Освещение растений, лампы для рассады и аквариумов

Ассортимент ламп для освещения растений

Облучательные установки для высших растений применяются в оранжереях и тепличных комбинатах, при ускоренном выведении новых сортов сельскохозяйственных культур и размножении ценного посевного материала в селекционных центрах, а также при теоретических исследованиях в области физиологии растений, биофизики, генетики. В табл. 1 представлены основные области применения оптического излучения (ОИ) в растениеводстве.
В условиях светокультуры энергия ОИ, наряду с питанием, наличием диоксида углерода, влажностью и температурой воздуха является важнейшим фактором, оказывающим влияние на рост и развитие растений. Наиболее важны четыре основные характеристики излучения: спектральный состав, облученность, продолжительность суточного облучения (фотопериод) и пространственная структура светового поля.

Таблица 1. Основные области применения ОИ в растениеводстве

По современным представлениям, диапазон оптического излучения, имеющий у растений основное субстратно-регуляторное значение, находится в границах 280–750 нм. Внутри этих границ выделены спектральные диапазоны со следующими физиологически характеристиками:
280-320 нм – оказывает, как правило, вредное воздействие на рост и развитие растений;
320-400 нм – играет регуляторную роль в развитии растений, поэтому целесообразно присутствие этого излучения в небольших количествах (несколько процентов) в общем лучистом потоке;
400-500 нм («синий») – обладает как субстратным, так и регуляторным воздействием, должен входить в состав спектра фотосинтетически активной радиации (ФАР) для выращивания растений;
500-600 нм («зеленый») – не является абсолютно необходимым для обеспечения фотосинтеза растений, но благодаря своей высокой проникающей способности полезен для обеспечения фотосинтеза оптически плотных листьев и густых посевов растений;

Фитофотометрическая оценка излучения основана либо на энергетической, либо на эффективной системе величин, оценивающей излучение с помощью селективной функции фотосинтезной эффективности (см. рис. 1). Последняя обладает рядом преимуществ, свойственных системам эффективных величин, однако ее практическую ценность для светокультуры существенно снижает отсутствие в ряде случаев прямой корреляции между интенсивностью фотосинтеза и продуктивностью растений.
Энергетическая система оценки излучения приписывает равнозначное действие излучению любого спектрального диапазона в пределах спектральной области ФАР от 380 до 710 нм.
Эта система оценки близка к тому, что «белый» солнечный свет является лучшим для растений, поскольку филогенетическое развитие растений происходило при нем. Близкое к равноэнергетическому распределение энергии в солнечном излучении, скорее всего, признается как наиболее универсальное для энергетического обеспечения различных видов растений. Однако принцип универсализации не соответствует принципу максимальной эффективности и поэтому «белый» свет не признан максимально эффективным по своему спектральному составу для обеспечения наивысшей продукционной деятельности любых растений.

Что касается влияния инфракрасного излучения (ИК) на формирование урожая, то ряд экспериментов позволяет говорить о несущественной роли ИК в области длин волн (750–1200 нм) из-за слабого их поглощения водой и тканями растений. Для λ >1200 нм ситуация более сложная и требует уточнения. Тем не менее, в общем излучении облучательных светотехнических установок, используемых в теплицах, по-видимому, целесообразно соблюдать соотношение ФАР/ИК на уровне, близком к 1:1. Источники ОИ, которые находят различное применение в светокультуре растений, приведены в табл. 2 и табл. 3.

Таблица 2. Источники излучения для светокультуры растений

Таблица 3. Параметры серии селективных МГЛ для фотобиологических исследований

Значительное применение в промышленных и селекционных теплицах получили специальные ртутные лампы высокого давления с исправленной цветностью в эллипсоидной колбе, внутренняя поверхность верхней (к цоколю) половины которой покрыта люминофором с преимущественной красной люминесценцией. Рабочее положение этой лампы вертикальное (для освещения-облучения горизонтальной поверхности растений) и горизонтальное для облучения вертикальной поверхности. Их достоинство – большая концентрация мощности, высокий срок службы и низкая стоимость. Основной недостаток ламп – повышенное излучение в ближней ультрафиолетовой части спектра и низкий КПД ФАР. В современных теплицах эти лампы вытесняются НЛВД и МГЛ.
Ксеноновые трубчатые лампы типа ДКсТЛ, благодаря большой мощности, обеспечивают высокие облученности ФАР. К достоинству этих ламп относится их экологическая чистота, а к недостаткам – низкая средняя продолжительность горения (менее 1000 ч), большие габариты, а также небольшое значение КПД ФАР (~12%). В теплицах эти лампы используются редко.
Натриевые лампы высокого давления и МГЛ имеют наиболее высокий КПД ФАР, повышенный срок службы, благоприятный спектр, что обеспечивает им расширяющиеся масштабы использования в светокультуре растений. КПД ФАР натриевых ламп достигает ~(25–35)%. Благодаря этому параметру, а также большой средней продолжительности горения, НЛВД получили широкое применение в теплицах, в основном, в период недостаточного солнечного (естественного) излучения. Основной недостаток натриевых ламп – малое излучение в синей части спектра, не превышающее 8%.
Металлогалогенные лампы лишены этого недостатка. Так, на рис. 3 приведено спектральное распределение излучения МГЛ с йодидами Sc и Na. В спектре содержится излучение натрия (желто-оранжевая часть спектра), скандия (синее, красное) и ртути (синее, зеленое и желтое). Широкий спектр излучения МГЛ, регулируемый соответствующими светящимися добавками, высокий КПД ФАР (25-30%), большой диапазон мощностей (от 250 Вт до 3,5–4 кВт) позволяют эффективно использовать их при крупномасштабном выращивании овощной, цветочной и другой сельскохозяйственной продукции как лампы для рассады, а также в селекционно-генетических исследованиях.

Таблица 4. Предпочтительные уровни облучения при интенсивной светокультуре

* В УФ-области спектра (300-400 нм) целесообразно иметь облученность не более 4% ЕФАР, в ИК-области: при 0,7-1,2 мкм не более 100-120% ЕФАР; при 1,2-3 мкм менее 25% ЕФАР; при 3-40 мкм менее 25% ЕФАР.
Приведенные в этой таблице сведения могут быть использованы при проектировании камер искусственного климата.

Регулирование продолжительности светового дня (фотопериодизм) особенно большую роль играет в цветоводстве. В табл. 5 даны некоторые сведения по регулированию световых характеристик помещений при выращивании ряда цветочных культур.

Табл. 5. Условия облучения различных видов цветочных культур