Студія світла laiti
Купуючи овочі взимку, Ви напевно звертали увагу на те, що одні овочі на порядок смачніше інших, і на те, що в одному магазині гідропонна полуниця велика і солодка, а в іншому дрібніше і на смак як вата.
Ніякого секрету немає, це в меншій мірі залежить від сорту рослин, а в більшій - від правильного мікроклімату, створеного в теплиці, і підтримки оптимальних умов вирощування весь життєвий цикл рослини. Іншими словами, створивши у своїй теплиці або парнику умови, яких вимагають ваші рослини, Ви будете віддячили високою якістю зібраного врожаю.
Безліч досліджень і звичайна садівнича практика, при найближчому розгляді, вказують на прямо-пропорційну залежність між кількістю світла і врожайністю рослин, вирощених в штучних тепличних умовах.
Недолік світла призводить до уповільнення росту рослин і порушення їх розвитку, наприклад, до надмірного подовження і крихкості стебел, неправильного дозрівання і т.д. Тому застосування в теплицях освітлення (реалізованого за допомогою спеціальних світильників для теплиць) вже давно є догмою і досить широко поширеним, хоч і відносно дорогим засобом інтенсифікації росту рослин.
Для чого рослині світло?
Їжею для рослин, що використовується для росту і створення маси, є прості органічні сполуки - вуглеводні. Рослини самі виробляють їх з двоокису вуглецю і води в результаті процесу фотосинтезу. Цей процес здійснюється за рахунок використання світлової енергії, що поглинається через так званий асиміляційні пігмент - хлорофіл, що міститься в основному в листі. Продуктом рослинного фотосинтезу також є що виділяється в атмосферу кисень, необхідний для життя інших організмів.
Інтенсивність фотосинтезу залежить від інтенсивності світла, вміст двоокису вуглецю і забезпечення водою, а також від навколишньої температури. Важливим є, однак, не тільки загальна кількість світлової енергії, що досягає рослини, але і спектральний склад світла, а також взаємне співвідношення періодів освітлення і відсутності світла, або дня і ночі - так званий фотопериодизм.
Існують рослини довгого дня, які можна спонукати до зростання і цвітіння за допомогою штучного збільшення часу освітлення за допомогою світильників для теплиць. У рослин ж короткого дня час висвітлення не може перевищувати певного рівня, щоб уникнути порушення цвітіння. Крім того, існують деякі види нейтральних рослин, наприклад, троянди, у яких співвідношення часу дня і ночі не впливає на цвітіння, але від світла залежить швидкість росту, висота і т.д. Словом, необхідно звертати увагу не тільки на характеристики тепличних світильників, але і встановлювати індивідуальний, програмований графік включення / відключення освітлення в теплиці.
Інтенсивність світла впливає на швидкість фотосинтезу.
При низькій інтенсивності світла переважають процеси дихання рослин (енергія для життєдіяльності черпається за рахунок розпаду раніше синтезованих речовин). При підвищенні інтенсивності світла лінійно збільшується фотосинтез. При подальшому зростанні інтенсивності фотосинтез збільшується повільніше, потім не збільшується, настає «фаза насичення». Якщо продовжувати збільшувати інтенсивність світла, фотосинтез починає знижуватися.
При низькій інтенсивності світла рослини виходять витягнуті. У коренеплідних (наприклад, редису) - коренеплоди утворюються погано, рослини формують квітконосні стебла. У томатів і огірка квіти опадають, плоди невеликі, смакові якості низькі.
Інтенсивний світло дозволяє збільшити урожай, отримувати великі плоди високої якості, значно знизити терміни вегетації.
Інтенсивний світло дозволяє скоординувати фотосинтез, ріст і розвиток рослин.
У той же час для вирощування зелені сильне світло шкідливий, так як зростання листової поверхні сповільнюється, якості листя знижується, вони жовтіють і стають жорсткими.
На що реагують рослини? Важливі характеристики тепличного світильника.
В аспекті зорового процесу сітківка людського ока реагує на електромагнітне випромінювання, довжина хвилі якого становить 380-780 нм. У процесі фотосинтезу рослини використовують тільки частина цього діапазону, тобто хвилі довжиною 400-700 нм. Використовуваний рослинами спектральний діапазон світлових хвиль називається фотосинтетично активною радіацією (ФАР або ППФ (щільність потоку фотонів)).
