Как растения реагируют на свет разного цвета (с разной длиной волны)?
Известно, что без солнечного света не может быть жизни на Земле. В тепле лучей его сияния хорошо чувствуют себя все живое: и организмы, и растения. Но Солнце – это универсальный источник энергии, поэтому его спектр предназначен для всех, он сплошной и имеет примерно равную энергетическую плотность с уменьшением в зону ИК-спектра (его инфракрасной или тепловой части).
В официальной науке «Биологии» процессы, которые происходят в растении при его росте и сопровождающиеся влиянием света называются «фотоморфогенез», т. е. изучение воздействия света на рост растений.
Жизнь растения начинается с проклевывания из семечка вначале маленького (зачаточного) корешка, после чего в противоположном направлении проклевывается росток, который превратится позднее в побег. После этого в условиях света, имеющего определенные характеристики, начинается рост и развитие последующих частей растения – остальных разного вида и назначения корней и побегов. Этот процесс не может идти по раздельности, т. к. рост побегов взаимообусловлен и взаимосвязан с ростом корней.
Процессы при росте растений идут при обычном солнечном свете. Но как оказалось, если свет не солнечный, т. е. имеющий не сплошной спектр излучения, а только его отдельные составляющие (называемые линиями спектра), то растения растут лучше при длине световых волн, относящихся к красной, дальней красной (почти инфракрасной) и синей частям спектра. И помогают им в этом фиторецепторы растения, чувствительные к синим и красным (и дальним красным) лучам видимого света.
В растениях под действием названных длин волн света образуются белковые соединения, реагирующие на эти цвета света. Экспериментально доказано, что элементы фоторецепторной (светочувствительной) системы растений имеют достаточную степень избыточности, т. е. отсутствующее в растении на определенный период времени вещество заменяется другим, которое выполняет его функции.
Какие части спектра используют для подсветки?
Видимый спектр солнечного света в течение дня меняет мощность своих спектральных составляющих. Это связано в первую очередь с погодой: чем пасмурнее небо, тем меньше уровень освещенности. На это влияет время дня – вечером и утром солнце находится на нисходящей (и восходящей части траектории) и света меньше, чем днем, когда светило в зените. Все это приводит к тому, что и уровень освещенности растений и спектральный состав существенно меняется как в течении дня, так и по времени года.
Солнечный естественный свет имеет цветовую температуру примерно 4 500 – 5 000 К (градусов Кельвина). Но эта температура меняется на протяжении дня. Она характеризуется индексом цветопередачи, позволяющим оценить естественность оттенка цвета искусственных источников света (ламп в светильниках) по отношению к свету, получаемому Землей от Солнца.
В разные периоды вегетации растений им требуются источники света с разным индексом цветопередачи. Так на начальной стадии роста желательно организовывать освещение, имеющее преобладание синих и фиолетовых оттенков, а стадия поздней репродукции (созревания плодов и семян) – красных и красно-оранжевых оттенков.
Источники света, применяемые для подсветки растений
В число искусственных источников света, наиболее широко используемых и для основного освещения, и для подсветки в утренние и вечерние часы, входят:
1. Металлогалогенные
Используются не часто, т. к. система подсветки будет иметь невысокую энергетическую эффективность.
Эти источники света дают мощное излучение в бело-синем и синем участках спектра. Широко используются для сезонной подсветки в конце зимы, весной и в начале лета. Большой уровень теплового излучения (длинноволнового), позволяет использовать их и для частичного подогрева объема воздуха. Например, при установке их для подсвета растений на подоконнике, можно завесить полиэтиленовой пленкой зону растений от помещения и получить заметное повышение температуры в ограниченном объеме.
2. Лампы накаливания
В последние годы почти не используются, т. к. к.п.д. их как источников света не выдерживает никакой критики (от 4 – 5до 10 %).
Излучение дают в зоне красно-желтого участка спектра, что близко к желаемому в период окончания вегетации. Иногда используется стекло баллона синего цвета, что уменьшает красную составляющую излучения, но это приводит к уменьшению срока службы ламп до 600 – 700 часов.
3. Люминесцентные
В процессе производства современных люминесцентных ламп (ЛЛ) имеется конструктивно-технологическая возможность получить свечение, изменяющееся в широких пределах – от 2 700 до 7 800 К. Такие лампы можно применять для выращивания разных видов растений. По сравнению с лампами накаливания они имеют ресурс непрерывной работы в 10 – 15 раз выше, потребление энергии на то же количество света – в 2 – 4 раза меньше.
Современная разновидность ЛЛ – КЛЛ (компактная ЛЛ) имеет значительно меньшие размеры, лучшие показатели энергоэффективности, надежности и т. п.
Специальные ЛЛ и КЛЛ имеют строго назначенный при изготовлении спектральный диапазон и используются как в условиях промышленных теплиц, так и в быту.
4. Светодиодные
Постоянные исследования в сфере производства светодиодов и стремительно растущие объемы производства, очень быстро уменьшают их стоимость, и наращивают популярность во всех странах мира.
