Лого Минифермер
Позвоните нам

+7 (978) 090-74-97

+7 (978) 850-76-56

Напишите нам

info@minifermer.org

Часы работы

10:00 - 19:00

Пн-Вс

Характеристики света для растений

Люмены, люксы, Вт ФАР

Осветительные приборы для растениеводов в широком ассортименте стали выпускаться лишь после того, как необходимость применения искусственного освещения при культивировании растений была доказана учеными. Из данного материала Вы сможете узнать о многих типах освещения, используемых для выращивания растений и гидропоники. Тип освещения признан одним из главных условий, оказывающих влияние на итог развития любого представителя флоры. Другие важные условия – это наличие необходимого количества углекислого газа, воды и минеральных удобрений, экологическая обстановка и качество освещения. С помощью изложенной ниже информации Вы сможете создать и отрегулировать собственное освещение, опираясь на признанную во всем мире классификацию типов электрического освещения.

С течением времени применение искусственного освещения становится все более рентабельным. Цены на приобретение ламп и их обслуживание постоянно снижаются, а мощность ламп постоянно увеличивается. Все это вместе с допустимостью перевозки растений и с увеличением выбора специальных гидропонных продуктов дает возможность выращивать растения совсем без грунта.

Причины применения искусственного освещения в садоводстве и фермерстве:

  1. Для снабжения растения светом в требуемом объеме.
  2. Для создания дополнительного освещения при недостатке естественного (в основном в холодное время года, когда длительность светового дня значительно уменьшается);

Для продления светового дня при необходимости достижения определенного эффекта роста либо цветения.

Какое влияние на растения оказывает фотосинтетически активная радиация?

Как людям необходим сбалансированный рацион, так и растениям требуется уравновешенное полноспектральное освещение. При этом качеству света нужно уделять не меньше внимания, чем количеству. Представители флоры чувствительны к свету приблизительно в том диапазоне, что и зрительный орган человека. Данная часть светового спектра взаимосвязана с фотосинтетически активной радиацией (сокращенно – ФАР) в спектральном диапазоне от 400 до 700 нм. Но все же чувствительность растений в пределах этого участка несколько расходится с подобной у человека.

Максимальным для людского глаза является восприятие желто-зеленого участка спектра (примерно 550 нм). Благодаря такой «оптической желтизне» обеспечивается восприятие четко видимых явлений и предметов. Что касается растений, то они лучше всего воспринимают красный и синий цвета, при этом пиковым показателем является 630 нм. Благодаря графикам, приведенным ниже, можно иметь представление об отличии в восприятии света растениями и людьми.

Подобно тому, как для людей главным поставщиком энергии является жир, то для представителей флоры самой «сытной пищей» признан красный свет. Но растения, которые освещаются преимущественно красными и оранжевыми лампами, не будут развиваться полноценно. Дело в том, что полноценный рост листьев (а это особенно актуально для овощных культур) невозможен без синего света. Для нормального осуществления большинства других процессов кроме красного и синего необходимы иные спектральные диапазоны. Прежде чем определить требующуюся спектральную порцию, следует обозначиться с видом растения, которое планируется к выращиванию. А требующееся количество света определяется с учетом частей спектра, которые уже применяются. Выбирая освещение для растений, недопустимо опираться на нормы, которые используются при выборе ламп для человека. Но на некоторые общие и отличительные признаки следует обращать внимание, чтобы определить требуемое количество света в гидропонике.

Видео-руководство о том, как осенью определить количество солнечного света на подоконнике.

Как определить уровень освещения для человека

Каким образом люди определяют количество света, требуемое им? Для этого они устанавливают степень яркости источника света и то, настолько качественно при нем видно. Так как людской глаз больше всего восприимчив к «желтому» отрезку спектра, то больше внимания мы обращаем на него, «забывая» о синем и красном цвете. Это служит базой для определения общего количества света с помощью такой величины, как люмен.

