Если производитель, садовод или просто гровер - аматер не имеет возможности выращивать свой любимый цветок или растение в саду на открытом воздухе, или просто не имеет времени на поиск подходящего места для наружного роста, существует еще один способ как вырастить свой собственный, хороший урожай, относительно легко, и не выходя из дома.

Речь идет о так называемом закрытом культивировании. Это искусственное имитирование природы и ее естественного поведения. Но с одной большой разницей. В природе, производитель ограничивается различными внешними факторами, такими, как плохая погода, дикие животные, воры и завистливые соседи, которые постоянно заинтересованы в таинственных растениях, которые растут за забором. В домашней обстановке не предпринимаются никакие действия, которые могли бы нанести вред растениям. Производитель имеет возможность проверить свои навыки и искусственно стимулировать условия выращивания в целях создания более красивых и более продуктивных растений.

Основным условием для того, чтобы начать выращивать растения, является необходимое количество солнечного света. Это излучение может быть смоделировано искусственным освещением, которое дает подобный солнцу спектр света. При искусственном освещении садовод определяет, какой спектр света для растения в конкретный период времени будет наиболее подходящим.

Для роста и цветения растений подходят три типа освещения: лампы высокого напряжения, люминесцентные лампы, LED и плазменные лампы.

Растения не могут существовать без света, потому что свет является одним из основных факторов для их развития. Свет является источником энергии, который имеет важное значение для фотосинтеза.

Фотосинтез представляет собой совокупность этих процессов - поглощения, преобразования и использования энергии света с помощью квантовых различных реакций с участием превращения диоксида углерода в органические соединения. Другими словами, это процесс образования органических соединений на основе углекислого газа, воды, тепла и света, энергии.

Чтобы правильно выбрать освещение, необходимо ознакомиться со всеми видами ламп.

Газоразрядные лампы высокого напряжения (HID/High-intensity discharge lamps) классифицируются в зависимости от горелки и газа, содержащегося в них:

Ртутная газоразрядная лампа (MV/Mercury-Vapor lamps)

Ртутная газоразрядная лампа была разработана в качестве первой газоразрядной лампы в 1959 году. Ртутные лампы излучают свет в основном в синей и ультрафиолетовой невидимой части спектра. Эти лампы имеют низкий световой поток (около 65 лм / Вт). Такой свет по сравнению с металлогалогенными и натриевыми лампами (около 150 лм / Вт) для растениеводства считается слабым.

Металлогалогенные газоразрядные лампы (MH/Metal-Halide lamps)

Первые лампы MH были сконструированы где-то в начале 60- лет. Металлогалогенные лампы характеризуются "белым" цветом света, который, на первый взгляд отличается от, например, натриевых ламп. Металлогалогенные лампы имеют синий спектр света, а их цветовая температура составляет 6000 К и более. Синий спектр имеет положительное влияние на корневую систему растения, в результате чего способствует лучшему ветвлению и коротким междоузлиям. Растения под такой лампой ниже, но ветвистей. На стадии цветения, однако, такие лампы зачастую оказываются неподходящими.

Металлогалогенные лампы отлично подходят для использования при укоренении черенков и саженцев. Маленькие растения не тянутся к свету и с самого начала начинают хорошо ветвиться. Использовать этот тип ламп также рекомендуется для материнских растений, которые гарантируют больше побегов и быстрый рост растений.

Горелка внутри лампы имеет форму колбы. Колба заполнена смесью ртути, аргона и галогенидами металлов (например, соединений металлов с бромом или йодом).

Эти лампы имеют мощность 150 Вт, 250 Вт, 400 Вт, 600 Вт, 1000 Вт и имеют цветовую температуру 4000 К.

Натриевые газоразрядные лампы (HPS/High-Pressure Sodium lamps)

Натриевые лампы появились на рынке где-то в начале 70-х годов, и сегодня являются наиболее широко используемым типом освещения в мире для выращивания растений. Это главным образом потому, что они имеют самую высокую светоотдачу (около 150 лм / Вт), а также испускают FAR излучение наиболее подходящее для правильного фотосинтеза. Свет у HPS ламп имеет преимущественно красный спектр, который подходит для фазы цветения растения. Цветовая температура лампы изменяется в диапазоне от приблизительно от 2000 К до 2900 К и производит свет ярко-желтого цвета.

Горелка в натриевой лампе в основном из корунда.

Натриевые лампы производятся мощностью 70 Вт, 150 Вт, 250 Вт, 400 Вт, 600 Вт, 750 Вт и 1000 Вт, они могут быть использованы на стадии роста, при условии, что растения будет иметь больше междоузлий и, как правило, будет тянуться к свету.

Преимущества газоразрядных ламп по сравнению с другими источниками света действительно высоки. Эти лампы используются при выращивании в комнатах, а также в больших теплицах, предназначенных для коммерческого выращивания. К недостаткам можно отнести высокую рабочую температуру.

Вторым наиболее широко используемым источником света подходящим для выращивания растений являются линейные и компактные люминесцентные лампы, которые иногда также называют ресурсосберегающими, энергосберегающими, компактными люминесцентными и т.д.

Эти лампы имеют большое преимущество в том, что они не производят такого теплового излучения, как в случае HPS и MH ламп. Таким образом, их можно использовать для культивирования и в очень малом пространстве вблизи вершин растений, без опасения ожогов.

Использование люминесцентных ламп не определяется исключительно микро выращиванием. Производители освещают ими материнские растения, укорененные черенки и молодые саженцы. Но это еще не все. Благодаря своей разнообразной цветовой температуре, такие лампы могут быть использованы на всех этапах жизни растений.

Люминесцентные лампы относятся к категории ртутных ламп низкого давления и разделяются на компактные и линейные.

Люминесцентные лампы

Эти лампы широко используются с первых дней выращивания в закрытом помещении.

Флуоресцентные лампы, упоминаются, как люминесцентные лампы, имеют трубки, изготовленные из стекла и заполненные смесью паров ртути и аргона. В этих лампах светящийся разряд, испускает излучение главным образом в ультрафиолетовой части спектра. Это излучение обусловлено фосфором, который находится внутри трубы и производит свет в видимом спектре. На обоих концах флуоресцентных трубок размещены электроды, которые проводят электрический ток.

Люминесцентные лампы для выращивания обычно производятся с мощностью 18, 36 и 54 Вт, а их длина составляет 60 или 120 см.

