Освещенность для рассады в люксах
Обновлено: 05.10.2024
Главная > 2. Автоматика для огорода > Подсветка рассады. Все о подсветке, влиянии света и выборе светильников и ламп
Принципиальная разница между подсвечиванием взрослых растений и молодых сеянцев в том, что свет улавливается не только хлорофиллом, поддерживающим фотосинтез, но и другими пигментами, например, фитохромом и криптохромом, которые влияют на деление и растяжение клеток, а также на их специализацию. Поэтому для формирующихся проростков качество и регулярность освещения, намного важнее, чем для взрослых растений.
А теперь подробнее о качестве света.
Свет из большинства источников характеризуется так называемым спектральным составом, то есть доле света каждого цвета радуги. Так вот свет каждого типа по-своему действует на растения. Например, красный свет стимулирует процессы прорастания семян, а дальний (или отдаленный) красный свет подавляет их.
Красный свет также способствует развитию проростка: в его отсутствие проросток находится в этиолированном состоянии, в котором он имеет бледный вид и крючковатую форму. Как только (достаточно 10 минут) на него станет попадать красный свет, скорость роста стебля снижается, крючок распрямляется, начинается синтез хлорофилла, поэтому семядоли начинают зеленеть.
Оранжевый, желтый и зеленый света не влияют на эти пигменты.
Спектр поглощения хлорофилла (по горизонтали — длина волны в nm).
Люмены и люксы часто путают. Эти величины являются единицами измерения светового потока и освещенности, которые нужно различать.
Световой поток характеризует источник света, а освещенность — поверхность, на которую падает свет.
Освещенность измеряется в люксах (Лк). Источник света со световым потоком в 1 Лм, равномерно освещающий поверхность площадью 1 кв.м, создает на ней освещенность в 1 Лк.
Зависимость освещенности от расстояния между источником и освещаемой поверхностью.
Освещенность на поверхности обратно пропорциональна квадрату расстояния от лампы до поверхности. Если вы передвинули лампу, висевшую над растениями на высоте полметра, на высоту одного метра от растений, увеличив таким образом расстояние между ними в два раза — то освещенность растений уменьшиться в четыре раза. Об этом надо помнить, когда вы проектируете систему для освещения растений.
Если освещенность на расстоянии от источника света 1 м равна 1000 люкс, то на расстоянии 2 м уже 250 люкс, смотри таблицу
Освещенность на поверхности зависит от величины угла, под которым освещается эта поверхность. Например: солнце в летний полдень, находясь высоко в небе, создает на поверхности земли освещенность в несколько раз большую, чем солнце, низко висящее над горизонтом в зимний день. Если вы используете для освещения растений светильник прожекторного типа, то старайтесь, чтобы свет был направлен перпендикулярно растениям.
Необходимая освещенность для рассады и расчет световой мощности ламп.
Необходимая освещенность для большинства растений, которые мы выращиваем рассадным способом, должна быть выше 8000лк. А где брать эти люксы и как их вычислить на упаковке ламп в магазине не пишут. Более того об этом не пишут и большинство советчиков рассуждающих о преимуществах той или иной лампы. Вот и получается, что вроде и лампа “правильная”, а растениям плохо. Они вытягиваются, перерастают…
Особенно часто такое бывает, когда начинающий огородник, начитавшись о достоинствах специальных “фитоламп”, решает устроить рассаде праздник и устанавливает 1 лампу над пятью рядами стаканчиков с рассадой! Это можно сравнить с попыткой накормить одним бутербродом с икрой всех приглашенных гостей… Ведь для растений свет — это жизнь! А хороший свет – роскошная жизнь!
Рассчитаем сколько люменов нужно чтоб растения получали освещенность в 8000лк или выше на ВАШЕМ подоконнике или столике для рассады.
1. для начала рассчитываем площадь, которую будет занимать рассада: Например это стол длиной 1.5м и шириной 1м S=1.5*1=1.5м2
2. теперь определим световой поток в люменах, который нам надо создать. Для этого умножим необходимую нам освещенность на площадь освещаемой поверхности:
8000лк*1.5м2=12000Лм минимум нам нужно чтоб осветить наш стол.
3. Учтем потери, при подвешивании на высоту около 30см они составляют около 30%, значит световой поток должен быть примерно в 1.5раза больше 12000*1.5=18000лм.
Итак, мы рассчитали минимальный световой поток, который должны создавать лампы, предназначенные для досвечивания рассады размещенной на столе длиной 1.5м и шириной 1м.
Какую область сможет осветить та или иная лампа?
Для примерного ориентирования, какую лампу и на какую площадь лучше использовать, можно посмотреть таблицу ниже. Таблица дана для ламп ДНаТ.
Освещаемая площадь в зависимости от мощности.
150 60 см х 60 см
250 90 см х 90 см
400 1.2 м х 1.2 м
1000 2.5 м х 2.5 м
Как и какие светильники или лампы надо выбирать для подсветки рассады.
