Освещение растений и аквариумов

Освещение теплиц

Свет и жизнь Естественный солнечный свет - это бесконечный и бесплатный источник света, который необходим для роста всего живого, включая растения. Однако солнечный свет доступен не везде и не всегда в достаточном количестве. В широтах от 40 до 80 градусов количество солнечного света в теплице на протяжении зимних месяцев часто недостаточно для обеспечения здорового роста растений. Поэтому в этих широтах используются дополнительные источники света, стимулирующие рост сельскохозяйственных культур. Предлогаем расмотреть лучшие предложения на рынке Украина для освещение теплиц. Для успешного (с экономической точки зрения) применения дополнительного освещения важными являются следующие аспекты: Когда существует дефицит солнечного света? Каким образом лучше компенсировать его недостаток (время, продолжительность и т.д.)? Какой источник света лучше всего использовать? Существуют ли какие-либо специальные требования относительно спектрального состава? Для поддержания жизнедеятельности растений ежедневно требуется уровень общего излучения около 100 Дж/см2. Если этот уровень не достигается в теплице, то недостаток естественного излучения необходимо компенсировать дополнительным освещением. В основном это достигается путем увеличения светового дня при помощи искусственного освещения до 16 - 20 часов в сутки. Уровень и продолжительность дополнительного освещения в значительной степени зависит от условий и задач культивации. Для получения более подробных ответов на вышеуказанные вопросы прежде всего необходимо знать, как растение реагирует на свет. Растения и люди воспринимают свет по-разному. Чтобы правильно определить необходимое количество света для роста растения, сначала необходимо обратиться к некоторым базовым понятиям при организации освещения теплиц:

Свет и излучение Свет является видом электромагнитного излучения, а источник света – источником излучения. Свет включает видимую часть излучения, которая охватывает лишь небольшую часть общего спектра электромагнитного излучения. Излучение представляет собой колебания и поэтому характеризуется длиной волны. Общее распределение всех длин волн называется спектром. Длина волны выражается в метрах, а префиксы микро- (мк, µ) и нано- (н) соответствуют миллионной и миллиардной части метра.

Рис. 1 Спектр электромагнитного излучения

Таблица 1. Различные виды излучения и их диапазоны длин волн для организации освещения теплиц

Спектр солнечного излучения можно разделить на ультрафиолетовые лучи, видимый свет, инфракрасные лучи и длинноволновое (тепловое) излучение. Ультрафиолетовое излучение рекомендуемое для в освещение теплиц - коротковолновое, в то время как длина волн ИК-излучения намного больше. Видимое излучение занимает участок спектра от 380 до 780 нм. Оно состоит из цветных спектральных излучений. Это называется цветовым спектром света.

Таблица 2. Цвета излучений и соответствующие им длины волн

В Европе существует множество метеорологических измерительных станций, определяющих уровень и продолжительность солнечного излучения. Это обычно выполняется с помощью соляриметра, который измеряет общую энергию коротковолнового излучения (являющегося частью солнечного излучения) в спектре примерно от 300 до 3000 нм. Это называется общим (глобальным) излучением. Поверхностная плотность глобального излучения измеряется в Джоулях на секунду на кв. метр (Дж/с-1/м-2) или в ваттах на кв. метр
(Вт/м-2), где 1 Дж/с-1 = 1

Очевидно, что поверхностная плотность излучения имеет значение для роста растений, однако доза излучения, полученная за день, является более важным фактором. Так называемая сумма излучения вычисляется путем умножения поверхностной плотности излучения на продолжительность в секундах. Часто измеряется в джоулях на кв. метр в день
(Дж/м-2/д-1).

Освещение и люди Очень небольшая часть спектра излучения воспринимается глазом человека. Эта часть приходится на диапазон длин волн от 380 до 780 нм и является тем, что мы называем "светом". Чувствительность человеческого глаза неодинакова к разным цветовым компонентам света. Чувствительность максимальна при 555 нм (желто-зеленый свет) и сводится к минимуму при более длинных (красный свет) и коротких (синий свет) длинах волн. Чувствительность человеческого глаза к воздействию красного излучения (650 нм) составляет всего 10% от максимальной. Иными словами, чтобы добиться ощущения той же яркости, что и у желто-зеленого света, интенсивность красного света должна быть в десять раз больше. Количество видимого света выражается в люменах (лм) и основывается на кривой спектральной чувствительности зрения. Количество света, поступающего от определенного источника и падающего на заданную поверхность, выражается в люксах (= лм м-2). Большая часть осветительных приборов разрабатывается и изготавливается с целью освещения для людей. Поэтому для оценки систем освещения используют световые единицы люмены и люксы.