Свет, источаемый лампой, расходится по всему помещению, формируя при этом освещаемое пространство. Для обозначения уровня освещения существует единица измерения, называемая «люксом» и показывающая количество люменов, приходящихся на 1 м² пространства. Освещение в 500 лк говорит о том, что 500 лм приходится на каждый 1 м² площади. Таким же образом лм/фут (люмен на квадратный фут) является единицей измерения, показывающей, сколько люменов приходится на 1 ft².

И люмен, и люкс передают то, как людской глаз видит световой спектр, потому что представители флоры воспринимают его по другому.

С помощью какого способа осуществляется определение уровня света для растений? Данная величина определяется с помощью 2-х основных методов: путем измерения уровня энергии и с помощью определения количества фотонов

Уровень Ватт фотосинтетически активной радиации

Лампой накаливания мощностью 100 Вт ежесекундно производится 100 Дж энергии. Но сколько же во время этого процесса высвобождается световой энергии? Примерно 6 Дж в секунду равно 6 Вт. На основе этого можно сделать вывод, что мощность равна 6%, а большая часть оставшейся энергии преобразуется в тепло.

Некоторые виды газозарядных ламп, к примеру, натриевые либо металлогалогенные намного превосходят лампы накаливания в плане энергоэффективности, так как из выделяемой ними энергии в свет превращается 30 и 40%.

Так как флора восприимчива к энергии в промежутке 400-700 нм, то свет на данном спектральном участке получил обозначение ФАР (фотосинтетически активной радиацией). Чтобы определить количество энергии, выделяемой в пределах данного диапазона в секунду, применяется величина Ватт ФАР. Эта единица измерения и является объективной для растений, чего не скажешь о люменах, которые показывают воздействие на чувствительность человека. С помощью единицы Ватт ФАР обозначается то количество энергии, которая необходима растениям для реакции фотосинтеза. Лампы накаливания мощностью в 400 Вт производят 25 Вт света, а у металлогалогенной лампы из 400 Вт энергии примерно 140 Вт идет на освещение. Учтя тот нюанс, что на ФАР приходится основная часть спектра, которая видима глазом, можно сделать вывод, что металлогалогенной лампой генерируется 140 Вт ФАР. Что касается газоразрядных ламп, то их характеризует немного меньший показатель – 120-128 Вт, поскольку они излучают желтый свет, содержащий больше люменов. Степень освещенности, обозначаемую единицей Вт ФАР на 1 м², не стоит применять для вычисления эффективности света при выращивании растений. Для этой цели садоводы чаще прибегают к такому понятию, как «облученность», которое измеряется в Вт/м² (Ватт на 1 м²). Но и это не все, что потребуется садоводу для того, чтобы установить точное количество света, требующееся растениям. Следует понять и то, что «подача» света осуществляется не цельным непрерывным потоком, а своеобразными пучками, называемыми фотонами.

Фотоны – это минимальные носители энергии, с помощью которой происходит передача света. Поскольку реакция фотосинтеза – это поглощение клетками растения атома фотона, то будет резонно определить их количество, принимаемое растением в секунду.

Так как лишь фотоны света ФАР части спектра способны «запускать» реакцию фотосинтеза, то необходимо измерить исключительно их количество. Было бы гораздо удобнее пользоваться лампами, настроенными на количество фотонов, излучаемых в одну секунду, но в настоящее время подобных ламп нет в продаже.

По мнению современных исследователей в области биологии, одной из важнейших величин для обозначения количества света является фотонный поток, который попадает на поверхность. Эта единица измерения означается ФФП ФАР (ФФП – фотосинтетический фотонный поток). Если выразиться точнее, то фотосинтетический фотонный поток – это величина, которая показывает, сколько фотонов попадает за 1 секунду на 1 м² облучаемой поверхности.