Выбирая светильники, следует, прежде всего, обратить внимание на мощность светового потока, цветовой спектр излучения который они создают, на коэффициент полезного действия (КПД) оптической системы, а также на стабильность световых характеристик в течение всего периода эксплуатации. Лучше, конечно, покупать зеркальные лампы с КПД 95% и более. Поскольку отражатель света в них находится внутри лампы, он не поддается воздействия пара, воды, солей, не мутнеет со временем. Итак, оптический эффект светильника с зеркальной лампой остается практически неизменным в течение всего срока его эксплуатации.
Попробуем для примера взять люминесцентные лампы и посмотрим на маркировку:
Мощность, Вт : 36
Срок службы : 20000
Назначение : Лампы отличаются прекрасными характеристиками светового потока и большей экологической безопасностью
Цвет : Холодный белый
Индекс цветопередачи (Ra) : 89
Световой поток лампы (Lm) : 3350 Это и есть те люмены, которые нам нужны!
Длина лампы, мм : 1200
Т.о. для освещения стола площадью 1.5м2 при подвешивании системы освещения на высоте 30см от растений нам понадобится целых 6 ламп (18000лм:3350=5,37 но округляем до 6х).
Теперь берем зеркальную лампу высокого давления ДНаЗ/Reflux 250
Мощность, Вт : 250
Световой поток лампы (Lm) : 26000
Как мы видим из характеристики, светового потока одной лампы нам будет предостаточно, для нужной освещенности нашего стола с рассадой.
Лампа ДHаЗ/Reflux 70
Мощность, Вт : 70
Световой поток лампы (Lm) : 5600
Необходимо 3 лампы.
Преимущество ламп ДНаЗ/Reflux налицо, однако, надо учитывать их высокую стоимость, так например готовый светильник для рассады 250 Вт с ДНаЗ и ЭПРА стоит порядка 4600—5000 рублей.
Сравнительная светоотдача разных типов ламп.
Лампы накаливания:
Световое излучение такой лампы крайне невысоко – примерно 17 люмен/ватт
Галогенная лампа
Галогенная лампа – кардинально отличается от лампы описанной выше, она имеет другую форму и внутри ее колбы находится галоген (как правило это йод) в виде газа. В результате работы лампы и газообразного йода в колбе, все улетевшие со спиральной нити вольфрама, возвращаются назад. За счет этого увеличивается срок работы лампы, так же увеличивается ее светоотдача (около 25 люмен/ватт) и цветовая температура.
Ксеноновая газоразрядная лампа
Цветовая температура этой лампы находится в пределах 4300 градусов по Кельвину, в то время как галогеновая лампа имеет – 2800 градусов по Кельвину. Солнце имеет световую температуру равную 6000 градусов по Кельвину. Цветовая температура является единицей яркости. По этому чем выше будет это значение, тем ближе будет спектр лампы к естественному, солнечному свету. Теперь становится понятым почему у ксеноновых ламп свечение имеет голубой оттенок, а у галогенновых ламп он желтый.
Светоотдача до 100 люмен на ватт (в среднем 70)
Люминесцентные лампы:
Светоотдача таких ламп зависит от ее типа и составляет 70-100 люмен/ватт.
Специальные — Линейные лампы
C диаметром трубки 16мм, 26 мм и цоколями G5 и G13 соответственно, эти лампы обладают специфическими параметрами и характеристиками и используют их чаще всего для аквариумов, домашних животных. Так же их очень часто используют для досветки растений, которые обделены или лишены естественного света. Такие лампы имеют высокий уровень излучения как в синей, так и в красной части спектра, что способствует хорошему процессу фотосинтеза. Благодаря чему ускоряется рост растений. Светоотдача 47-93 люмен на ватт (в среднем 60)
ДНаТ, ДНаЗ (Натриевые лампы высокого давления)
Данный тип ламп очень популярен среди людей занимающихся выращиванием растений, так как излучаемый ими свет почти полностью восполняет потребности растения, поскольку эти лампы излучают достаточное количество красной части спектра. Думаю, что почти все знаю, что растение имеет несколько пигментов, которые воспринимают синюю и красную часть спектра. Для значимости этих частей спектра стоит вспомнить, что к примеру, красная часть спектра способствует росту корневой системы, цветению и вызреванию урожая. Так в свою очередь, пигменты растения восприимчивые к синей части спектра, отвечают за рост листьев и растения в целом. Поэтому растения которые не дополучили необходимое количества нужного спектра вырастают вытянутые и с слабой корневой системой. Светоотдача до 200 люмен на ватт (в среднем 100)
ДНаЗ(дуговая натриевая зеркальная лампа высокого давления) – это тот же самый ДНаТ, в который для удобства и большей производительности добавили зеркальное покрытие.
Особенностью этой лампы является отражающий слой, который нанесен внутри колбы. Колба и зеркальный слой сделаны таким образом, что во время работы отражаемый свет не попадает на газоразрядную трубку, тем самым увеличивается срок службы лампы. Благодаря такому отражающему слою так же достигается большое КПД отражения, который составляет порядка 95%.