Компактные люминесцентные лампы (CFL – Compact Fluorescent Lamps)

Если производитель ищет компактную люминесцентную лампу с достаточной мощностью и правильной цветовой температурой в обычном хозяйственном магазине, вероятно, поиск напрасен. Однако, этот недостаток был недавно решен производством более прочных компактных люминесцентных ламп, которые являются не только подходящими для выращивания, но и для группы производителей являются предпочтительнее других. Лампы наполнены малым количеством ртути и инертного газа, их можно приобрести только в специализированных магазинах.

Компактные люминесцентные лампы имеют в наличии следующие цветовые температуры:

2700 К - красный спектр света, пригодный для стадии цветения.

4000 К - двойной спектр света, для роста и цветения.

6400 K - синий спектр света, подходит для фазы роста.

14000 K - белый спектр света, подходит для укоренения черенков, саженцев и материнских растений.

Следует отметить, что при использовании комбинированных компактных люминесцентных ламп результаты будут ниже, а период жизни растения от посадки до урожая увеличится. Поэтому, рекомендуется использовать лампу, с синим спектром для роста, и с красным спектром для цветения.

CFL лампы, пригодные для выращивания, в настоящее время коммерчески доступны с мощностью 125 Вт, 200 Вт, 250 Вт.

Компактные люминесцентные лампы нужно менять чаще, чем линейные. Гарантированное время работы составляет около одного года в зависимости от времени использования. Затем интенсивность этих ламп достаточно быстро снижается.

На рынке также заняло достойное место LED освещение, однако, для некоторых LED представляет собой будущее в области растущих технологий, а для некоторых раздутые ожидания.

Осознание того, что в выращивании растений может быть использовано LED освещение(Light Emitting Diode) в настоящее время уже достаточно обширно. Однако лишь немногие люди знают, в чем преимущества и недостатки этого светодиодного варианта.

LED - электронный полупроводниковый прибор, который при прямом направлении тока, излучает световые лучи. С первый типом LED человечество познакомилось в 1962 году и с тех пор продолжается эволюция данного вида освещения. В настоящее время светодиоды имеют яркость 100 люмен на ватт, это достаточный показатель для культивирования. Конструкция LED представляет собой светодиодный чип (или комбинацию чипов) покрытый эпоксидной смолой с желаемыми оптическими свойствами. Некоторые производители также используют оптические свойства линз, чтобы усилить интенсивность света, сосредоточенного в одном месте. Наиболее распространенная мощность светодиодов, которые установлены в панели 1 и 3 Вт в некоторых странах доступны светодиоды с мощностью 6 Вт.

Светодиодные панели по сравнению с лампами HID имеют одну интересную особенность, они не выдают тепловое излучение, что является большим преимуществом для производителей, которые постоянно страдают от высокой температуры в комнате. К тому же, общее потребление лампой электроэнергии меньше.

LED полностью отличается от других источников света отсутствием нити накала вольфрама, который горит или падает с течением времени и отсутствием газообразных компонентов, что делает лампу более долговечной. Кроме того, в связи с тем, что светодиод имеет свой главный компонент (диод) скрытый под слоем эпоксидной смолы, становится нерушимым компонентом. Мнения о продолжительности жизни LED весьма разнообразны. В целом, однако, около 50000 часов работы.

Преимуществом LED панелей является комбинация диодов с разными цветовыми спектрами, благодаря которым такое освещение подходит для всех этапов жизни растений. Панели, оснащенные светодиодной подсветкой, имеют превосходную глубину. Возможно, из-за вышеупомянутой линзы, панель можно повесить над растениями, и достичь хорошего освещения нижних почек (в зависимости от типа и мощности на панели).

Однако такое освещение имеет и свои недостатки, например высокая стоимость, препятствует садоводам приобрести светодиодную панель. Многие производители любят экспериментировать и пробовать новые технологии, но из-за их высокой цены, им приходиться думать дважды, прежде чем сделать такую покупку.

Поскольку светодиодные панели изготавливаются в различных формах (круглые, квадратные, прямоугольные), они излучают свет только под определенным углом, поэтому довольно трудно достичь воздействия на всю площадь выращивания.

Одной из самых величайших новинок в свете растущих технологий является LEP (Light Emitting Plasma) .

LEP также известна как плазма, сульфидная лампа, серная лампа сера и т.д. Некоторые производители также обозначают такую лампу как PLS (Plasma Light Systems). Несмотря на различную терминологию, этот один и тот же продукт, действие которого основано на микроволнах и сере.

Плазма самое большое новшество среди растущего света, она появилась на рынке в 1990 году. К сожалению, в том же году лампы были сняты с продажи в связи с коммерческим провалом, а позже вернулись на рынок.

Эта система освещения производит свет в очень широком диапазоне FAR (полезным для растений), близком к спектру солнца. Имитация солнечного излучения, первоначальное намерение практически всех производителей LEP.

Цветовая температура плазменной лампы LEP приблизительно 5600 К, что позволяет предположить, что она предназначена для фазы роста. Производитель рекомендует использовать этот свет для фазы роста и после перехода в стадию цветения стоит использовать HPS. Если вы решите питать растение плазменным светом и во время цветения, вы должны быть готовы к очень низкой урожайности, однако с высочайшим качеством. Отличные результаты, достигаются при использовании LEP в качестве освещения для материнских растений и черенков.

Как известно, всем растениям для их правильного развития и хорошего роста требуется свет, которого в зимний период критически не хватает. Чтобы рассада выросла полноценной, сильной, плодоносящей, а комнатные радовали цветением, необходима дополнительная эффективная подсветка, которую можно организовать с помощью светодиодных фитоламп.

Светодиодные лампы для растений обладают наиболее подходящими для выращивания интенсивностью и спектром света. К их преимуществам также можно отнести длительный срок эксплуатации, энергосбережение, возможность регулировки интенсивности освещения, они не перегреваются, могут работать в разных температурных режимах (от -25 до +40). Лампы этого типа используют в самых разных помещениях: частный дом, квартира, теплица.

