Приобретая овощи зимой, Вы наверняка
обращали внимание на то, что одни овощи на порядок вкуснее других, и на то, что
в одном магазине гидропонная клубника крупная и сладкая, а в другом мельче и на
вкус как вата.
Никакого секрета нет, это в меньшей мере
зависит от сорта растений, а в большей - от правильного микроклимата,
созданного в теплице, и поддержания оптимальных условий выращивания весь
жизненный цикл растения. Другими словами, создав в своей теплице или парнике условия,
которых требуют ваши растения, Вы будете отблагодарены высоким качеством
собранного урожая.
Множество исследований и обычная
садоводческая практика, при ближайшем рассмотрении, указывают на
прямо-пропорциональную зависимость между количеством света и урожайностью
растений, выращенных в искусственных тепличных условиях.
Недостаток света приводит к
замедлению роста растений и нарушению их развития, например, к чрезмерному
удлинению и хрупкости стеблей, неправильному созреванию и т.д. Поэтому
применение в теплицах освещения (реализованного с помощью специальных
светильников для теплиц) уже давно является догмой и достаточно широко
распространенным, хоть и относительно дорогим средством интенсификации роста
растений.
Для чего растению свет?
Пищей для растений, используемой для роста
и создания массы, являются простые органические соединения – углеводороды.
Растения сами вырабатывают их из двуокиси углерода и воды в результате процесса
фотосинтеза. Этот процесс осуществляется за счет использования световой энергии,
поглощаемой через так называемый ассимиляционный пигмент – хлорофилл,
содержащийся в основном в листьях. Продуктом растительного фотосинтеза также
является выделяющийся в атмосферу кислород, необходимый для жизни других
организмов.
Интенсивность фотосинтеза зависит от
интенсивности света, содержания двуокиси углерода и обеспечения водой, а также
от окружающей температуры. Важным является, однако, не только общее количество
световой энергии, достигающей растения, но и спектральный состав света, а также
взаимное соотношение периодов освещения и отсутствия света, или дня и ночи –
так называемый фотопериодизм.
Существуют растения длинного дня, которые
можно побудить к росту и цветению с помощью искусственного увеличения времени
освещения при помощи светильников для теплиц. У растений же короткого дня время
освещения не может превышать определенного уровня во избежание нарушения
цветения. Кроме того, существуют некоторые виды нейтральных растений, например,
розы, у которых соотношение времени дня и ночи не влияет на цветение, но от
света зависит скорость роста, высота и т.д. Словом, необходимо обращать
внимание не только на характеристики тепличных светильников, но и устанавливать
индивидуальный, программируемый график включения/отключения освещения в теплице.
Интенсивность света
влияет на скорость фотосинтеза.
При низкой интенсивности света преобладают
процессы дыхания растений (энергия для жизнедеятельности черпается за счет
распада ранее синтезированных веществ). При повышении интенсивности света
линейно увеличивается фотосинтез. При дальнейшем росте интенсивности фотосинтез
увеличивается медленнее, потом не увеличивается, наступает «фаза насыщения».
Если продолжать увеличивать интенсивность света, фотосинтез начинает снижаться.
При низкой интенсивности света растения
получаются вытянутые. У корнеплодных (например, редиса) - корнеплоды образуются
плохо, растения формируют цветоносные стебли. У томатов и огурца цветы опадают,
плоды невелики, вкусовые качества низкие.
Интенсивный свет позволяет увеличить урожай,
получать крупные плоды высокого качества, значительно снизить сроки вегетации.
Интенсивный свет позволяет скоординировать
фотосинтез, рост и развитие растений.
В то же время для выращивания зелени
сильный свет вреден, так как рост листовой поверхности замедляется, качества
листьев снижается, они желтеют и становятся жесткими.
На что реагируют
растения? Важные характеристики тепличного светильника.
В аспекте зрительного процесса сетчатка
человеческого глаза реагирует на электромагнитное излучение, длина волны
которого составляет 380-780 нм. В процессе фотосинтеза растения используют
только часть этого диапазона, то есть волны длиною 400-700 нм. Используемый
растениями спектральный диапазон световых волн называется фотосинтетически
активной радиацией (ФАР или ППФ (плотность потока фотонов)).