Показник фотосинтетичний активного випромінювання є єдиною мірою оцінки придатності джерела світла в процесі фотосинтезу. Чим вище такий показник на ват електричної потужності джерела світла, тим більше він ефективний для росту рослин. Показник фотосинтетичний активного випромінювання виражається в мікромолі на секунду (μмоль / с).
"Мікромолі" позначає певне число.
Мікро (μ) = 10-6 і моль = 6,023 x 1023 (число Авогадро). Один микромоль фотонів становить, отже, 6,023 x 1017 фотонів = 602 300 000 000 000 000 фотонів або частинок світла.
Швидкість росту і розвитку рослин залежить, перш за все, від інтенсивності опромінення, тобто випромінюваної енергії, яка випадає на одиницю поверхні, а значить від потужності і кількості встановлених тепличних світильників.
Ультрафіолетове випромінювання нижче 380 нм і інфрачервоне - вище 780 нм у фотосинтезі не використовується, але впливає на так звані фотоморфогенетіческіе процеси рослин, пов'язані крім іншого з ростом пагонів, розростанням, забарвленням листя, цвітінням і старінням рослин.
У більшості випадків ми оцінюємо інтенсивність освітлення теплиць, та й не тільки їх, відповідно до особливостей очі - людського органа зору.
Інтенсивність освітлення теплиць, реалізованого для потреб зору людини, характеризується величиною освітленості. Показник освітленості оцінюється потім у співвідношенні з чутливістю ока, яка не є однорідною на всьому протязі видимих хвиль. Така чутливість є найбільшою при довжині хвилі близько 555 нм, тобто при випромінюванні жовто-зеленого світла. Простіше кажучи, чим більше яскравість освітлення, тим краще ми бачимо, і тим більшою мірою спектральне розкладання світла відповідає спектральної кривої сприйнятливості нашого ока.
Інтенсивність штучного освітлення теплиць характеризується кількістю фотонів або частинок, що володіють елементарною порцією енергії електромагнітного поля іменованої квантом, використовуваних в процесі фотосинтезу. Кількість світлової енергії, використовуваної рослинами, виражається в одиницях μмоль / м2 * с. Рослини характеризуються, однак, зовсім інший, на відміну від людського ока, сприйнятливістю на довжину хвилі випромінювання. Тому кванти світлової енергії викликають дію різної інтенсивності в залежності від довжини хвилі. Наприклад, ефект опромінення певною кількістю світлової енергії з світлового діапазону жовтого кольору буде значно більшим, ніж при опроміненні такою ж дозою зеленого світла або навіть блакитно-зеленого. Іншими словами, тепличні світильники будуть тим інтенсивніше стимулювати розвиток рослини, чим більше випромінювань енергії буде міститися в тих діапазонах спектру випромінювання, до якого рослина найбільш вразливе.
Спектральні діапазони світла мають такі фізіологічні значення:
- 280-320 нм: погано впливає;
- 320-400 нм: регуляторна роль, необхідно кілька відсотків;
- 400-500 нм ( «синій»): необхідний для фотосинтезу і регуляції;
- 500-600 нм ( «зелений»): корисний для фотосинтезу оптично щільних листя, листя нижніх ярусів, густих посівів рослин завдяки високій проникаючої здатності;
- 600-700 нм ( «червоний»): яскраво виражене дію на фотосинтез, розвиток і регуляцію процесів;
- 700-750 нм ( «дальній червоний»): яскраво виражене регуляторний дію, досить кілька відсотків в загальному спектрі;
- 1200-1600 нм: поглинається внутрішньо-і міжклітинної водою, збільшує швидкість теплових біохімічних реакцій.
Співвідношення ІК і ФАР - 50-85% в залежності від кута падіння сонячних променів і стану атмосфери.
Підсвічування - днем, освітлення - вночі.
Слід розрізняти два типи підсвічування (освітлення) теплиць штучним світлом: тепличні світильники, що забезпечують рослини необхідною кількістю світлової енергії, що поглинається ними в період природного освітлення. Такий тип підсвічування вимагає, щоб щільність світлової енергії в період опромінення фотосинтетичний активній радіацією (ФАР) перебувала в діапазоні від 400 до 1000 μмоль / м2 * с.
Другий тип - фотоперіодичних освітлення теплиць. Воно передбачає використання штучного світла для подовження дня за рахунок освітлення рослин вночі. Змінюючи тривалість дня і ночі за допомогою штучного освітлення, можна прискорити або призупинити цвітіння рослин. Такий тип освітлення вимагає відносно невеликої дози енергії на рівні 5-10 μмоль / м2 * с.