Металло-галоидные (-галогенные) лампы (ДРИ)
Эти лампы очень похожи по своей конструкции на ртутные. Внутри колбы кроме ртути присутствуют добавленные иодиды металлов. Поэтому, эти лампы по праву считаются самыми эффективными, на данный момент, источниками света. у этих лампы повышенный коэффициент светопередачи, им уступают даже ртутные лампы. Будьте внимательны и не путайте эти лампы с лампами галогенными, которые не являются газоразрядными. Светоотдача до 100 люмен на ватт (в среднем 75)
Светодиодные лампы
Этот способ освещения растений сейчас набирает свою популярность, т.к. соотношение КПД большое, а потребляемая мощность маленькая. Эти показатели светодиодной лампы во много раз превышают показатели других ламп , таких как ДНАТ и люминесцентные лампы.
Вывод
Исходя из основных показателей — это цветовой спектр, КПД и цена на единицу освещаемой площади можно сделать выбор в пользу светодиодных светильников.
Полезные дополнения при организации подсветки рассады у окна.
Не смотря на выбранную подсветку, постарайтесь разместить рассаду около южного окна, за счет солнца можно сэкономить и получить лучший результат.
Сделайте дополнительные отражающие экраны сзади и по бокам рассады.
Соблюдайте график досвечивания, изменение времени как в большую, так и в меньшую сторону могут негативно сказаться на рассаде.
Помните, что ничто не заменит солнечный свет, в солнечные дни выносите рассаду закаливаться.
Я хорошо разбираюсь в том, сколько света и в каком количестве нужно обеспечить растениям, если они выращиваются в помещении - обычно это бывает на этапе рассады перед дачным сезоном. Дело в том, что если выращивать рассаду на подоконнике, то она неизбежно начнёт вытягиваться и поворачиваться в сторону окна. Это происходит из-за недостатка света, который нужен растениям для роста. Такие вытянувшиеся растения к моменту высадки в открытый грунт будут ослаблены и им потребуется время, чтобы набраться сил и перейти к дальнейшему росту и плодоношению. И то время, которое было выиграно у природы за счёт выращивания в тёплых домашних условиях, будет потрачено на адаптацию. В таком случае часто лучше вообще не заниматься рассадой, а сразу сажать семена в грунт.
А вот если дать растениям дополнительный свет, то раннее выращивание рассады имеет смысл - к высадке растения подойдут здоровыми и крепкими. А, значит, порадуют ранним и хорошим урожаем.
С чего всё начиналось
Несколько лет назад в России началась светодиодная революция - люди начали менять обычные лампы на светодиодные. И я собирался вписаться в эту волну - планировали с приятелем создать магазин по продаже светодиодных ламп. А отличием этого магазина от остальных была бы световая лаборатория, которая позволяла тестировать все типы ламп и продавать только те, которые действительно эффективны и не вредны для зрения.
Начали мы как раз с создания лаборатории. Отремонтировали небольшое помещение, сконструировали самодельный гониометр и спектрометр.
Гониометр совместно с люксметром позволяет измерять освещённость, создаваемую лампой при разных углах освещения. Чем больше угол освещения, тем, как правило, лучше.
А спекрометр позволяет проверить спектр лампы. Чем плавнее переход от однного цвета к другому - тем лучше для глаз.
Подобные картинки мы оцифровывали через специальным образом созданную мной программу и приходили к таким характеристикам ламп:
И всё бы хорошо, да как раз в тот момент (2014 год) резко упал курс рубля, и покупать светодиодные лампы большинству россиян стало не на что. Так что бизнес мы забросили едва начав, но знания про свет остались.
Как подобрать лампы для досветки растений
Но вернёмся к рассаде. Освещение лампами растений называется досвечиванием - в том случае, если часть дня на растения также падает естественный свет - из-за окна. Если окна нет, то тогда говорят, что растения выращиваются в условиях полной светокультуры. Разница в том, что из окна на растения падает некоторое количество "бесплатного" света. Соответственно, чтобы вырастить хорошую рассаду, используя искусственное освещение, необходимо ответить на следующие вопросы:
- сколько света у нас уже есть
- сколько нужно добавить
- какая лампа даст нужное количество и качество света
При этом нужно ещё не перегреть и не пересушить растения.
Определяем уровень естественного освещения
Уровень освещённости определяется в люксах. Вообще-то для растений этот показатель не самым лучшим образом подходит, но об этом позже. Зато в люксах легко измерить, насколько ярко светит солнце из-за окна. Для этого нужен специальный прибор - люксметр. Или всего лишь обычный смартфон. У любого смартфона есть датчик освещённости, который определяет требуемый уровень экспозиции перед тем, как Вы что-то сфотографируете. Можно установить приложение "luxmeter", и тогда смартфон покажет Вам уровень освещённости в люксах. Правда, показания смартфонов обладают довольно большой погрешностью.
Впрочем, примерную уровень освещённости можно определить и математическим путём. Наука, которая этим занимается, называется актинометрия. Так вот, зная широту своего местоположения, можно вычислить угол солнца над горизонтом в любой момент времени.