Вот примеры ламп применяемые для подсветки растений:
Наименование: Led-лампа Т8, серия AL, 600 mm, 7,5 W, 1035 Lm, 6000K
Артикул: LT8-AL-600-С
Аналог энергозатратной лампы: 75Вт
Гарантия: 5 лет
Длина, мм: 600
Мощность: 7,5
Световой поток: 1035
Серия ламп T8: AL
Тип конструкции: Двустороннее подключение
Тип лампы: Линейная
Тип цоколя: G13
Угол рассеивания: 160
Цветовая температура: 6000
(Код: LT8-AL-600-C)
Наименование: Led-лампа Т8, серия AL, 600 mm, 7,5 W, 1035 Lm, 6000 K
Артикул: LT8-AL-600-С
Мощность: 7,5
Световой поток: 1035
Наименование: Лампа светодиодная MR16 LR-C 6W GU5.3 4000K алюм. корп. A-LR-0939
Тип лампы: MR16
Артикул: A-LR-0939
Мощность (W): 6
Тип цоколя: GU5.3
Cветовой поток (lm): 470
Световая эффективность (lum/W): 79
Ширина B (мм): 50
Высота A (мм): 55
Температура (К): 4000
Тип света: нейтральный свет
Напряжение (V): 220-240
Ресурс , часов: 30000
Срок службы, лет: 20
Индекс цветопередачи (Ra): 80
Аналог лампы накаливания (W): 45Вт
Частота электросети (Hz): 50
Температурный режим (град): -20С +40°C
Количество в ящике, шт: 50
Содержание ртути (мг): 0
Класс энергосбережения: A
Штрих код упаковки: 4895127205539
Тип колбы: Рефлекторная
Цвет стекла: Фасетчатый
Угол рассеивания град: 60
Производитель: ELECTRUM
Гарантия: 3 года (с момента приобретения)
(Код: A-LR-0939)
Тип лампы: MR16
Мощность (W): 6
Температура (K): 4000
Тип цоколя: GU5.3
Наименование: Лампа светодиодная TB-поворотная LW-24 5W E27 2700K A-LW-0098
Тип лампы: Тубулярная
Артикул: A-LW-0098
Мощность (W): 5
Тип цоколя: E27
Cветовой поток (lm): 400
Световая эффективность (lum/W): 80
Ширина B (мм): 35
Высота A (мм): 147
Температура (К): 2700
Тип света: теплый свет
Напряжение (V): 220-240
Ресурс , часов: 30000
Срок службы, лет: 20
Индекс цветопередачи (Ra): 80
Аналог лампы накаливания (W): 40Вт
Частота электросети (Hz): 50
Температурный режим (град): -20С +40°C
Количество в ящике, шт: 50
Содержание ртути (мг): 0
Класс энергосбережения: A
Штрих код упаковки: 4895127212803
Тип колбы: Цилиндр
Цвет стекла: Матовый
Угол рассеивания град: 140
Производитель: ELECTRUM
Гарантия: 3 года
(Код: A-LW-0098)
Тип лампы: Тубулярная
Мощность (W): 5
Температура (K): 2700
Тип цоколя: E27
Наименование: Лампа светодиодная линейная LL-24 5W R7s 4000K алюм. корп. A-LL-1728
Тип лампы: Линейная
Артикул: A-LL-1728
Мощность (W): 5
Тип цоколя: R7s
Cветовой поток (lm): 470
Световая эффективность (lum/W): 94
Ширина B (мм): 52
Высота A (мм): 78
Температура (К): 4000
Тип света: нейтральный свет
Напряжение (V): 175-250
Ресурс , часов: 25000
Срок службы, лет: 17
Индекс цветопередачи (Ra): 80
Аналог лампы накаливания (W): 45Вт
Частота электросети (Hz): 50
Температурный режим (град): -20С +40°C
Количество в ящике, шт: 50
Содержание ртути (мг): 0
Класс энергосбережения: A
Штрих код упаковки: 4895127219277
Тип колбы:
Цвет стекла:
Угол рассеивания град: 270
Производитель: ELECTRUM
Гарантия: 3 года
(Код: A-LL-1728)
Тип лампы: Линейная
Мощность (W): 5
Температура (K): 4000
Тип цоколя: R7s
Одним из положительных аспектов в использовании светодиодов для освещения и подсветки растений является возможность получить нужные частоты монохромного (одночастотного или с очень узкой спектральной полосой) светового излучения, при котором растения вегетируют очень хорошо.
Получение нужного спектра возможно при производстве – технологическими приемами (легированием полупроводникового материала кристалла, выбором соответствующего люминофора и т. д.) или электрическими средствами (регулированием токов в RGB-триадах) при эксплуатации.
Последний прием более выгодный, т. к. позволяет в весенне-летнее время (или точнее – в начале вегетации) отрегулировать свечение в синей области спектра, а в конце вегетации перейти в желто-красную зону спектра.
Последние модели мощных светодиодов, имеющие единичную мощность до 5 – 6, а то и 10 Вт, позволяют уже сегодня строить теплицы, в которых сотни и тысячи квадратных метров будут по программе освещаться (и/или подсвечиваться) высокоэнергоэффективными светодиодными системами в течении нескольких лет непрерывно, без ремонта и обслуживания. Работа с ними будет по принципу: «купил – включил – забыл».