Виды светодиодных ламп для растений

В зависимости от того, какое количество растений необходимо подсвечивать, какова площадь ими занимаемая, используется ли подсветка в целях личного выращивания, или в целях производства, различают светодиодные фитолампы, имеющие следующие формы:

1. Труба . Такая форма лампы подходит для освещения «зеленых», расположенных длинными узкими рядами. Идеально при использовании на подоконниках.
2. Точечный одиночный светильник . Применяется в основном для малого количества растений: несколько цветов, ящик рассады.
3. Светодиодная панель . Представлена большими прямоугольниками или квадратами. Больше относится к профессиональному освещению, например, больших стеллажей с рассадой.
4. Светодиодная лента . Достаточно распространена, поскольку имеется возможность устроить свет по своему усмотрению, в определенном количестве и с определенной стороны, применяя необходимую комбинацию. Такая подсветка собирается собственноручно.
5. Прожекторы . Также подходят больше для профессионального использования. Освещает большую площадь с большого расстояния.

При выборе светодиодной лампы необходимо ознакомиться с ее инструкцией по применению, где будет указано точное количество освещаемой ею площади, с какого расстояния такая площадь охватывается, эффективность освещения.

Какие светодиоды выбрать для освещения?

Не всякий свет эффективен при выращивании культур. Светодиоды для фитоламп различают по спектру, или цвету подсвечивания, который и влияет на развитие, рост и цветение.

Определенные спектры воздействуют на растение следующим образом:

1. Синий, сине-фиолетовый спектр (430-490 нм.) Он способствует вегетации, плотности, укреплению, правильному формированию корневой системы. Такой свет более интенсивно используют на стадии первоначального роста, например, при выращивании саженцев.
2. Красный, красно-оранжевый спектр (600-780 нм.) Он благоприятен на стадии цветения, отвечает за развитие плодов, наращивание листьев.

Все остальные спектры – зеленый, желтый – практически не имеют влияния на растения, а ультрафиолет бывает даже вреден.

Для эффективного освещения «зеленых» необходимо выбирать светодиоды синих и красных спектров, правильно их комбинируя на каждом этапе развития культуры. Такая комбинация зависит во многом от характеристик выращиваемого растения – что именно ему нужно в тот или иной промежуток времени в процессе его развития. Поэтому надо досконально ознакомиться с требованиями культуры к освещенности.

Практически универсальным выбором является светодиод полного спектра, который основан на комбинации красного и синего цветов:

• светодиодные ленты для растений выпускают соотношениями 10:3, 15:5, 5:1 синего к красному соответственно.

  Наиболее оптимальными признаны ленты с соотношение 5 синих светодиодов к 1 красному, но только в случае, если зеленые питомцы находятся на подоконнике и получают достаточно света извне.

• светодиодные фитолампы имеют в своем составе, как правило, 60-80% красного и 40-20% синего цвета. Достаточной для большинства растений считается лампа с 75% красного излучения и 25% синего.

Стоит отметить, что светодиоды также отличаются по мощности освещения.

Время освещения

Чтобы светодиодные лампы в качестве подсветки давали максимальный результат, необходимо не только учесть подходящий спектральный анализ конкретных растений, но и необходимые им соотношения свет-темнота. При недостатке света они будут плохо развиваться, но его переизбыток тоже не несет ничего хорошего.

К регулированию продолжительности светового дня подходить нужно грамотно. Для растений с коротким световым днем хватит и 12 часов освещения, а вот культурам, которым требуется продолжительный день, может не хватить и 14.

Некоторые варианты времени освещения для определенных категорий:

1. Рассада . На первоначальном этапе она требует к себе круглосуточного светового внимания, поэтому лампы светят целые сутки. Затем этот показатель постепенно снижают до 16-14 часов.
2. Растения с зимним анабиозом , к которым относят , . Они предпочитают в зимнее время небольшое количество света, им будет вполне достаточно 10 часов.
3. Цветы, любящие рассеянную тень. К ним относят , папоротники, традесканция. Они хорошо растут при освещенности 10-12 часов в день.
4. Растения, для успешного роста и цветения которых требуется яркое и продолжительное освещение . Это представители роз, а также мирт, эвкалипт, жасмин. Им требуется 14-16 часов освещения зимой. Иногда это показатель может доходить до 18 часов.
5. Существуют и средние по светолюбивости культуры , которым особых условий освещенности не требуется.

И еще один важный факт: женские типы растений более требовательны к продолжительности света, чем мужские.

Как располагать светодиодные фитолампы?

Светодиодные лампы являются узконаправленными. Благодаря тому, что они имеют линзу, поток света сконцентрирован в одном направлении. Поэтому располагать такие фитолампы лучше всего близко к растениям. Для получения эффективного результата это расстояние варьируется от 15 до 30 см. Того, что культуры могут «сгореть» можно не опасаться, ведь светодиоды не нагреваются и не выделяют тепло.

При организации расположения ламп необходимо учесть следующие моменты:

• Высота растений . Для равномерного действия света на каждый кустик, необходимо, чтобы они были примерно одного роста. Иначе до кого-то свет может и не дойти. Как вариант, используют поставки для низкорослых, чтобы сравнять с более высокими.
• Расстановка растений . Ее следует производить в зависимости от интенсивности освещения.

  В центре освещенности, которую дает лампа, свет более мощный, интенсивный, поэтому именно сюда ставят более светолюбивые и привередливые культуры, а по краям располагают остальные.

Наилучшая отдача при вертикальном расположении

Варианты расположения ламп могут быть:

• сверху;
• снизу;
• сбоку.

Наибольшей отдачей пользуются светильники, расположенные сверху, ведь солнце, естественный источник света, расположено именно там. Боковые и нижние подсветки используются чаще всего в магазинах, для эффектности.

Расчет количества ламп

Для благоприятного развития растений им необходим не только определенный свет, но и его достаточность.

Для расчета необходимого количества светодиодных ламп при определенных условиях, нужно знать следующие аспекты:

• потребность в освещении для конкретной культуры (измеряется в люксах, лк.), но достаточным для большинства будет 8 000 лк.;
• угол освещенности;
• расстояние до кустов;
• площадь.

Как правило, сначала находится требуемое количество светового потока, который определяется в люменах, на данную площадь. Для этого: количество требуемых люксов * количество квадратных метров.

Например, для выращивания рассады , требующих не менее 5000 лк., на подоконнике размером 0,6 кв. м., нужно 3 000 люменов света (5 000 * 0,6).

Не стоит забывать о расстоянии, при увеличении которого растут потери эффективности. Их приблизительно учитывают в процентном соотношении. Если расстояние от куста до лампы – 30 см, то и потери составят около 30%, а, значит, именно на эти проценты следует прибавить требуемое количество люменов.