А зная угол солнца над горизонтом и соотношение пасмурных и ясных дней, можно узнать средний уровень освещённости в каждый месяц года, или даже подекадно:
Учтём ещё потери освещённости при прохождении через окно и то, на какую сторону света ориентировано окно и узнаем, когда сколько "бесплатного" света смогут получить растения:
Кстати говоря, чем ближе угол падения лучей света на листья растений к 90 градусам, тем лучше. Так что в последние недели зимы и в начале весны выгодно устанавливать рассаду под углом к стеклу:
Вычисляем, какого количества света не хватает
Рассаду обычно начинают выращивать в феврале-марте, некоторые растения даже в апреле. В зоне рискованного земледелия, к которой относится бОльшая часть России, в это время года естественного освещения недостаточно для выращивания нормальной рассады. Поэтому прежде чем покупать лампы для досветки, необходимо определить, сколько же света следует добавить.
Для начала нужно узнать, а сколько вообще рассаде нужно света. Каждому растению требуется свой уровень освещённости в течение разного времени. Например, томаты, перцы и огурцы следует освещать около 14 часов в сутки. А траве вроде сельдерея, петрушки и укропа период отдыха практически не нужен - можно хоть круглосуточно светить.
Кстати, когда разговор заходит о растениях, то вместо слова "освещённость" используют "облучённость", хотя для обывателя по сути разница небольшая. А для измерения облучённости используют не люксы, а микромоли (какое-то количество фотонов света), падающие на площадь в 1 м2 за 1 секунду (для краткости - просто микромоли). Поэтому в таблице выше указаны именно микромоли, а не люксы.
Проблема, однако, в том, что нельзя с помощью одного математического действия перевести люксы в микромоли и обратно (как например метры в километры). Коэффициент для перевода зависит от спектра излучения лампы (или солнца). Спектр, напомню, - это зависимость интенсивности облучения от длины волны. Таким образом, разные лампы (накаливания, светодиодные, люминесцентные) дающие одинаковое количество люкс на самом деле будут давать разное количество микромолей, так что пользуюясь только люксметром (смартфоном) можно недодать света растениям.
Чтобы избежать подобной проблемы, нужно, во-первых, знать спектр своего источника освещения (лампы):
Во-вторых, кривую чувствительности люксметра:
И, в-третьих, требуется рассчитать коэффициенты перевода с применением разных сложных формул, в том числе пользуясь интегральными вычислениями.
Я в своё время проделал эту работу для наиболее распространённых типов ламп и свёл всё в одну таблицу. Погрешность расчёта коэффициентов перевода люксов в микромоли и обратно не превышает 6%.
Таким образом, зная, что у соседа рассада томатов хорошо себя чувствует под холодными люминесцентными лампами, дающими 22000 люкс, Вы можете добиться тех же результатов, установив полноспектральные светодиодные, дающие уровень освещённости 9500 люкс.
Растения усваивают свет с разными длинами волн с разной эффективностью
Впрочем, на этом наука фито-света не заканчивается. Выше мы говорили лишь о том свете, что падает на поверхность листьев. Но в процессе фотосинтеза часть упавшего на листья света пропадает и лишь часть действительно усваивается и обеспечивает рост растению. Уровень потерь зависит от того, какой спектр имеет источник освещения.
Учёные пока ещё не пришли к единому мнению, какой спектр освещения лучше всего - высказываются различные соображения об эффективности усвоения фотонов с разными длинами волн. Кто-то считает, что основной фактор - поглощение фотонов пигментами фотосинтеза, кто-то ориентируется на скорость фотосинтеза (измеряя уровень выделения кислорода). Можно также учесть скорость синтеза хлорофилла и прочих процессов фотоморфогенеза. Если объединить все эти факторы, то получится следующая кривая "идеального" спектра облучения растений:
Если лампа будет светить со спектром, обозначенным зелёной кривой, то потерь света при поглощении фотонов не будет. Для сравнения на этом же графике приведён спектр излучения солнца. Видно, что далеко не весь солнечный свет нужен растениям.
На этом факте основано применение специальных растительных ламп старых поколений и светодиодов. До сих пор во многих тепличных хозяйствах в основном используются оранжевые лампы ДнаТ:
В домашних условиях их почти не применяют - лампы выделяют слишком много тепла. По этой же причине не используют обычные лампы накаливания. Они потребляют слишком много электричества и излучают слишком много света на ненужных длинах волн.
Чаще всего начинающие агрономы для досветки используют люминесцентные лампы - они более экономичные и не такие горячие.
Можно использовать либо обычные спиральные ртутные лампы, либо "трубки":
Впрочем, спектр таких ламп также не самый эффективный - ведь они сконструированы для людей, а не для растений. Разве что специальная растительная лампа "fluora" показывает лучшую эффективность. Но и стоит она неоправдано дорого.