К основным величинам следует отнести и конверсию фотонного потока, показывающую нам степень эффективности применения полученных фотонов. Так как «красные» цвета имеют свойство «включать» процесс фотосинтеза, то и подсчитывать необходимо исключительно их. Из-за чрезвычайно малых размеров фотонов, в науке вместо многозначных чисел с восемнадцатью нулями применяется обозначение «микромоль фотонов». Один моль содержит в себе 6 х 1023 фотонов, а микромоль – 6 х 1017 фотонов. Степень освещенности, а точнее -  облученности, определяется количеством Ватт на 1 м² или количеством микромоль на 1 м².

И хоть благодаря использованию этих трех величин (Ватта на 1 м², фотосинтетического фотонного потока и конверсии фотонного потока) удается определить количество света, который получают растения, наш зрительный орган лишен чувствительности к кривой спектра ФАР – 400-700 нм. Здесь будет уместно уточнить, что некоторыми учеными озвучиваются показатели 350-750 нм, но для садоводов это не имеет существенного значения.

Фотосинтез и фотоморфогенез

У растений, которые испытывают недостаток света, стебли и  листья будут тонкими и вытянутыми. И наоборот, растения, развивающиеся в условиях чрезмерного освещения, будут иметь безжизненный засохший вид, а листва потеряет сочность красок из-за разрешения хлорофилла. Кроме того, флора может страдать от чрезмерного количества ультрафиолетовой радиации.

Но, если освещение не будет выходить допустимые грани, то растение наилучшим образом отзовется на правильно подобранную дозировку света, демонстрируя прекрасные результаты развития. А относительная квантовая эффективность – это мера, показывающая наибольшую производительность каждого фотона. Кривую, показывающую, какое влияние оказывает длина волны на относительную квантовую эффективность, именуют кривой реакции растений к фотосинтезу, о чем выше уже говорилось.

Кроме того, можно создать график эффективности конкретных участков спектра на свершение реакции фотосинтеза. Следует учитывать, что фотонами синего цвета генерируется больше энергии, чем их красными «собратьями», благодаря этому знанию представляется возможным запрограммировать кривую на измерение именно «люменов растений» либо «люменов человека». К этому наша наука должна прийти в ближайшем будущем. К примеру, уже сейчас фирма Venture Lighting International по желанию клиента устанавливает Ватт ФАР счетчики на серии ламп Sunmaster, которые разработаны для рынка растениеводческих технологий.

Одним из основных компонентов, без которых невозможна реакция фотосинтеза в клетках растений, является хлорофилл. Ряд ученых выделяли его из растительного материала, чтобы понаблюдать за реакцией на световое излучение, изменяя длину волн и спектральную частотность. По предположению ученых, реакция хлорофилла будет подобна реакции фотосинтеза растений. Но результат исследований оказался неожиданным: без реакции других составляющих (к примеру, каротиноидов и фикобилинов) фотосинтез невозможен. Это означает, что кривая отклика растений является собирательной величиной, которая включает значения реакций всех требуемых пигментов и характерна для подавляющей части растений (но не для всех, потому что разница иногда достигает 25%). Несмотря на то, что в лампах накаливания и в газоразрядных лампах спектральная величина источаемого света является постоянной, применение металогалогенных ламп дает возможность выбирать как температуру, так и спектральный диапазон освещения.

Вдобавок к фотосинтезу, обеспечивающему рост, на остальные функции (например, прорастание, цветение и т.д.), оказывает влияние наличие отсутствие света. Все эти процессы имеют обще название – фотоморфонегез, и на их протекание влияет не так интенсивность света, как облучение в определенных спектральных границах (синий, красный либо дальний красный) и влияние определенных рецепторов (фитохрома и криптохрома).

Представители флоры «видят» свет совсем не так, как люди. По этой причине с помощью люменов, люксов и футсвечей не во всех случаях представляется возможным показать достаточное количество освещенности, поскольку этими единицами в первую очередь измеряется степень видимости. Если речь о растениях, то лучше опираться на показатели Ватт ФАР, фотосинтетического фотонного потока, а также конверсию фотонного потока. Помимо того, к важным показателям относится и количество, и качество света.