Рис. 2 Спектральная чувствительность глаза человека.

Свет и растения Растения воспринимают свет различных длин волн иначе, чем люди. Только часть света, воспринимаемого человеческим глазом, способствует росту (фотосинтезу) растений, а именно излучение в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм. Это область фотосинтетически активного излучения (PAR). Около 45% естественного излучения приходится на диапазон длин волн от 400 до 700 нм. Поэтому около 45% общего естественного излучения составляет фотосинтетически активное излучение. Эффективная для роста растений лампа должна преобразовывать как можно больше электрической энергии в фотосинтетически активное излучение. Фотосинтез – это фотохимический процесс, при котором энергия света поглощается хлорофиллом и каротиноидами в листьях. Эта энергия используется для выработки сахарозы из углекислого газа (CO2), который поглощается листьями. Данный процесс можно представить следующим образом: 6 CO2 + 6 H2O + световая энергия -> C6H12O6 + 6 O2 углекислый газ + вода + световая энергия приводят к образованию сахарозы + кислорода

Рис. 3 Средний спектр действия определен для большого числа различных видов растений.

Источник света можно представить как источник, излучающий частицы энергии. Эти частицы называются квантами света или фотонами. Энергия фотона зависит от длины волны излучаемого света. Общее число фотонов в секунду в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм называется фотосинтетическим фотонным потоком, который количественно измеряется в µмоль с-1. Фотосинтетический фотонный поток сопоставим с концепцией светового потока (в лм), но зависит от восприимчивости растений. Энергия фотона с длиной волны 400 нм (синий свет) в 1,75 раз больше (700/400) энергии фотона с длиной волны 700 нм (красный свет), однако оба фотона одинаково воздействуют на процесс фотосинтеза. Избыточная энергия синего фотона в значительной степени переходит в тепло.
Скорость фотосинтеза определяется числом фотонов в диапазоне от 400 до 700 нм, которое поглощается растениями, а не энергией этих фотонов. Поэтому именно число фотонов в секунду в диапазоне от 400 до 700 нм, падающих на заданную поверхность, называемое плотностью фотосинтетического фотонного потока, должно использоваться для оценки количества света для процесса фотосинтеза. Плотность фотосинтетического фотонного потока сопоставима с понятием освещенности (в лк) (люмен м-2), но в отличие от последнего зависит от восприимчивости растений.
Плотность фотосинтетического фотонного потока измеряется с помощью квантового датчика и выражается в микромолях фотонов в секунду (µмоль м-2 с-1). Когда говорят о фотосинтетически активном излучении, обычно подразумевают энергию света в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм (в Вт м-2).
Фотосинтетический фотонный поток = суммарному числу фотонов, излучаемых в секунду в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм; единицы измерения - µмоль с-1
Плотность фотосинтетического фотонного потока = числу фотонов в секунду в диапазоне от 400 до 700 нм на единицу площади; единицы измерения - µмоль м-2 с-1
Фотосинтетически активное излучение = энергии излучения в секунду в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм на единицу площади; единицы измерения - Вт м-2

Спектральная чувствительность растений

Даже в диапазоне фотосинтетически активного излучения не все растения одинаково воспринимают все длины волн. Помимо всего прочего, это связано с удельным поглощением разных типов пигментов в листьях, из которых самым известным является хлорофилл. В результате сравнительно сильного отражения и пропускания зеленый свет используется листьями наименее эффективно. Это объясняет тот факт, что листья воспринимаются человеческим глазом как зеленые.

Влияние излучений различных длин волн на рост растений можно показать в виде кривой чувствительности растений. Поскольку самым важным процессом для роста является фотосинтез, используется спектр действия, который описывает зависимость скорости фотосинтеза от длины волны излучения. Этот фотосинтетический спектр действия зависит от числа поглощаемых фотонов (квантов света) каждой длины волны. Этот тип спектра действия также называется "спектральной квантовой эффективностью".

Как показывают исследования (МакКри, 1972), среднее отклонение от среднего значения для различных видов растений не превышает 5%. Также было показано, что квантовая эффективность наблюдается больше всего в области оранжево-красного света, т.е. именно оранжево-красный свет является наиболее эффективным для фотосинтеза. Это, кстати, не значит, что растения могут расти только при наличии света данного цвета. Для правильного развития растений очень важно, чтобы они получали хорошо сбалансированный по спектру свет. Доля синего света является очень важной для здорового развития растений. Недостаток синего света приводит к избыточному росту в длину, а иногда и к пожелтению листьев. Количество света в области красного и инфракрасного излучения также важно для роста растений. Небольшая часть света в области инфракрасного излучения предотвращает рост стебля. У разных видов растений различная чувствительность.

наверх