Светодиодные лампы экономичнее других и не выделяют так много тепла. Но спектр простых белых светодиодов всё ещё не настолько приближен к "идеальному":
Поэтому в последнее время всё более широкое распространение получает организация досветки с использованием монохромных или полноспектральных светодиодов. Монохромные светят только одним цветом - чаще всего используются синие и красные, причём с пиками излучения на определённых длинах волн (440 и 660 нм). Простые синие и красные светодиоды от ёлочной гирлянды не подойдут. Иногда для повышения вкусовых качеств, стимуляции процессов цветения и плодоношения к синим и красным монохромным светодиодам добавляют небольшое количество монохромных светодиодов других цветов - жёлтого, зелёного. А также устанавливают светодиоды с излучением в ультрафиолетовом (внимание, опасно для здоровья!) и инфракрасном диапазонах. Например, без ультрафиолета аромат пряных трав будет минимальным.
Решения с применением монохромных светодиодов - самые эффективные, но не самые простые. Синий, красный и дополнительные цвета должны "перемешаться" перед тем, как попасть на листья. Это означает, что светодиоды придётся повесить выше, чем было бы можно. И потеряется большое преимущество светодиодов - низкая температура и высокая интенсивность облучения вблизи источника света (чем ближе к лампе, чем гораздо больше света!).
Поэтому применяются также так называемые "полноспектральные" светодиоды (светят фиолетово-сиреневым цветом). Один такой светодиод излучает на разных длинах волн - в основном в синей и красной части спектра, но также немного в промежуточной жёлто-зелной и даже в инфракрасной. При этом отсутствует проблема с перемешиванием цветов - растения можно подставить буквально вплотную к светодиодам (1-3 см) и получить фантастический уровень освещённости. Правда, при этом несколько падает энергоэффективность - полноспектральные светодиоды покрыты люминофором, съедающим часть энергии.
Сравнение спеткров монохромных и полноспектральных светодиодов с "идеальным" спектром поглощения:
Можно математически оценить степень близости спектра излучения лампы и "идеальный" спектр:
Как видно, ближе всех к "идеальному" спектру полноспектральные светодиоды и растительные люминесцентные лампы "fluora".
Выбираем тип и количество ламп
Теперь можно перейти к выбору типа лампы. Если Вы собираетесь выращивать исключительно рассаду, а цвести и плодоносить Ваши растения будут на даче, то тогда хорошим вариантом будет выбор монохромных сине-красных ламп. В ином случае лучше взять полноспектральные светодиоды. При этом нужно понимать, что светодиоды энергоэффективны лишь в период эксплуатации. А сами лампы (покупные или самодельные) довольно дороги. Цены на светодиоды сейчас постепенно снижаются. Тем не менее, поскольку им требуется хороший теплоотвод, затраты на радиаторы из алюминия всё ещё высоки и не имеют тенденции к снижению стоимости.
Поэтому если у Вас нет желания вкладывать большие средства в светодиоды (оборудование площади досветки в 1 квадратный метр может обойтись в 10-15000 рублей без учёта стоимости работы!), можно использовать и люминесцентные лампы. Они значительно дешевле, для их установки достаточно купить либо обычные патроны (для спиральных), либо светильники (для трубок). Но при этом будет тратиться больше электричества, а растениям будет жарко - нужно будет организовывать систему теплоотвода, например, устанавливая вентиляторы:
Установив лампы выбранного типа и определив, сколько люкс они дают (плюс освещённость из окна), можно пересчитать люксы в моли и сравнить полученное значение с нормами для растений. Например, для огурца:
Если люксметр (смартфон) показывает меньшее значение, значит, нужно увеличивать количество или мощность ламп.
От отдельной лампы к гроубоксу
Для выращивания хорошей рассады нужно организовать достаточную и качественную досветку. Но одного света недостаточно. Рассада также будет сильно тянуться от высокой температуры (нередко в квартирах под лампами температура превышает 25 и даже 30 градусов). Листья будут сохнуть от невысокой влажности. Для многих растений оптимальная температура выращивания на этапе рассады - всего 15 градусов, влажность - 70-80%. Конечно, зимой и весной можно постоянно держать открытым окно, но в таком помещении вряд ли будет комфортно людям. Да и постоянные сквозняки на растения влияют негативно. Поэтому более предпочтительный вариант - выращивание рассады в неотапливаемом помещении, на застеклённом или даже незастеклённом балконе или лоджии.
В таком случае мы сразу же решаем вопрос с нужной влажностью - на улице она как раз та, к которой генетически приспособлены растения. И, вроде бы, решаем вопрос с перегревом - излишняя температура от ламп будет компенсироваться холодным уличным воздухом. Но в конце зимы и в начале весны температурная компенсация может получиться слишком уж большой - тепловой мощности ламп не хватит для обогрева. Поэтому сооружают специальные утеплённые гроубоксы (шкафы для рассады), в которых устанавливают регулируемую систему дополнительного обогрева.
Проще всего организовать обгрев с помощью гибких нагревательных лент - они маломощные (как раз то что нужно), гибкие и влагозащищённые - их можно класть прямо в поддон с горшками, они не боятся воды в нём.
