Светокультура растений или досвечивание является актуальной темой в растениеводстве открытого и закрытого грунта.

    Это связано с тем, что человек постоянно хочет, с одной стороны, удешевление стоимости растительного продукта, а с другой, вне зависимости от сезона, иметь его в наличии. Тем более это важно для тех районов России, которые находятся севернее 60° с. ш.

   Что же такое свет, как его измерить, сколько нужно лучистой энергии для нормального развития растению и чем её обеспечить?

   Для того чтобы определиться с источником искусственного освещения необходимо знать потребность растений в освещении.

   Для этого в лабораторных условиях (циклотронах) воспроизводят весь цикл жизни растения под различными источниками света.

   На основании полученных результатов биологи-растениеводы подбирают оптимальные потребности в свете для жизни растения в условиях искусственной среды. И уже на основании этих данных промышленность предлагает источники освещения с заданными параметрами.

   Видимый свет это электромагнитное излучение разной интенсивности и длины. Для растениеводов, из всего многообразия терминов и характеристик лучистой энергии, необходимо знать мощность, количество и качество света для нормального развития растения. Все эти параметры получают опытным путем в лабораториях.

   Видимый участок спектра характеризуется следующими величинами

   Световой поток – мощность лучистой энергии, оцениваемая по произведенному ею световому ощущению. За единицу светового потока принят люмен (лм). Лучистый поток с длиной волны 555 нм, равный 1 Вт, эквивалентен 683 лм светового потока. Чтобы учесть световую энергию, нужно знать не только плотность светового потока, падающего на приемник, но и время его действия на приемник. Световая энергия измеряется в люмен-секундах (лм·с) или в люмен-часах (лм·ч).

   Световая отдача. При характеристике искусственных источников излучения – ламп различных типов – дается оценка не только излучаемой лампой светового потока (лм – lm), но и световой отдачи, которая определяет экономичность лампы. Световой отдачей лампы называют отношение излучаемого ею светового потока к ее электрической мощности (лм/Вт – lm/W). Чем больший световой поток излучает лампа на единицу мощности, тем выше ее экономичность.

   Освещенность – отношение светового потока к площади поверхности, на которую он падает. Эта величина служит для оценки условий освещения. Единицей освещенности служит люкс, или метросвеча. Один люкс (лк – lx) соответствует освещенности, создаваемой световым потоком  люмен на площади 1 м².

   В природе освещенность меняется в широких пределах:

На открытом месте при ясном небе в полдень летом

100000 лк

Пасмурный день без солнца

1000 лк

В квартире в полдень зимой возле окна

5000 лк

При полной луне

0,2 – 0,5 лк

Ночное небо без луны

0,0003 лк

 

   В современной ботанической литературе участок оптимального излучения от 300 до 700 нм известен как физиологическая радиация. При этом облученность измеряется или в эргах в 1 с на 1 см² облучаемой площади (эрг/с·см²), или в ваттах на 1 м² (Вт/м²).

   Близкие границы (380 – 710 нм) имеет излучение, называемое фотосинтетически активной радиацией – ФАР (PAR), которое измеряется в этих же единицах.

   Как уже говорилось в статье «Солнечное излучение и его влияние на растения» оптическое излучение условно поделено на три части: ультрафиолетовое, видимое (свет) и ближнее инфракрасное излучение.

   Было установлено, что каждая часть спектра по-разному влияет на жизнедеятельность растений. Максимальный всплеск фотосинтетической активности наблюдается в диапазоне 700 – 610 нм и 510 – 400 нм. Также было отмечено, что дополнительное длинноволновое ультрафиолетовое (365 нм) облучение растений стимулирует  интенсивность фотосинтеза.

   Для оценки количества лучистой энергии, получаемой растением за определенное время, вводится понятие количества облучения, или дозы облучения.

   При выборе источника искусственного света опираются на цели и условия в которых будет производиться  досвечивание. Ибо, в первую очередь, мы говорим о продлении светового дня в то время года, когда не хватает естественного света для полноценного развития растений. Источники света в условиях квартиры будут отличаться от источников света в оранжереях, теплицах.

   На данный момент, в ходе хозяйственно-экономической деятельности предприятий и экономической целесообразности, сложились следующие наиболее приемлемые виды искусственных источников света:

- лампы накаливания;

- люминесцентные лампы;

- газоразрядные (ДНаТ, ДРЛ);

- светодиодные.

   Лампы накаливания. Это, как правило, лампы с вольфрамовой нитью и вакуумом внутри. Излучение сдвинуто в сторону 900 – 1000 нм. В спектральном излучении мало синих и фиолетовых волн. Раньше, в советское время, применялись в теплицах мощностью от 500 до 1000 Вт. Это дает облучение от 40 до 70 Вт/м² или освещенность  до 7000 – 12000 лк. Во время работы лампы накаливания выделяют значительное количество теплоты, что может негативно повлиять на росте растений (ожог, нарушение терморегуляции).

   Люминесцентные лампы. Испускают коротковолновой спектр, поэтому имеют невысокую рабочую температуру. К примеру, 80 Вт лампа нагревается до 40°С, имеет световой поток  4880 лм и световую отдачу 61 лм/Вт. Люминесцентные лампы в зависимости от внутреннего покрытия имеют обычный, холодный и теплый свет. Мощность люминесцентных ламп не высока, от 15 до 80 Вт. Отсюда, при досвечивании приходиться сдваивать лампы, или, если речь идет о тепличных условиях, группировать лампы по несколько штук.

   На основе люминесцентных ламп были разработаны фитолампы (Osram Fluora и Camelion Bio) со свечением в синем и красном спектре. При использовании люминесцентных фитоламп также возникают некоторые сложности. Из-за невысокой мощности их приходится спаривать, при том, что они дороже обычных люминесцентных ламп дневного света. Из-за розового света вызывают раздражение глаз.

   Газоразрядные: натриевые и ртутные. Натриевые лампы (ДНаТ) испускают монохромное  излучение ярко-желтого цвета в спектре 589,6 нм. Промышленность выпускает натриевые лампы мощностью от 100 до 400 Вт. Со световым потоком от 9000 до 47500 лм. Применяются в тепличных комплексах. Имеют преимущества:

- относительно низкая стоимость;

- дают мощный световой поток;

- длительный срок службы;

Минусы ламп ДНаТ:

- высокая рабочая температура колбы. Лампы располагают высоко над растениями, чтобы не допустить перегрева, ожога растений.

- высокий коэффициент пульсации. При длительном нахождении под лампами происходит утомление глаз.

- наличие балласта (дросселя) для разогрева и поддержания работы лампы, что вызывает утяжеление световой конструкции.

- нет возможности сфокусировать световой поток.

   Ртутные газоразрядные лампы. Образование светового потока происходит аналогично люминесцентным лампам. Ультрафиолетовое излучение от газового разряда, попадая на люминофор, вызывает свечение последнего видимым светом. Лампы ДРЛ различаются по мощности: от 50 до 1000 Вт. И световому потоку от 1900 до 55000 лм. Имеют продолжительное время работы, до 18000 часов. Так же как и ДНаТ, создавая мощный световой поток, нашли свое применение в оранжереях, в культуре закрытого грунта для выращивания овощей, выгонки цветов. Имеют такие же недостатки, как и натриевые лампы: пульсация светового потока, восприимчивость к скачкам напряжения, повторное включение возможно после полного остывания лампы.

   Светодиодные (LED-лампы). Самые перспективные. Принцип работы основан на свечении полупроводникового диода под действием электрического тока. Промышленность предлагает огромный выбор полупроводниковых светильников. Они различаются по мощности испускаемого светового потока, по длине волны, по форме сборки и количеству полупроводников на единицу площади.

   Каждая полупроводниковая лампа имеет радиатор, для отвода излишней температуры.

   Преимущества светодиодных ламп:

   - высокая энергоэффективность. Это отношение создаваемого светового потока к потребляемой мощности. К примеру, у LED-ламп светоотдача 120 лм/Вт, а у ламп накаливания всего 15 лм/Вт. То есть практически 80% мощности лампы накаливания уходит не в световой поток, а на нагрев окружающего пространства.

   Сравнительная таблица энергоэффективности ламп разных типов

Тип осветителей

Светоотдача, лм/Вт

Светодиодные

120

Люминесцентные

80

Накаливания

15

 

   - длительный срок службы. Без падения уровня светового потока светодиодная лампа может прослужить в 20-30 раз дольше обычной лампы накаливания.

   - широкий диапазон условий окружающей среды. Светодиоды можно применять в интервале от - 40 до +40 °С.

   - выбор светового потока. Это светодиоды с заданными длинами электромагнитных волн, что позволяет создать лампы с наиболее благоприятным для растений диапазоном световых волн, так называемые фитолампы.

   - LED-лампы практически не нагреваются. Можно размещать лампы близко с растениями, без вреда для последних.

   - возможность регулировать угол рассеивания света. Таким образом контролировать направление светового потока.

    Ниже приведена сравнительная таблица зависимости светового потока от мощности лампы для различных источников:

Накаливания

Люминесцентные

Светодиодные

Световой поток, лм

Потребляемая мощность, Вт

Потребляемая мощность, Вт

Потребляемая мощность, Вт

20

5-7

2-3

250

40

10-13

4-5

400

60

15-16

8-10

700

75

18-20

10-12

900

100

25-30

12-15

1200

150

40-50

18-20

1800

200

60-80

20-30

2500

 

   На данный момент единственный минус, это высокая стоимость светодиодных светильников.

   Процесс досвечивание или культура света является вынужденной необходимостью в условиях средней полосы России. Поэтому в процессе развития технологий происходит постоянный поиск новых, более экономичных источников света.

   Промышленность предлагает широкий выбор средств для решения проблемы нехватки световой радиации. Перед этим необходимо определиться с условиями (квартира, теплица, оранжерея) и объектом облучения.

   Летом, когда солнце находится максимально высоко над горизонтом и световой день имеет максимальную продолжительность, происходит мощный и гармоничный рост растений. Поэтому следует ориентироваться на эти величины солнечной инсоляции.

   То есть обеспечивать растениям получение непрерывной солнечной энергии в течение 12 – 14 ч с освещенностью не менее 6000 лк. А некоторым растениям и больше, к примеру, орхидеям из рода Ванда (Vanda) для закладки цветочных почек требуется инсоляция до 30000 лк.

   Для выращивания рассады большинства сельскохозяйственных растений из семян достаточна облученность порядка 25– 40 Вт/м². Для выгонки цветочных или декоративных растений она может быть значительно ниже – до 1 – 2 Вт/м².

   Для взрослых растений мощность досвечивания должна быть увеличена, для того чтобы фотоморфогенез (изменение размеров и формы под влиянием излучения разного качества и разной интенсивности) растения происходил в оптимальных режимах,  до 300 Вт/м² и выше. При этом следует учесть спектральный состав облучающих приборов, так как фотосинтетическая активная радиация расположена в диапазоне 700 – 610 нм и 510 – 400 нм.

   Кроме этого, как показали исследования, длинноволновое УФ излучение также оказывает влияние на морфогенез растений. Оно способствует развитию столбчатой и губчатой паренхимы, что повышает поглощение излучения и обеспечивает хороший газообмен.

   Установлено также сильное формативное действие синего излучения с длиной волны 450 нм. Это излучение избирательно поглощается каротиноидами, флавинами и пластохинонами.

   Все это говорит о том, что культура света многогранна и требует учета как видового состава и этапов роста растений, так и оптимального спектра облучения на каждом из этих этапов.