Размер светового потока, выдаваемый определенной маркой светодиодной лампы, обязательно должен быть указан на ее упаковке либо в инструкции к применению. Исходя из этого, рассчитывают количество ламп на требуемое общее количество люменов. На упаковке будут напечатаны и другие технические характеристики, которые помогут определиться с углом освещенности, а также оптимальным расстоянием.

В большинстве случаев для одного стандартного подоконника с рассадой, хватает освещенности в 2 лампочки по 5 Вт.

Реальные отзывы

Денис

«Решил провести эксперимент со светодиодными лампами. Неожиданно, но результат порадовал. Салат и петрушка реально тянутся к светильнику, даже когда солнце светит!»

Кристина

«Купила 5 лет назад фитолампу Сидор. Не нарадуюсь до сих пор. Не греется, не мерцает, потребляет менее 18Вт., а прекрасно и очень результативно освещает весь балкон. Очень рекомендую.»

Евгений

«Очень долго думал, прежде чем приобрести светодиодный светильник для растений Воля “Фитосвет-Д”. Красные и синие диоды, непонятно, будет ли толк, да и дороговато! Но взял, и не пожалел. Результат супер, скорость роста зелени и рассады увеличилась, да и сами они более жирненькие. Так что толк есть!»

Каждому опытному цветоводу известно, какую огромную роль играет правильно подобранное освещение комнатных растений. Наравне с поливом и почвой, свет является незаменимой составляющей, от которой напрямую зависит успешный рост. Не секрет, что в естественной среде одни растения прекрасно себя чувствуют в затенённых местах, а другие – не могут развиваться без прямого воздействия солнечных лучей. В домашних условиях ситуация выглядит аналогично. О том, как грамотно сделать искусственное освещение для комнатных растений, поговорим детально.

Декоративная подсветка и освещение для роста растений

Лампа для выращивания комнатных растений – это прекрасный способ продления светового дня. Ведь много комнатных цветов имеют тропическое происхождение, а значит, ежедневно испытывают нехватку солнечной энергии, особенно в зимний период. Для эффективного роста растений продолжительность светового дня должна быть около 15 часов. В противном случае они ослабевают, перестают цвести и подвергаются разным заболеваниям.

Планируя будущую подсветку комнатных цветов, важно не упустить и эстетическую составляющую. Фитосветильник должен стать частью интерьера, своеобразным элементом декора. В продаже есть огромное количество светильников с настенным креплением разной формы, под любую энергосберегающую лампу: КЛЛ или светодиодную. В зависимости от размеров домашнего цветника, подсветка может быть выполнена из нескольких спот светильников, направленных непосредственно на каждого зелёного любимца, или из трубчатых люминесцентных ламп с отражателем. Подключив собственную фантазию, можно сделать оригинальный светодиодный фитосветильник самостоятельно.

Важнейшая составляющая роста – спектр света

Для того чтобы понять, насколько неоднородным является свет от разных электрических источников и солнца, необходимо взглянуть на их спектральный состав. Спектральная характеристика представляет собой зависимость интенсивности излучения от длины волны. Кривая излучения солнца носит непрерывный характер во всём видимом диапазоне со снижением в УФ и ИК областях. Спектр искусственных источников света в большинстве случаев представлен отдельными импульсами разной амплитуды, что в результате придаёт свету определённый оттенок.

В ходе экспериментов было установлено, что для успешного развития растения используют не полный спектр, а лишь его отдельные части. Наиболее жизненно важными считаются следующие длины волн:

• 640–660 нм – бархатно-красного цвета, необходимые всем взрослым растениям для репродуктивного развития, а также для укрепления корневой системы;
• 595–610 нм – оранжевого цвета для цветения и созревания плодов;
• 440–445 нм – фиолетового цвета для вегетативного развития;
• 380–400 нм – ближнего УФ диапазона для регулировки скорости роста и образования белков;
• 280–315 нм – среднего УФ диапазона для повышения морозостойкости.

Освещение только перечисленными лучами подходит не для всех растений. Каждый представитель флоры уникален по своим «волновым» предпочтениям. Это означает, что полноценно заменить энергию солнца с помощью ламп невозможно. Но искусственное освещение растений в утренние и вечерние часы сможет значительно улучшить их жизнь.

Признаки недостатка света

Существует ряд признаков, по которым несложно выявить нехватку света. Нужно лишь внимательно присмотреться к своему цветку и сравнить его с эталоном. Например, найти аналогичный вид в интернете. Явный недостаток освещённости проявляется следующим образом. Растение замедляет свой рост. Новые листья имеют меньший размер, а стебель становится тоньше. Нижние листья желтеют. Цветок либо полностью перестаёт цвести, либо количество сформированных бутонов меньше среднестатистического показателя. При этом считается, что полив, влажность и температура воздуха находятся в норме.

Сколько нужно света?

Дать однозначный ответ на этот вопрос невозможно. Как человек может жить в разных частях земного шара, так и комнатный цветок может расти на подоконнике с выходом на север, юг, запад или восток. Растение в течение всей жизни будет стремиться адаптироваться под текущие условия: вытягиваться вверх от недостатка освещённости или, наоборот, подставлять солнечным лучам очередной распустившийся бутон.

Наблюдая за внешним видом стеблей и листьев, размером и количеством цветков, можно определить достаточность уровня освещения. При этом не стоит забывать о том, на каком этапе развития находится комнатный цветок: вегетация, цветение, созревание семян. На каждом из этапов он берёт от солнца свет той длины волны, который ему необходим в данный момент. Поэтому при организации дополнительной подсветки важно учесть качественную составляющую светового потока.

Длительное воздействие яркого света солнца и ламп с уровнем освещённости более 15 тыс. лк любят те комнатные цветы, которые в естественной среде обитания произрастают под открытым небом. Это многими любимая крассула, герань, каланхоэ, бегония. Искусственное освещение для растений данного типа в вечернее время пойдёт им на пользу.

К представителям флоры, которые комфортно себя чувствуют при освещённости в 10–15 тыс. лк, относится спатифилум, кливия, сенполия, традесканция и драцена. Листья этих видов комнатных цветов не любят жарких солнечных лучей, но и не переносят ранние сумерки. Поэтому идеальным местом для них будет подоконник с выходом на запад, где в вечернее время их листья получат необходимую энергию от уходящего солнца.