Интенсивность дополнительного подогрева можно регулировать с помощью простейшего регулятора напряжения. Чем меньше нужен подогрев, тем сильнее нужно снизить напряжение.
Контролировать итоговую температуру в гроубоксе можно с помощью термометров с выносными датчиками
Такая система позволяет поддерживать комфортную двадцатиградусную температуру в гроубоксе, установленном на незастеклённом балконе, даже если на улице -20 градусов.
Нужен пример?
В 2017 году я выращивал рассаду земляники в гроубоксе на балконе под полноспектральными светодиодами. Посев - в конце января, высадка рассады - в начале февраля. Температура поддерживалась на уровне 15-18 градусов.
После того, как важность использования искусственного освещения при выращивании растений была обоснована научно, производство специальных ламп для садоводов и фермеров было начато с широким размахом. В
Той статье будут обсуждаться различные типы освещения, широко применяемые в технологии выращивания растений и гидропонике. Тип освещения — один из основных факторов, влияющих на результат роста. Остальные — это уровень углекислого газа, вода, минеральные удобрения, экология и качество света. Приведенные ниже сведения будут полезны для создания и наладки своего освещения, используя стандартную классификацию типов электрического освещения.
В последнее время использование искусственного света становится все более и более экономически выгодным. Стоимость покупки и обслуживания ламп становится все ниже, а источники освещения все более мощными. Все это, вкупе с возможностью транспортировки представителей флоры, а также развитием рынка специальных гидропонных продуктов, делает возможным выращивание растений вообще без почвы.
Искусственное освещение может использоваться в садоводстве и фермерстве в трех случаях:
Для полного обеспечения получения света, в котором нуждается растение.
Для дополнения солнечного света, в котором нуждаются растения. Особенно актуально это в зимние месяцы — период сокращения часов светового дня.
Для увеличения продолжительности светового дня. Актуально для достижения специального эффекта роста или цветения.
Фотосинтетически активная радиация, кривая восприятия растений
Подобно тому как люди нуждаются в сбалансированной диете, растения также ощущают потребность в сбалансированном полноспектральном освещении. Качество света не менее важно, чем количество. Растения восприимчивы к свету примерно в том же диапазоне, что и человеческий глаз. Эта порция светового спектра соотносится с фотосинтетически активной радиацией (ФАР) в спектральном диапазоне 400-700 нм. Тем не менее, восприятие растений внутри этого участка отлично от аналогичного у человека.
Равнозначно тому как для человека наилучшим источником калорий является жир, для растений лучшая пища — это красный свет. Однако, растения освещаемые исключительно красным и оранжевым светом большей частью не вырастут должным образом. Причина этого в том, что для полноценного роста листвы (особенно важно для овощей) и массы крайне важен синий свет. Многие другие комплексные процессы зависят и от других спектральных диапазонов. Определение правильной спектрально порции света зависит от вида растения. Принятие решения о количестве необходимого света также должно учитывать части спектра уже задействованные при освещении. При подборе освещения для растений не могут применяться те же стандарты, что и при выборе источника света для людей. Некоторые принципы соответствия и различий могут быть использованы для определения необходимой меры света в гидропонике.
Измерение уровня освещения для людей. Люмен (лм) и Люкс (лк)
Как бы то ни было, и люмен, и люкс отображает исключительно человеческое восприятие светового спектра, потому как растения воспринимают все совершенно иначе.
Каким же образом следует измерять уровень света для растений ? Есть 2 основных способа для определения этой величины: измерение уровня энергии или подсчет количества фотонов.
Уровень Ватт фотосинтетически активной радиации.
Ватт — объективная мера для измерения количества энергии, выделяемой лампой ежесекундно.
Энергия в свободном состоянии измеряется в Джоулях, и один Джоуль в секунду называется Ватт.
Лампа накаливания мощностью 100 Вт генерирует 100 Дж энергии каждую секунду. Однако, как много световой энергии производится при этом ?
Около 6 Дж в секунду = 6 Вт.
Мы видим, что мощность составляет всего лишь 6 %. Большинство же оставшейся энергии выделяется в тепловой форме.
Многие газозарядные лампы, например, натриевые газозарядные лампы или металлогалогенные лампы значительно более эффективны по сравнению с лампами накаливания, потому как, соответственно, 30 и 40 % выделяемой энергии преобразуют в свет.
Поскольку растения используют энергию в диапазоне 400 - 700 нм, то свет на этом спектральном участке называется фотосинтетически активной радиацией или просто ФАР. Для измерения энергии, выделяемой в этом диапазоне в секунду используется величина Вт ФАР. Это объективная мера для растений в противоположность субъективной мере, измеряемой в люменах, для определения влияния на восприятие человека. Ватт ФАР прямо указывает на количество энергии, которую растения могут использовать в реакции фотосинтеза.