Показатель фотосинтетически активного
излучения является единственной мерой оценки пригодности источника света в
процессе фотосинтеза. Чем выше такой показатель на ватт электрической мощности
источника света, тем более он эффективен для роста растений. Показатель
фотосинтетически активного излучения выражается в микромолях на секунду
(µмоль/с).
"Микромоль" обозначает
определенное число.
Микро (µ) = 10-6 и моль = 6,023 x 1023
(число Авогадро). Один микромоль фотонов составляет, следовательно, 6,023 x
1017 фотонов = 602 300 000 000 000 000 фотонов или частиц света.
Скорость роста и развития растений
зависит, прежде всего, от интенсивности облучения, то есть излучаемой энергии,
выпадающей на единицу поверхности, а значит от мощности и количества
установленных тепличных светильников.
Ультрафиолетовое излучение ниже 380 нм и
инфракрасное – выше 780 нм в фотосинтезе не используется, но влияет на так
называемые фотоморфогенетические процессы растений, связанные помимо прочего с
ростом побегов, разрастанием, окраской листьев, цветением и старением растений.
В большинстве случаев мы оцениваем
интенсивность освещения теплиц, да и не только их, в соответствии с
особенностями глаза – человеческого органа зрения.
Интенсивность освещения теплиц,
реализованного для потребностей зрения человека, характеризуется величиной
освещенности. Показатель освещенности оценивается затем в соотношении с чувствительностью
глаза, которая не является однородной на всем протяжении видимых волн. Такая
чувствительность является наибольшей при длине волны около 555 нм, то есть при
излучении желто-зеленого света. Проще говоря, чем больше яркость освещения, тем
лучше мы видим, и тем в большей степени спектральное разложение света
соответствует спектральной кривой восприимчивости нашего глаза.
Интенсивность искусственного освещения
теплиц характеризуется количеством фотонов или частичек, обладающих
элементарной порцией энергии электромагнитного поля именуемой квантом,
используемых в процессе фотосинтеза. Количество световой энергии, используемой
растениями, выражается в единицах µмоль/м2*с. Растения характеризуются, однако,
совсем другой, в отличие от человеческого глаза, восприимчивостью на длину
волны излучения. Поэтому кванты световой энергии вызывают действие различной
интенсивности в зависимости от длины волны. Например, эффект облучения
определенным количеством световой энергии из светового диапазона желтого цвета
будет значительно большим, чем при облучении такой же дозой зеленого света или
даже голубовато-зеленого. Иными словами, тепличные светильники будут тем
интенсивней стимулировать развитие растения, чем больше излученной энергии
будет содержаться в тех диапазонах спектра излучения, к которому растение
наиболее восприимчиво.
Спектральные диапазоны
света имеют следующие физиологические значения:
-
280-320 нм: оказывает вредное воздействие; -
320-400 нм: регуляторная роль, необходимо несколько процентов; -
400-500 нм («синий»): необходим для фотосинтеза и регуляции; -
500-600 нм («зеленый»): полезен для фотосинтеза оптически плотных листьев,
листьев нижних ярусов, густых посевов растений благодаря высокой проникающей
способности; -
600-700 нм («красный»): ярко выраженное действие на фотосинтез, развитие и
регуляцию процессов; -
700-750 нм («дальний красный»): ярко выраженное регуляторное действие,
достаточно несколько процентов в общем спектре; -
1200-1600 нм: поглощается внутри- и межклеточной водой, увеличивает скорость
тепловых биохимических реакций.
Соотношение ИК и ФАР — 50-85% в
зависимости от угла падения солнечных лучей и состояния атмосферы.
Подсветка – днем,
освещение – ночью.
Следует различать два типа подсветки
(освещения) теплиц искусственным светом:
тепличные светильники, обеспечивающие растения необходимым количеством световой
энергии, поглощаемой ими в период естественного освещения. Такой тип подсветки
требует, чтобы плотность световой энергии в период облучения фотосинтетически
активной радиацией (ФАР) находилась в диапазоне от 400 до 1000 µмоль/м2*с.
Второй тип - фотопериодическое освещение
теплиц. Оно предполагает использование искусственного света для удлинения дня
за счет освещения растений ночью. Изменяя продолжительность дня и ночи с
помощью искусственного освещения, можно ускорить или приостановить цветение
растений. Такой тип освещения требует относительно небольшой дозы энергии на
уровне 5-10 µмоль/м2*с.
В некоторых теплицах эффективным способом
управления ростом и цветением может также оказаться цикличная, краткосрочная
подсветка теплиц в определенные промежутки времени.