У деяких теплицях ефективним способом управління ростом і цвітінням може також опинитися циклічна, короткострокова підсвічування теплиць в певні проміжки часу.
Джерела штучного світла: серце світильників для теплиць.
Серед загальнодоступних штучних джерел світла найбільшою ефективністю трансформації електричної енергії в енергію фотосинтетичний активного випромінювання є натрієві лампи високого тиску, тому вони переважно і використовуються для освітлення теплиць.
Їх високий енергетичний ККД і спектральне розкладання розподілу енергії вказують на те, що саме цей тип джерел світла є найбільш придатним і універсальним для асиміляційного освітлення теплиць різних видів. Переважно, моделі натрієвих ламп, спеціально спроектовані для тепличних світильників, завдяки збільшенню тиску парів натрію в лампі, мають спектр випромінювання, посилений в діапазоні блакитного і червоного випромінювання.
Додаткові порції блакитного випромінювання збільшують інтенсивність фотосинтезу, а значить ефективність спеціалізованого штучного освітлення теплиць - вище. У висвітленні теплиць також нерідко застосовуються дугові ртутні та люмінесцентні лампи, вкрай рідко - лампи розжарювання. Установка того чи іншого виду ламп і світильників багато в чому залежить від конкретної культури рослин.
Високотехнологічне рослинництво - це енергозалежний процес.
Провідні виробники обладнання для теплиць досліджують можливості застосування в теплицях світлодіодного освітлення, яке б допомогло скоротити енергоспоживання і в той же час підвищити якість і обсяги врожаю.
Японський виробник електроніки Nabesei продемонстрував рослини, вирощені під впливом світлодіодного освітлення трьох різних квітів.
Рослини однакового розміру піддавалися безперервному опроміненню світла з довжиною хвилі 630 нм (червоні світлодіоди), 430 нм (блакитні) і бузкового світла (використовувалися червоні і блакитні LED - 50/50).
Після трьох тижнів опромінення виявилося, що найкращий зростання продемонстрували рослини з бузковим освітленням.
Як стверджують співробітники Nabesei, для росту рослин не потрібні всі світлові хвилі видимого спектру. Проте, наприклад, світло з довжиною хвилі близько 660 нм (червоний) сприяє росту рослин в період цвітіння і в процесі фотосинтезу. А коли у рослини формуються бутони, найбільш сприятливий вплив на його зростання надає блакитне світло з довжиною хвилі близько 450 нм.
Рослини, вирощені під впливом червоного кольору, виявилися найменшими і слабкими. Рослини, опромінені блакитним світлом, виросли вище всіх, але мали меншу кількість листя і були, незважаючи зростання, дуже тонкими і теж досить слабкими. А ось рослини, що піддавалися впливу бузкового світла, виявилися найбільш гармонійно розвиненими і мали великі міцні листя.
Однак, в Nabesei підкреслюють, що світло з певною довжиною хвилі неоднаково впливає на різні типи рослин, і тут ще багато що належить вивчити і не один експеримент провести.
Рівномірність освітлення теплиць.
Тепличні світильники є дуже важливим елементом системи підсвічування. Саме завдяки їм джерела світла працюють в оптимальних умовах енергозабезпечення. Однак світильники, перш за все, відповідають за розподіл випромінювання джерел світла в просторі. Спеціально розроблені рефлектори відбивають світло таким чином, щоб він якомога більш рівномірно падав на всю поверхню, якої досягає світло. Завдяки цьому стає можливим проектування розташування світильників в теплиці таким чином, щоб всі вирощувані під ними рослини отримували однакову порцію енергії незалежно від того, чи знаходяться вони безпосередньо під тепличним світильником або в проміжку між ними.
- рослини використовують тільки частина діапазону електромагнітного випромінювання, тобто хвилі довжиною 400-700 нм, проте короткохвильове (ультрафіолетове) і довгохвильове (інфрачервоне) також впливають на ріст рослин;
- виділяють два типи освітлення теплиць: постійна підсвічування і фотоперіодичних освітлення;
- натрієві лампи високого тиску не завжди являють собою ідеальне джерело світла для тепличних світильників. В окремих випадках, використовуються різні джерела світла в залежності від культури рослин і завдань;
- краще не економити на обладнанні - закупівля якісного освітлювального обладнання дозволяє забезпечити найкращі умови для росту рослин;
- важливо пам'ятати, що проектування освітлення теплиць повинне проводитися відповідно до документально встановленими правилами і нормами. У цьому завданні зможуть допомогти тільки професіонали-світлотехніки, що володіють досвідом подібних робіт.