Исходящие 400 Вт лампы накаливания равнозначны 25 Вт света, а из 400 Вт энергии, излучаемой металлогалогенной лампой, около 140 Вт приходятся на свет. Если принять во внимание тот факт, что на ФАР приходится основная "видимая" часть спектра, то логичным заключением будет то, что металлогалогенная лампа производит 140 Вт ФАР. Газозарядные лампы имеют несколько меньший показатель: 120-128 Вт, потому что свет желтый и содержит большее количество люменов.
"Освещенность" измеряется в Вт ФАР на метр квадратный, однако это не совсем верное понятие для определения эффективности света при выращивании растений, поэтому в садоводстве чаще используется термин "облученность", измеряемая в Вт/м2 или Ватт на метр квадратный.
Следующий важный принцип, который следует понять для того, чтобы определить точное количество света, необходимое растениям — это осознание того, что свет распространяется не чем-то цельным, но пучками, именуемыми "фотонами". Эти пучки являются минимальными носителями энергии, путем которой свет и передается. Поскольку реакция фотосинтеза протекает путем поглощения атома фотона, то целесообразно будет подсчитать их количество, которое ежесекундно принимает на себя растение.
Поскольку только фотоны света ФАР участка спектра являются активатором реакции фотосинтеза, то имеет смысл измерить только их количество. Теоретически лампы могли бы быть настроены на количество фотонов, излучаемых ежесекундно, но на сегодняшний день такие лампы не производятся.
Биологи-исследователи говорят о фотонном потоке, которым облучается поверхность, — важной части исследуемого вопроса, обозначаемой ФФП ФАР (Photosynthetic Photon Flux, PPF), где ФФП не что иное, как фотосинтетический фотонный поток—величина, показывающее количество фотонов приземляющееся ежесекундно на 1 квадратный метр облучаемой поверхности.
Другая важная величина — конверсия фотонного потока (YPF PAR or Yield Photon Flux). Этот показатель явственно демонстрирует нам насколько эффективно растение использует полученный фотонный "капитал". Поскольку "красные" цвета более активно способствуют запуску фотосинтеза, данные измерения уделяют внимание прежде всего подсчету именно их.
Поскольку фотоны крайне малы по своим габаритам, то в науке, вместо чисел вида 1 000 000 000 000 000 000, используется обозначение "1.7 микромоль фотонов" ( знак µмоль). Микромоль содержит в себе 6 x 1017 фотонов, а 1 моль 6 x 1023 фотонов.
Освещенность (или "облученность") измеряется количеством Ватт на квадратный метр или количеством микромоль на квадратный метр.
Несмотря на то, что все три величины (Ватт на метр квадратный, фотосинтетический фотонный поток, конверсия фотонного потока) позволяют измерить количество света, которое получают растения, человеческий глаз не способен воспринять кривую спектра ФАР — 400-700 нм. Следует заметить, что некоторые ученые предлагают иные показатели: 350-750 нм. но принципиальной разницы для садоводов любителей в этом нет.
Фотосинтез и фотоморфогенез
Растения получающие недостаточно света, производят слабые, вытянутые листья и страдают общим недостатком массы. Другие же растения, наоборот, получающие чрезмерное количество света, выглядят исушенно-безжизненно и имеют обесцвеченную листву из-за разрушения хлорофилла.
Также растения могут быть повреждены избыточной ультрафиолетовой радиацией
Однако, внутри допустимой нормы растения прекрасно откликаются на нужную дозировку света, показывая хорошие результаты в росте и наборе массы. А относительная квантовая эффективность является той мерой, которая демонстрирует максимальную работу каждого фотона.
Кривая зависимости относительной квантовой эффективности от длины волны называется кривой реакции растений к фотосинтезу, о чем было сказано ранее.
Также предоставляется возможным построить график, демонстрирующий эффективность определенных участков спектра на осуществление реакции фотосинтеза. Факт того, что фотоны синего света производят больше энергии, чем фотоны красного цвета обязательно должен быть принят во внимание, и тогда кривая может быть запрограммирована на измерение исключительно "люменов растений" или "люменов человека". Это и должно произойти в обозримом будущем. Например, уже сегодня компания Venture Lighting International предлагают установленные Вт ФАР счетчики на серии ламп Sunmaster, предназначенных специально для рынка растениеводческих технологий.
Главной составной частью растений, обеспечивающей фотосинтез является хлорофилл. Некоторые ученые извлекали его из растений для определения реакции на световое излучение различной длины волн и спектральной частотности, ожидая, что его реакция будет аналогичной реакции фотосинтеза растений. Однако, исследования показали, что реакция других компонентов (в частности, каротиноидов и фикобилинов) не менее важна для протекания нормальной реакции фотосинтеза. Таким образом, кривая отклика растений представляет собой собирательную величину, состоящую из значений реакций всех необходимых пигментов, и характерную для большинства растений (хоть и не для всех, т.к. разница, порой, достигает 25 %). Хотя в газозарядных лампах и лампах накаливания спектральная величина излучаемого света остается неизменной, металлогаллогенные лампы предоставляют возможность выбора температуры и спектрального диапазона освещения.
