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:
(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
(Код: A-LR-0939)
Тип лампы: MR16
Мощность (W): 6
Температура (K): 4000
Тип цоколя: GU5.3
(Код: A-LW-0098)
Тип лампы: Тубулярная
Мощность (W): 5
Температура (K): 2700
Тип цоколя: E27
(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».