Так называемые тенелюбивые растения могут цвести и развиваться вдали от оконного проёма, довольствуясь освещённостью до 10 тыс. лк. Однако это не означает, что они погибнут, если их поставить в более светлое место. Просто они меньше нуждаются в прямых солнечных лучах. К ним относятся некоторые виды фикуса и драцены, филодендрон, а также тропические лианы.

Досветка растений и искусственные источники освещения

В большинстве случаев комнатные растения нуждаются в дополнительной подсветке. Цветы, которые на первый взгляд имеют ярко-зелёные сочные листья и регулярно цветут, будут выглядеть ещё лучше, если на них начать воздействовать фитолампой. Если кто-то считает иначе, то он имеет прекрасный шанс убедиться в ошибочности своего мышления и собрать . Для продления светового дня используют различные источники искусственного света. Рассмотрим каждый из них и разберемся, какой свет лучше подходит для растений.

Лампы накаливания

Подсветка растений с помощью ламп накаливания является наименее эффективной по нескольким причинам. Спектр излучения обычных лампочек со спиралью сильно смещён в красную область, что никак не способствует фотосинтезу. Низкий КПД и, как следствие, огромное выделение тепла устремляют их энергетическую и световую эффективность к нулю. К тому же лампы накаливания характеризуются наименьшим сроком службы в сравнении с остальными источниками искусственного света.

Люминесцентные лампы

Трубчатые люминесцентные или, как их чаще всего называют, энергосберегающие лампы дневного света типа Т8 полного спектра (Т=5300–6500°K) считаются оптимальным вариантом для подсветки комнатных растений на протяжении многих лет. Они заслужили много положительных отзывов, благодаря наличию избирательного спектра, экономичности и низкой теплоотдаче в сочетании с приемлемой стоимостью.

Компании, специализирующиеся на выпуске люминесцентных ламп, предлагают растениеводам улучшенный вариант – фитолампу с избирательным спектром излучения. Они работают преимущественно в синем и красном диапазоне, что видно по характерному свечению. Но стоимость таких ламп для подсветки растений на порядок выше обычных аналогов.

Светильник с натриевой лампой является наиболее эффективным источником света. По световой отдаче и рабочему ресурсу эти лампы сравнимы со светодиодами для растений. Вот только для домашних условий они не пригодны из-за чрезмерно большой яркости (более 15 тыс. лк). Зато во многих теплицах и оранжереях выращивание растений при искусственном освещении основано именно на газоразрядных лампах. Ввиду того, что они излучают больше красного света, их устанавливают в комплексе с люминесцентными лампами 6500К.

Светодиодные источники света

Все фитосветильники на светодиодах разделяют на три группы:

• биколорные;
• с мультиспектром;
• с полным спектром.

Биколорные или двухцветные светильники базируются на синих (440–450 нм) и красных (640-660 нм) светодиодах. Их свет принято считать наиболее оптимальным для организации подсветки любых растений в период вегетации. Указанный рабочий спектр благоприятствует процессу фотосинтеза, что приводит к ускоренному росту зелёной массы. Именно поэтому дачники отдают предпочтение именно сине-красным светодиодным лампам при выращивании рассады овощных культур на подоконнике.

Светодиодные лампы с мультиспектром имеют более широкое применение за счёт расширения красного диапазона в область инфракрасного и жёлтого света. Они востребованы для подсветки взрослых растений, стимулируя цветение и созревание плодов. В квартирных условиях использовать светодиодный мультиспектр лучше для цветов с густой кроной.

На фитосветильнике с полным спектром излучения можно сделать подсвету для цветов в квартире, независимо от вида и места размещения. Это своего рода универсальный источник искусственного света, который излучает в широком диапазоне с максимумами в красной и синей зоне. Светодиодный светильник full spectrum – это тандем энергоэффективности и световой энергии, напоминающей действие солнечных лучей.

На сегодня создание благоприятных условий для обширного перехода на фитосветодиоды не происходит по двум причинам:

• высокая стоимость качественных светильников для растений;
• большое количество подделок, собранных на обычных светодиодах.

Какой свет лучше для роста?

Безусловно, идеальным источником света является солнечная энергия. В квартирах с окнами на юго-восток и юго-запад можно выращивать любые цветы, размещая их в разных точках комнаты. Но не стоит расстраиваться тем, у кого вид из окна только на северную сторону. Люминесцентные и светодиодные лампы для освещения растений компенсируют отсутствие лучей солнца.

Лампы для растений дневного света – это бюджетный вариант, проверенный временем. Они подходят тем, кто старается создать для цветка нормальные условия при небольших капиталовложениях. Светодиодные фитолампы для тех, кто стремится форсировать события и достичь наилучших результатов в короткие сроки, несмотря на цену в несколько тысяч рублей.

1. Перед покупкой очередного «лиственного питомца» следует узнать, насколько он светолюбив. Возможно, отведённое место в комнате не сможет обеспечить ему полноценное развитие.
2. Недорогой вариант подсветки светолюбивых растений можно сделать из лампы дневного света 18 Вт и лампы накаливания 25 Вт.
3. Превалирующее излучение в жёлтой области видимого спектра тормозит рост стеблей. Подсветка драцены (и других древовидных) тёплым светом придаст ей компактную форму.
4. Если растение с пёстрой листвой теряет свой оригинальный окрас и становится однотонным, то ему явно не хватает света. Вернуть цветку прежнюю привлекательность поможет светодиодная фитолампа.
5. Свет от красных и синих светодиодов ускоряет утомляемость глаз. В связи с этим следует исключить зрительную работу в зоне их действия.

Подводя итоги

Надеемся, что прочитанный материал помог читателю овладеть базовыми знаниями по организации освещения для цветов в доме и на балконе. Ещё раз хочется подчеркнуть экономичность и высокую эффективность светодиодных ламп для выращивания растений, массовый переход на которые уже не за горами. Пусть каждый цветовод, имеющий возможность сегодня приобрести фитосветильник на светодиодах, оценит его мощность и оставит свой отзыв для других читателей в комментариях ниже.

Читайте так же

AQUA-FARM ЦВЕТ СВЕТА И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА РАСТЕНИЯ

Солнечный свет - источник энергии, диоксид углерода (углекислый газ СО2) воздуха - источник углерода - главного строительного материала и вода - источник кислорода, входящего в ее состав на молекулярном уровне. И все эти три жизненные силы объединены процессом фотосинтеза, при котором происходит образование органических веществ (углеводов) благодаря энергии света при участии фотосинтезирующего пигмента - хлорофилла. Хлорофилл (от греч. «зелёный» и «лист») - зелёный пигмент, обусловливающий окраску растений в зелёный цвет.

