный облучатель для рассады на светодиодах . Размер 60 х 10 см. Устанавливается как в комнате, так и в стационарных парниках. Применяется в качестве самостоятельного осветительного элемента без дополнительных излучателей. Крепится устройство на подвесах и регулируется по высоте. Площадь охвата 1 м². Облучатель оборудован защитой от попадания влаги в корпус.
  3. Биколорная фитопанель 5630N . Размер 50 х 10 см. Лампа оснащена 36 светодиодными элементами синего и красного спектра, мощностью 18 Вт. Обеспечивает охват площади до 1 м². Осветитель имеет полимерную защиту от повышенной влажности. Расположение панели регулируется по высоте тросами – держателями. Применяется для комнатных растений в период цветения или в небольших парниках для овощных культур.
  4. Минифермер биколор . Имеет стандартный цоколь и встроенные линзы с углом 60˚. Универсальная лампа для комнатного размещения. Имеет эффективный спектр для разных периодов развития рассады: формирование корневой системы, набор зеленой массы, цветение, созревание плодов. Рекомендуется обеспечить принудительный обдув элементов облучения. Срок службы до 3-х лет.
  5. Фитолампа «Здоровья клад» . Многоцветная лампа обеспечивает полный диапазон свечения с пиковыми показателями длины волн красного и синего цвета 640 и 450 нм. Если нет естественного освещения площадь облучения до 0,5 м². Гибкая подводка позволяет изменять угол наклона и высоту светильника. Мощность устройства 16 вт. Применяется для поддержания растений при цветении и выращивания рассады в доме.
  6. Ярче свет ФИТО WST-05 – универсальная лампа с возможностью выбора варианта облучения и типа установки. Имеет два независимых световых излучателя красного и синего спектра. На разных этапах развития растений можно отключать тот или иной диапазон подсветки. Крепление возможно на подвеске либо на упорах. Может устанавливаться в комнате или в небольшом парнике как единственный или дополнительный источник света.
  7. «Солнце – дар FITO Д – 10». Биколорная лампа размером 62 х 15 см. имеет полимерный чехол, который защищает от высокой влажности и загрязнений. Линзы позволяют размещать устройство на высоте до полуметра от рассады. Имеет сниженное энергопотребление. Крепиться фитолампа на металлические подвесы в комнате или парнике.
  8. Flora Lamp. Круглый светодиод с обычным цоколем, который устанавливается в любой патрон. Больше применяется для поддержания роста рассады 5–15 см. или низкорастущих культур. Имеет оптимальное сочетание синего и красного спектра. Применяется для восстановления растений после пересадки, поддержания во время цветения и созревания плодов. Устанавливается в квартире или небольшом парнике. Охват излучения до 0,5 м².

В заключение

Для каждого вида растений есть свой период подсветки. Не применяйте лампу круглосуточно. Растения нуждаются в периодическом цикличном затемнение. Овощные культуры (помидоры, перцы, кабачки) требуют 9–12 часов облучения. Зелень и молодая рассада – 7–10 часов. Корнеплоды – 10–13 часов.

Следуйте нашим инструкциям и делитесь своими наблюдениями при выращивании зелени в комментариях и социальных сетях.

Читайте также:  Теневыносливые растения для сада многолетние
Ссылка на основную публикацию