Источники искусственного
света: сердце светильников для теплиц.
Среди общедоступных искусственных
источников света наибольшей эффективностью трансформации электрической энергии
в энергию фотосинтетически активного излучения являются натриевые лампы
высокого давления, поэтому они преимущественно и используются для освещения
теплиц.
Их высокий энергетический КПД и
спектральное разложение распределения энергии указывают на то, что именно этот
тип источников света является наиболее пригодным и универсальным для
ассимиляционного освещения теплиц различных видов. Преимущественно, модели
натриевых ламп, специально спроектированные для тепличных светильников,
благодаря увеличению давления паров натрия в лампе, имеют спектр излучения,
усиленный в диапазоне голубого и красного излучения.
Дополнительные порции голубого излучения
увеличивают интенсивность фотосинтеза, а значит эффективность
специализированного искусственного освещения теплиц — выше. В освещении теплиц
также не редко применяются дуговые ртутные и люминесцентные лампы, крайне редко
- лампы накаливания. Установка того или иного вида ламп и светильников во
многом зависит от конкретной культуры растений.
Cветодиоды.
Высокотехнологичное растениеводство
- это энергозависимый процесс.
Ведущие производители оборудования для
теплиц исследуют возможности применения в теплицах светодиодного освещения,
которое бы помогло сократить энергопотребление и в то же время повысить
качество и объемы урожая.
Японский производитель электроники Nabesei
продемонстрировал растения, выращенные под воздействием светодиодного освещения
трех разных цветов.
Растения одинакового размера подвергались
непрерывному облучению света с длиной волны 630 нм (красные светодиоды), 430 нм
(голубые) и сиреневого света (использовались красные и голубые LED – 50/50).
После трех недель облучения
оказалось, что наилучший рост продемонстрировали растения с сиреневым
освещением.
Как утверждают сотрудники Nabesei, для
роста растений не требуются все световые волны видимого спектра. Тем не менее,
например, свет с длиной волны около 660 нм (красный) способствует росту
растений в период цветения и в процессе фотосинтеза. А когда у растения
формируются бутоны, наиболее благоприятное воздействие на его рост оказывает
голубой свет с длиной волны около 450 нм.
Растения, выращенные под воздействием
красного цвета, оказались самыми маленькими и слабыми. Растения, облученные
голубым светом, выросли выше всех, но имели меньшее количество листьев и были,
несмотря рост, слишком тонкими и тоже довольно слабыми. А вот растения,
подвергавшиеся воздействию сиреневого света, оказались наиболее гармонично
развитыми и имели большие крепкие листья.
Однако, в Nabesei
подчеркивают, что свет с определенной длиной волны неодинаково воздействует на
разные типы растений, и здесь еще многое предстоит изучить и не один
эксперимент провести.
Равномерность освещения
теплиц.
Тепличные светильники являются
очень важным элементом системы подсветки. Именно благодаря им источники света
работают в оптимальных условиях энергообеспечения. Однако светильники, прежде
всего, отвечают за распределение излучения источников света в пространстве.
Специально разработанные рефлекторы отражают свет таким образом, чтобы он как
можно более равномерно падал на всю поверхность, которой достигает свет.
Благодаря этому становится возможным проектирование расположения светильников в
теплице таким образом, чтобы все выращиваемые под ними растения получали
одинаковую порцию энергии независимо от того, находятся ли они непосредственно
под тепличным светильником или в промежутке между ними.
Общие рекомендации:
- растения используют
только часть диапазона электромагнитного излучения, то есть волны длиною
400-700 нм, однако коротковолновое (ультрафиолетовое) и длинноволновое (инфракрасное)
также оказывают влияние на рост растений;
- выделяют два типа
освещения теплиц: постоянная подсветка и фотопериодическое освещение;
- натриевые лампы
высокого давления не всегда представляют из себя идеальный источник света для
тепличных светильников. В частных случаях, используются разные источники света
в зависимости от культуры растений и задач;
- лучше не экономить на
оборудовании - закупка качественного осветительного оборудования позволяет
обеспечить наилучшие условия для роста растений;
- важно помнить, что
проектирование освещения теплиц должно производиться в соответствии с
документально установленными правилами и нормами. В этой задаче смогут помочь
только профессионалы-светотехники, обладающие опытом подобных работ.