Днем, на свету вода разделяется на кислород и водород и запасается энергия. Ночью, в темноте углекислый газ соединяется благодаря запасенной энергии с водородом, и образуются молекулы углеводов, то есть растение растет!

Как же влияет на фотосинтез и соответственно на рост растений спектральный состав солнечного или иного света?
Посмотрим на спектр, который использует хлорофилл, что мы видим?

Хотя максимум непрерывного спектра солнечного излучения расположен в «зелёной» области 550 нм (где находится и максимум чувствительности нашего глаза), поглощается хлорофиллом преимущественно синий и красный свет из солнечного спектра, то есть длины волн 440-470 нм и 630-670 нм.

Вы задумывались почему практически у всех растений зеленый цвет? Нет? Немного поясним - цвет предметов, которые видит наш глаз это отраженная часть светового потока (света). Черный цвет у предметов, которые полностью поглощают световое излучение. Белые - наоборот - полностью рассеивают направленный на них свет. Зеленые - отражают зеленую часть этого самого светового потока, синие - синюю часть и так далее. Итак, зеленые пердметы отражают зеленую составляющую света! Вот оно! Вот почему эту часть спектра наши растения отказываются использовать! Хлорофилл, содержащийся в большей части листа и ответственный за самый важный процесс в растении - зеленого цвета, то есть он полностью отражает зеленый цвет!

Теперь посмотрим на цветовой спектр излучаемый обычной лампой накаливания.

Как видим максимальное излучение находится за пределами красной зоны, в области инфракрасного излучения(теплового). Так оно и есть - лампы накаливания очень сильно нагреваются. Имено из-за этого они могут нанести ожог листьям или попросту их высушить! Кроме этого мощность светового потока от такой лампы неприлично низка и ее недостаточно для нормального роста растения. У данного типа ламп наименьший коэффициет полезности по соотношению силы света приходящаяся на ватт мощности

Посмотрим на типичные люминисцентные лампы, так называемые лампы дневного света. Сюда можно также включить и новый тип ламп - энергосберегающие, так как по сути своей они так же являются люминисцентными лампами.

У них световой поток необходимого спектра (зеленый нам не нужен) смещен в сторону синей составляющей спектра. Синий цвет безусловно хорош для прорастания! Красный же в данной лампе снижен.
Мощность светового потока у данной лампы значительно превышает лампы накаливания, но продолжим изучать возможности.

Газоразрядные лампы. До недавнего времени они занимали наилучшую позицию с точки зрения цены светового потока. Они имели наиболее мощный световой поток на каждый ватт своей мощности, но по спектру они не сильно полезны для выращивания растений. К тому же данные лампы, как и лампы накаливания, нагреваются, со всеми вытекающими последствиями. К тому же из всех типов ламп они наиболее пожароопасны, не говоря уже о их весе (для обычных систем поджика это около 10 кг, для электронных - существенно меньше)!

И вот, с развитием светодиодных кристаллов, появилась уникальная возможность переломить ситуацию. Эффективность светодиодных ламп бесспорна. Изучим теорию. У них максимальное соотношение производительности светового потока к потребляемой мощности. Кроме этого есть диоды излучающие не только белый, то есть полноценный спектр, а только определенные его участки - зеленый, желтый, синий, красный. Вот оно! Синий и красный - именно они нужны для активного роста растения! Именно их правильное сочетание и необходимая мощность обеспечат растению нужный световой поток. Однако, есть и минус - их стоимость, которая в несколько раз выше обычной "люмы".

При этом обратите внимание, что к этим цветам спектра наш глаз наименее чувствителен. Именно поэтому для нас незаметно, падение световой мощности люминисцентной лампы. Нам кажется, что она светит как и светила раньше, а на самом деле она светит уже в полсилы, при этом потребляя такое же количество энергии как и раньше! Заметить этот эффект Вы сможете, только если рядом включите новую лампу.

Удивительно, но есть которые как раз и излучают нужные растениям участки спектра!
Кроме всего прочего теоретический срок службы диодов - 10 лет! Конечно они так же как и люминисцентные лампы теряют часть своих свойств по мощности излучения, но у диодов эта характеристика более линейна и растянуто во времени. Светопотери составляют всего около 10% за год эксплуатации.

Итак, подведем итог - специализированные сверхяркие светодиоды это:
• экономия электроэнергии - максимальная производительность светового потока в рассчете на потребленные ватты
• излучение узкой части спектра (синий и красный) столь необходимой растениям
• низкая деградация светового потока - в несколько раз меньше по сравнению с люминисцентными лампами, то есть полезный срок службы в 10 раз больше!
• безопасность - диоды экологически безвредны
• безусловная экономия финансов - низкая потребляемая мощность+отсутствие необходимости периодически менять лампы

Светодиоды для выращивания растений и рассады.

Приведенная выше статья была написана более 2 лет назад, за это время много изменилось. Появился опыт применения светодиодных систем в реальных условиях и пришло время "дописать" нашу статью. Многие из наших покупателей спрашивают - почему же мы отказались от таких "хороших" светодиодов? Чтобы не объяснять каждому мы приняли решение опубликовать данный материал. Использование (даже частичное) разрешается только после согласования с нами и установки ссылки на на эту статью.

За последние 3 года нами были проведены не только проектные, конструкторские и опытные работы, но и сделаны реалано работающие промышленные образцы. Сколько мы потратили на них сил и средств - оставим за кадром.

Изложим только суть, к которой пришли. А точнее некоторое из наработанных материалов. Фотографии скажут сами за себя. Далее судить только Вам!

Тестирование проводилось в одинаковых системах гидропонного выращивания нашего производства, поэтому в их эффективности сомнений нет, так как они уже не раз ее подтверждали.

Так как клубника является растением очень чутко реагирующим на количество света - первой в этом сравнении посмотрим на нее.

Слева - клубника выращенная под светодиодами.

Поясним, что мы видим на фотографиях и на что надо обратить особое внимание.