Этапы проектирования несложного осветительного макета

Этап №1: определение уровня освещенности в Вт ФАР на 1 м²

Какой уровень освещенности признан оптимальным для флоры? Его показатель зависит от вида растения, стадии его роста, степени освещенности помещения и прочих условий. К советам, приведенным в технических брошюрах, необходимо относиться, как к важному источнику информации. Если обобщить, то растения развиваются быстрее при наличии более качественного света, но это чревато увеличением стоимости затраченной электроэнергии.

Поскольку лампа лампе – рознь, то и в их настройках наблюдаются некоторые различия. Это говорит о том, что точный расчет настроек необходимо осуществлять для каждой лампы индивидуально. К примеру, в специальной технической брошюре Вам советуют ППФ ФАР в количестве 400 µмоль на 1 м². В таблице, приведенной ниже, рекомендуется 85 Вт на 1 м². Величина коэффициентов между ППФ ФАР, Вт ФАР зависит от вида источника света. Так, 400 Вт лампа накаливания продуцирует больше люменов, чем 400 Вт металлогалогенная лампа, но меньше Вт ФАР. Важен и такой показатель, как цветовая температура. Данные из нижеприведенной таблицы мы рекомендуем использовать при необходимости настройки металлогалогенных ламп.

Характерный уровень света

Вт ФАР на 1 м²

µмоль на 1 м²

Люкс (количество лм на 1 м²)

Футсчечи

Темный

Непостоянный

Непостоянный

Непостоянный

Непостоянный

Низкий

22

100

6, 000

550

Средний

45

200

12, 000

1 100

Высокий

75

350

21, 000

1 900

Очень высокий

135

600

36, 000

3 300

 

Чтобы детальнее изучить техническую сторону, касающуюся коэффициентов между разными видами источников света, советуем обратиться к таким книгам: Iowa State University (1997), Langhans and Tibbits, North Central Regional Research Publication No. 340, "Plant Growth Chamber Handbook".

Но при этом берите во внимание то обстоятельство, что к настоящему времени значительно улучшилась технология и увеличился показатель эффективности света, поэтому данные, приведенные в источниках являются несколько устаревшими.

Этап №2: определение площади помещения, которое будет освещаться

Пример: 11м х 5м = 55 м²

Этап №3: вычисление требуемого количества Вт ФАР на всю площадь

Пример: Требуется 79 Вт ФАР на 1 м². Всего 55 м², значит всего необходимо 4345 Вт ФАР (79 х 55).

Этап №4: определение количества Вт ФАР, которые необходимо получить из источника (это число обычно на 50% превышает итог, полученный в пункте №3)

Так как примерно треть световой энергии поглощается окружающим пространством, то необходимо мощность ламп увеличить на 50% Вт ФАР.

Пример: 1,5 х 4345 = 6517,5 Вт ФАР

Этап №5. Выбор мощности лампы (400 Вт, 1000 Вт и т.д.) и подсчет Вт ФАР

Лампа на 400 Вт излучает около 140 Вт ФАР, лампа на 1000 Вт – около 380 (420) Вт ФАР

Чем лампа мощнее, тем она экономичнее на макро уровне, благодаря чему представляется возможным установить хорошее освещение, которое будет способствовать улучшению роста растений (на 20-30%).

Этап №6: вычисление требуемого количества источников света

Для этого следует разделить общую сумму Вт ФАР на показатель мощности ламп.

Пример: 6517,5 : 400 = 16,29, то есть, нам требуется 16 ламп.

Шаг №7: применение сетки для развешивания ламп

Например, 16 ламп можно распределить по секторам 4 х 4.

Желаем удачи!

Читайте также:

Каким должно быть качество света при выращивании растений и рассадыОсобенности выбора фитолампЛампы для растений и досветки рассады

Комментарии:

Напишите ваш вопрос или комментарий