В дополнение к фотосинтезу, который имеет следствием материальный рост, другие функции (прорастание, цветение и пр) вызваны наличием или отсутствием света. Эти процессы называются фотоморфогенезом и зависят не столько от интенсивности света, сколько от облучения в строго классифицированных спектральных рамках (синий, дальний красный или просто красный), а также от действия специальных рецепторов (фитохромы и криптохромы).
Растения "видят" свет иначе, чем люди. Именно поэтому люмены, люксы и футсвечи не всегда являются величинами, показывающими достаточный уровень освещенности, так как это меры, прежде всего всего отображающие уровень видимости. В случае с растениями лучше использовать значения Вт ФАР, фотосинтетического фотонного потока и конверсию фотонного потока.
Кроме того, важным является не только количество, но и качество света.
Проектируем простой осветительный макет.
Шаг 1. Определяем уровень освещенности в Вт ФАР/метр квадратный.
Какой уровень освещения максимально хорошо подходит растениям ?
Это зависит от типа растений, стадии роста, уровня освещенности помещения и других факторов. рекомендации, размещенные в технических брошюрах следует рассматривать как важный источник информации. В общем и целом, растения однозначно растут быстрее при более качественном уровне света, но это вызывает дополнительные расходы на электроэнергию.
Так как лампы отличаются друг от друга, то и соответственно отличаются настройки, применяемые к ним, поэтому точный расчет настроек обязателен для каждого отдельного устройства.
Например, специальная техническая брошюра рекомендует Вам ППФ ФАР в размере 400 µмоль на метр квадратный. Таблица ниже рекомендует Вам 85 Вт ФАР на метр квадратный. Коэффиценты конверсии между ППФ ФАР, Вт ФАР зависят от источника света. Например, 400 Вт лампа накаливания излучает больше люменов, чем 400 Вт металлогалогенная лампа, но меньше Вт ФАР. Также значение имеет цветовая температура. Таблица ниже поможет Вам в настройках металлогалогенных ламп.
Продолжение темы про освещение для растений, в предыдущем посте я рассказал про спектр и выбор источника света, в этом поговорим о режимах освещения и его интенсивности.
Зачастую садоводы-любители измеряют силу света в ваттах, но это не совсем правильный подход, т.к. разные источники света выдают разное количество света-люмен при равной потребляемой мощности. Освещенность все же правильней измерять в люксах, источник света мощностью 1 люмен, освещающий поверхность площадью 1 кв. метр создает на ней освещенность в один люкс.
Величина освещенности обратно пропорциональна величине квадрата расстояния от источника света до поверхности. То есть приподняв лампу всего на 50 см выше ее предыдущего уровня, например, полметра над растениями, мы увеличиваем площадь освещения, но снижаем уровень освещенности в 4 раза.
Освещенность измеряется прибором – люксметром этот девайс может измерить освещенность и выдать точный результат в люксах. Если у вас нет под рукой этого прибора - не беда, практически все современный фотоаппараты имеют встроенный экспонометр исходя из текущей освещенности он автоматически делает настройки для снимка - выдержку/диафрагму, зная эти параметры можно с довольно высокой точностью получить значение в люксах.
Возьмите белый лист бумаги, положите его на место, где необходимо провести замер освещенности. Установите чувствительность 100 iso, сфотографируйте лист без вспышки, чтобы только он был на снимке. В меню фотоаппарата или на компьютере просмотрите значения диафрагмы и выдержки получившегося снимка, воспользуйтесь таблицей чтобы получить значение в люксах.
Сколько люкс требуется?
Несмотря на то, что в солнечный день освещенность достигает 100000 люкс, для успешного роста даже светолюбивых растений такая освещенность не требуется.
Для тенелюбивых растений достаточно 5000-10000 люкс.
Для теневыносливых 10000-20000 люкс.
И 20000 и более для светолюбивых растений.
Эти значения условны, т.к. растение способно приспособиться к окружающим условиям, также в различные периоды роста растению требуется различное количество света.
Помимо интенсивности освещения очень большую роль имеет его продолжительность. Для разных растений длина светового дня разная. Помните, что слабое освещение нельзя заменить более длинным периодом.
Различают растения длинного и короткого дня, а также растения нейтральные к длине дня.
Для перехода к цветению и плодоношению, длиннодневным растениям необходим 14 – 17 часовой световой день. На коротком 10 – 12 часовом дне они не цветут до осени
Коротко-дневные растения, наоборот, в условиях сокращённого до 12 часов дня быстрее зацветают и плодоносят, чем на длинном дне. Стоит отметить, что продолжительность дня имеет значение для роста и развития овощных растений только до наступления плодоношения. После завершения формирования генеративных органов изменение длины дня не оказывает заметного влияния на культуру.
Помимо хорошего света, безусловно, важны и другие факторы. Интенсивность фотосинтеза ограничивается тем, чего не хватает растению в данный момент: при низкой освещенности это - свет, а когда света много, то, например, - температура, или - концентрация углекислого газа. Для правильного роста нужно постараться обеспечить растение всем необходимым.
Читайте также: