Як рослини реагують на світло різного кольору (з різною довжиною хвилі)?
Ні для кого не секрет, що без сонячного світла життя на Землі просто неможливе. У теплі його променів добре почувається все живе: і організми, і рослини. Але сонце – це універсальне джерело енергії, тому його спектр призначений для всіх, він суцільний і має приблизно рівну енергетичну щільність зі зменшенням у зону ІЧ-спектра (його інфрачервоної або теплової частини).
Якщо поглянути на це з точки зору біології, процеси, які відбуваються в рослині під час її росту і супроводжуються впливом світла, називаються фотоморфогенезом.
Життя рослини починається з прокльовування з насіння спочатку маленького (зародкового) корінця, після чого в протилежному напрямку прокльовується паросток, який перетвориться пізніше на пагін. Після цього в умовах світла, що має певні характеристики, починається ріст і розвиток інших частин рослини – коренів і пагонів. Цей процес не може відбуватися частково, адже ріст пагонів є взаємозумовленим і взаємопов'язаним із ростом коренів.
Процеси під час росту рослин тривають за звичайного сонячного світла. Але, як виявилося, якщо світло не є сонячним, тобто має не суцільний спектр випромінювання, а тільки його окремі складові (звані лініями спектра), рослини ростуть краще за довжини світлових хвиль, що належать до червоної, далекої червоної (майже інфрачервоної) і синьої частин спектра. І допомагають їм у цьому їхні фоторецептори, чутливі до синіх і червоних (і далеких червоних) променів видимого світла.
У рослинах під дією хвиль світла зазначеної довжини утворюються білкові сполуки, що реагують на ці кольори світла. Експериментально доведено, що елементи фоторецепторної (світлочутливої) системи рослин мають достатній ступінь надмірності, тобто відсутня в рослині на певний період часу речовина замінюється іншою, яка виконує її функції.
Які частини спектра використовують для підсвічування?
Видимий спектр сонячного світла протягом дня змінює потужність своїх спектральних складових. Це пов'язано, в першу чергу, з погодою: чим більш похмуре небо, тим менший рівень освітленості. На це впливає час дня, адже ввечері і вранці сонце знаходиться на низхідній і висхідній частинах траєкторії, тому світла стає менше, ніж вдень, коли світило перебуває в зеніті. Все це призводить до того, що рівень освітленості рослин і спектральний склад істотно змінюється як протягом дня, так і залежно від пори року.
Природне сонячне світло має колірну температуру приблизно 4500-5000 К (градусів Кельвіна). Але ця температура змінюється протягом дня. Вона характеризується індексом передачі кольору, що дозволяє оцінити природність відтінку кольору штучних джерел світла (ламп у світильниках) по відношенню до світла, одержуваного Землею від сонця.
У різні періоди вегетації рослин їм потрібні джерела світла з різним індексом передачі кольору. Відтак на початковій стадії росту бажано організовувати освітлення, яке має переважно сині і фіолетові відтінки, а на стадіях пізньої репродукції (дозрівання плодів і насіння) – червоні і червоно-оранжеві відтінки.
Джерела світла, що застосовуються для підсвічування рослин
До числа штучних джерел світла, найбільш широко використовуваних і для основного освітлення, і для підсвічування в ранкові та вечірні години, входять:
1. Металогалогенні
Використовуються не часто, оскільки система підсвічування матиме невисоку енергетичну ефективність.
Ці джерела світла дають потужне випромінювання в біло-синій і синій областях спектра. Широко використовуються для сезонного підсвічування наприкінці зими, навесні і на початку літа. Високий рівень теплового випромінювання (довгохвильового) дозволяє використовувати їх для часткового підігріву певного об'єму повітря. Наприклад, у разі їхнього встановлення на підвіконні для підсвічування рослин можна відокремити поліетиленовою плівкою зону рослин від приміщення і отримати помітне підвищення температури в обмеженій зоні.
2. Лампи розжарювання
В останні роки майже не використовуються, оскільки їхнє ККД як джерел світла не витримує жодної критики (від 4-5 до 10%).
Випромінювання у зоні червоно-жовтої ділянки спектра, що наближене до бажаного в період завершення вегетації. Іноді використовується скло балона синього кольору, що зменшує червону складову випромінювання, але це призводить до зменшення терміну служби ламп до 600-700 годин.
3. Люмінесцентні
У процесі виробництва сучасних люмінесцентних ламп (ЛЛ) існує конструктивно-технологічна можливість отримати світіння, що змінюється в широких межах – від 2700 до 7800 К. Такі лампи можна застосовувати для вирощування різних видів рослин. У порівнянні з лампами розжарювання вони мають ресурс безперервної роботи у 10-15 разів більше, споживання енергії на ту ж кількість світла – у 2-4 рази менше.
Сучасний різновид ЛЛ – КЛЛ (компактна ЛЛ) – має значно менші розміри, кращі показники енергоефективності, надійності тощо.
Спеціальні ЛЛ і КЛЛ мають чітко призначений при виготовленні спектральний діапазон і використовуються як в умовах промислових теплиць, так і в побуті.
4. Світлодіодні
Постійні дослідження в сфері виробництва світлодіодів і стрімко зростаючі обсяги виробництва сприяють швидкому зменшенню їхньої вартості і нарощуванню популярності у всіх країнах світу.
Приклади ламп, які використовуються для спеціальних цілей:
Найменування: Лампа світлодіодна MR16 LR-C 6W GU5.3 4000K алюм. корп. A-LR-0939
Тип лампи: MR16
Артикул: A-LR-0939
Потужність (W): 6
Тип цоколя: GU5.3
Світловий потік (lm): 470
Світлова ефективність (lum/W): 79
Ширина B (мм): 50
Висота (мм): 55
Температура (К): 4000
Тип світла: світло нейтральний
Напруга (V): 220-240
Ресурс , годин: 30000
Термін служби, років: 20
Індекс передачі кольору (Ra): 80
Аналог лампи розжарювання (W): 45Вт
Частота електромережі (Hz): 50
Температурний режим: від -20С +40°C
Кількість у ящику, шт: 50
Вміст ртуті (мг): 0
Клас енергозбереження: A
Штрих код упаковки: 4895127205539
Тип колби: Рефлекторна
Колір скла: Фасетчатый
Кут розсіювання град: 60
Виробник: ELECTRUM
Гарантія: 3 роки
(Код товару: A-LR-0939)
Тип лампи: MR16
Потужність (W): 6
Температура (К): 4000
Тип цоколя: GU5.3
Найменування: Лампа світлодіодна TB-поворотна LW-24 5W 2700K E27 A-LW-0098
Тип лампи: Тубулярная
Артикул: A-LW-0098
Потужність (W): 5
Тип цоколя: E27
Світловий потік (lm): 400
Світлова ефективність (lum/W): 80
Ширина B (мм): 35
Висота (мм): 147
Температура (К): 2700
Тип світла: тепле світло
Напруга (V): 220-240
Ресурс , годин: 30000
Термін служби, років: 20
Індекс передачі кольору (Ra): 80
Аналог лампи розжарювання (W): 40Вт
Частота електромережі (Hz): 50
Температурний режим: від -20С +40°C
Кількість у ящику, шт: 50
Вміст ртуті (мг): 0
Клас енергозбереження: A
Штрих код упаковки: 4895127212803
Тип колби: Циліндр
Колір скла: Матовий
Кут розсіювання град: 140
Виробник: ELECTRUM
Гарантія: 3 роки
(Код товару: A-LW-0098)
Тип лампи: Тубулярная
Потужність (W): 5
Температура (К): 2700
Тип цоколя: E27
Найменування: Лампа світлодіодна лінійна LL-24 5W R7s 4000K алюм. корп. ALL-1728
Тип лампи: Лінійна
Артикул: ALL-1728
Потужність (W): 5
Тип цоколя: R7s
Світловий потік (lm): 470
Світлова ефективність (lum/W): 94
Ширина B (мм): 52
Висота (мм): 78
Температура (К): 4000
Тип світла: світло нейтральний
Напруга (V): 175-250
Ресурс , годин: 25000
Термін служби, років: 17
Індекс передачі кольору (Ra): 80
Аналог лампи розжарювання (W): 45Вт
Частота електромережі (Hz): 50
Температурний режим: від -20С +40°C
Кількість у ящику, шт: 50
Вміст ртуті (мг): 0
Клас енергозбереження: A
Штрих код упаковки: 4895127219277
Тип колби:
Колір скла:
Кут розсіювання град: 270
Виробник: ELECTRUM
Гарантія: 3 роки
(Код товару: A-LL-1728)
Тип лампи: Лінійна
Потужність (W): 5
Температура (К): 4000
Тип цоколя: R7s
Номінальна потужність, W: 3
Світловий потік, Lm: 285
Колірна температура, К.: 4000
Напруга, V: 175-250
Тип цоколя: GU 5.3
Індекс кольоропередачі, Ra.: 80
Кут розсіювання, градусів: 120
Гарантія: 2 роки
Номінальний термін служби, год: 40000
Розміри, мм H D.: 54 50
Штрих код упаковки: 4260410482612
Потужність ЛОН, W.: 30
Кількість в ящику, од.: 25
Час запуску, с.: <0,5
Частота, Hz: 50/60
Клас енергоефективності: А+
Кількість циклів вмикання/вимикання: 100000
Коефіцієнт збереження світловіддачі в кінці номінального терміну служби: ≥94.8%
Можливість регулювання освітленості (димер): відсутня
Миттєве повне світло, с=%: <0,5с=60%
Робоча температура, С°.: -20 +40
Коефіцієнт потужності: 0,5
(Код товару: LED-SMD-03534(P))
Номінальна потужність, W: 3
Світловий потік, Lm: 285
Колірна температура, К.: 4000
Напруга, V: 175-250
Одним із позитивних аспектів використання світлодіодів для освітлення і підсвічування рослин є можливість отримати потрібні частоти монохромного (одночастотного або з дуже вузькою спектральної смугою) світлового випромінювання, за якого рослини дуже добре вегетують.
Отримання потрібного спектра можливе за виробництва із застосуванням технологічних прийомів (легування напівпровідникового матеріалу кристала, вибір відповідного люмінофора тощо) або електричних засобів (регулювання струму в RGB-тріаді) за експлуатації.
Останній прийом є більш вигідним, оскільки дозволяє у весняно-літній період (або точніше – на початку вегетації) відрегулювати світіння в синій області спектра, а наприкінці вегетації –перейти в жовто-червону область спектра.
Останні моделі потужних світлодіодів, які мають одиничну потужність до 5-6, а то і 10 Вт, дозволяють вже сьогодні будувати теплиці, в яких сотні і тисячі квадратних метрів за програмою безперервно освітлюватимуться (та/або підсвічуватимуться) високоенергоефективними світлодіодними системами протягом кількох років, без ремонту і обслуговування. Робота з ними відбуватиметься за принципом: «купив – увімкнув – забув».