Интервалы съемки примерно одинаковы и составляют 12 дней. Светодиоды мощностью суммарной мощностью 30 Вт и углом 120 градусов спектр смешанный в интервалах 470-630, ЭСБ - 30 Вт, патрон Е14, спектр - указывать не будем:).

Итак, первое на что обратим внимание - размер листовой пластины. Так как под светодиодами(LED) находится клубника с более развитой корневой системой (а это дает ей дополнительные бонусы в скорости набирания вегетативной массы), то главным критерием может быть только скорость увеличения листовой пластины и куста в целом.

Клубника, выращенная под светодиодной лампой - общий прирост листовой пластины, в среднем 90-100%, у клубники выращенной под ЭСБ - прирост с интервалах от 200% до 250%! Так как ЭСБ лампы были подобраны более оптимально, а именно с уменьшенной долей синего спектра, традиционного для таких ламп - угнетения в росте черешковой части листа мы не наблюдаем.

Напротив - у клубники, растущей под LED-лампами видно незначительное угнетение черешковой части, что обусловлено набором светодиодов - 2/1. Как видите, фотографию клубники под ЭСБ даже прилось уменьшить, чтобы она влезла в кадр.

Результат:
Светодиоды хороши, это безусловно, но им не хватает мощности светового потока. Даже у 10 ваттного диода узкого спектра - всего 320 люмен! У ЭСБ при той же мощности - 950 люмен! Базовые цены: ЭСБ лампа - 60 рублей, светодиод - 300 руб. + обязательный блок питания, а это еще 200 руб. Даже при условии, что ЭСБ теряет свою эффективность быстрее LED - результат очевиден!

По стоимости эксплуатации получается абсолюьный паритет! 3*10=30 Вт, то есть 3*500=1500 р. для диодного освещения и 2*15=30 Вт, то есть 2*60=120 руб., с текущей технологичностью эти лампы нормально работают с полной нагрузкой почти год, то есть даже за 10 лет эксплуатации можно будет купить на оставшиеся деньги еще 20-30 таких ламп.

Если же добавить сюда еще необходимую систему теплоотведения, а 10 Вт диоды выделяют очень много тепла, то по стоимости они уже явно проигрывают!

Смотрим следующие фото.

Слева - томаты растущие под светодиодами.
Справа - под нашими подобранными ЭСБ, которые сейчас и поставляются с установкой.

Давайте проанализируем и эту картину. Интервалы съемки примерно одинаковы и составляют 12 дней. Светодиоды мощностью суммарной мощностью 18 Вт (каждый по 3 Вт) и углом 120 градусов спектр смешанный в интервалах 470-660, ЭСБ - 46 Вт (2*23 Вт), патрон Е27, спектр - указывать не будем:).

Здесь LED-система была доработана: использовались менее мощные диоды, так как нужно было уменьшить стоимость системы питания и охлаждения. Суммарное падение тепловыделения почти на 70%, при падени общей мощности всего 40%! ЭСБ также была уменьшена в стоимости, за счет применения более распространенных ламп:)

Итак, за счет уменьшившейся мощности получили вытягивание ствола у томата, по сравнению с рассадой растущей под ЭСБ. Скорость наращивания зеленой массы тут точно установить не получится(так как замеров с линейкой мы не делали), можно судить только по общему состоянию будущей рассады.

На фото справа - видим мощный росток с черезвычайно толстым для этой стадии стеблем - для рассады это очень хорошо и означает только одно - освещения у нас избыток, его растению хватает полностью, что и позволяет развиваться в нужном нам направлении!

LED-система же, хоть и подешевела почти на 600 рублей, оставляет желать лучшего. Ее параметры ухудшились. Хорошую рассаду под ней уже не вырастить - сильно не хватает светового потока. Да, спектр правильный и очень нужный, но не хватает его количества!

Общий вывод:
Был еще ряд сравнительных тестов, тестировали даже на аквариумных растениях. Получили очень интересные результаты, которые лагут в основу наших гибридных систем, к которым мы будем стремиться!

Тестовый аквариум - светодиодое освещение (20 Вт).

Реальный аквариум - светодиодое освещение (26 Вт).

Наше мнение - чисто светодиодная система малопригодна для применения в выращивании растений. Для аквариумистики она подходит больше, но и там ее не хватает. В любом случае она на сегодня - 2012 год - проигрывает люминисцентным лампам в чистом виде. Вполне возможно в гибридной системе она еще найдет свою реализацию, но это опять же тесты, тесты и реальное применение. А не "обещания" производителей диодов и их теоретические характеристики, а это деньги, при чем не малые.

Увы, эпоха диодов для нас пока не наступила. А практика, как всегда, немного разошлась с теорией.

Интенсивность фотосинтеза под красным светом максимальна, но под одним только красным растения гибнут либо их развитие нарушается. Например, корейские исследователи показали, что при освещении чистым красным масса выращенного салата больше, чем при освещении сочетанием красного и синего, но в листьях значимо меньше хлорофилла, полифенолов и антиоксидантов. А биофак МГУ установил, что в листьях китайской капусты под узкополосным красным и синим светом (по сравнению с освещением натриевой лампой) снижается синтез сахаров, угнетается рост и не происходит цветения.

Рис. 1 Леанна Гарфилд, Tech Insider - Aerofarms

Какое нужно освещение, чтобы при умеренном энергопотреблении получить полноценно развитое, большое, ароматное и вкусное растение?

В чем оценивать энергетическую эффективность светильника?

Основные метрики оценки энергетической эффективности фитосвета:

• Photosynthetic Photon Flux (PPF ), в микромолях на джоуль, т. е. в числе квантов света в диапазоне 400–700 нм, которые излучил светильник, потребивший 1 Дж электроэнергии.
• Yield Photon Flux (YPF ), в эффективных микромолях на джоуль, т. е. в числе квантов на 1 Дж электроэнергии, с учетом множителя - кривой McCree .

PPF всегда получается немного выше, чем YPF (кривая McCree нормирована на единицу и в большей части диапазона меньше единицы), поэтому первую метрику выгодно использовать продавцам светильников. Вторую метрику выгоднее использовать покупателям, так как она более адекватно оценивает энергетическую эффективность.

Эффективность ДНаТ

Крупные агрохозяйства с огромным опытом, считающие деньги, до сих пор используют натриевые светильники. Да, они охотно соглашаются повесить над опытными грядками предоставляемые им светодиодные светильники, но не согласны за них платить.

Из рис. 2 видно, что эффективность натриевого светильника сильно зависит от мощности и достигает максимума при 600 Вт. Характерное оптимистичное значение YPF для натриевого светильника 600–1000 Вт составляет 1,5 эфф. мкмоль/Дж. Натриевые светильники 70–150 Вт имеют в полтора раза меньшую эффективность.

Рис. 2. Типичный спектр натриевой лампы для растений (слева) . Эффективность в люменах на ватт и в эффективных микромолях серийных натриевых светильников для теплиц марок Cavita , E-Papillon , «Галад» и «Рефлакс» (справа)

Любой светодиодный светильник, имеющий эффективность 1,5 эфф. мкмоль/Вт и приемлемую цену, можно считать достойной заменой натриевого светильника.

Сомнительная эффективность красно-синих фитосветильников

В этой статье не приводим спектров поглощения хлорофилла потому, что ссылаться на них в обсуждении использования светового потока живым растением некорректно. Хлорофилл invitro , выделенный и очищенный, действительно поглощает только красный и синий свет. В живой клетке пигменты поглощают свет во всем диапазоне 400–700 нм и передают его энергию хлорофиллу. Энергетическая эффективность света в листе определяется кривой «McCree 1972 » (рис. 3).

Рис. 3. V (λ) - кривая видности для человека; RQE - относительная квантовая эффективность для растения (McCree 1972); σ r и σ fr - кривые поглощения фитохромом красного и дальнего красного света; B (λ) - фототропическая эффективность синего света

Отметим: максимальная эффективность в красном диапазоне раза в полтора выше, чем минимальная - в зеленом. А если усреднить эффективность по сколько-нибудь широкой полосе, разница станет еще менее заметной. На практике перераспределение части энергии из красного диапазона в зеленый энергетическую функцию света иногда, наоборот, усиливает. Зеленый свет проходит через толщу листьев на нижние ярусы, эффективная листовая площадь растения резко увеличивается, и урожайность, например, салата повышается .

Освещение растений белыми светодиодами

Энергетическая целесообразность освещения растений распространенными светодиодными светильниками белого света исследована в работе .

Характерная форма спектра белого светодиода определяется:

• балансом коротких и длинных волн, коррелирующим с цветовой температурой (рис. 4, слева);
• степенью заполненности спектра, коррелирующей с цветопередачей (рис. 4, справа).

Рис. 4. Спектры белого светодиодного света с одной цветопередачей, но разной цветовой температурой КЦТ (слева) и с одной цветовой температурой и разной цветопередачей R a (справа)

Различия в спектре белых диодов с одной цветопередачей и одной цветовой температуры едва уловимы. Следовательно, мы можем оценивать спектрозависимые параметры всего лишь по цветовой температуре, цветопередаче и световой эффективности - параметрам, которые написаны у обычного светильника белого света на этикетке.

Результаты анализа спектров серийных белых светодиодов следующие:

1. В спектре всех белых светодиодов даже с низкой цветовой температурой и с максимальной цветопередачей, как и у натриевых ламп, крайне мало дальнего красного (рис. 5).

Рис. 5. Спектр белого светодиодного (LED 4000K R a = 90) и натриевого света (HPS ) в сравнении со спектральными функциями восприимчивости растения к синему (B ), красному (A_r ) и дальнему красному свету (A_fr )

В естественных условиях затененное пологом чужой листвы растение получает больше дальнего красного, чем ближнего, что у светолюбивых растений запускает «синдром избегания тени» - растение тянется вверх. Помидорам, например, на этапе роста (не рассады!) дальний красный необходим, чтобы вытянуться, увеличить рост и общую занимаемую площадь, а следовательно, и урожай в дальнейшем.

Соответственно, под белыми светодиодами и под натриевым светом растение чувствует себя как под открытым солнцем и вверх не тянется.

2. Синий свет нужен для реакции «слежение за солнцем» (рис. 6).

Рис. 6. Фототропизм - разворот листьев и цветов, вытягивание стеблей на синюю компоненту белого света (иллюстрация из «Википедии»)

В одном ватте потока белого светодиодного света 2700 К фитоактивной синей компоненты вдвое больше, чем в одном ватте натриевого света. Причем доля фитоактивного синего в белом свете растет пропорционально цветовой температуре. Если нужно, например, декоративные цветы развернуть в сторону людей, их следует подсветить с этой стороны интенсивным холодным светом, и растения развернутся.

3. Энергетическая ценность света определяется цветовой температурой и цветопередачей и с точностью 5 % может быть определена по формуле:

где - световая отдача в лм/Вт, - общий индекс цветопередачи, - коррелированная цветовая температура в градусах Кельвина.

Примеры использования этой формулы:

А. Оценим для основных значений параметров белого света, какова должна быть освещенность, чтобы при заданной цветопередаче и цветовой температуре обеспечить, например, 300 эфф. мкмоль/с/м2:

Видно, что применение теплого белого света высокой цветопередачи позволяет использовать несколько меньшие освещенности. Но если учесть, что световая отдача светодиодов теплого света с высокой цветопередачей несколько ниже, становится понятно, что подбором цветовой температуры и цветопередачи нельзя энергетически значимо выиграть или проиграть. Можно лишь скорректировать долю фитоактивного синего или красного света.

Б. Оценим применимость типичного светодиодного светильника общего назначения для выращивания микрозелени.

Пусть светильник размером 0,6 × 0,6 м потребляет 35 Вт, имеет цветовую температуру 4000 К , цветопередачу Ra = 80 и световую отдачу 120 лм/Вт. Тогда его эффективность составит YPF = (120/100)⋅(1,15 + (35⋅80 − 2360)/4000) эфф. мкмоль/Дж = 1,5 эфф. мкмоль/Дж. Что при умножении на потребляемые 35 Вт составит 52,5 эфф. мкмоль/с.

Если такой светильник опустить достаточно низко над грядкой микрозелени площадью 0,6 × 0,6 м = 0,36 м 2 и тем самым избежать потерь света в стороны, плотность освещения составит 52,5 эфф. мкмоль/с / 0,36м 2 = 145 эфф. мкмоль/с/м 2 . Это примерно вдвое меньше обычно рекомендуемых значений. Следовательно, мощность светильника необходимо также увеличить вдвое.

Прямое сравнение фитопараметров светильников разных типов

Сравним фитопараметры обычного офисного потолочного светодиодного светильника, произведенного в 2016 году, со специализированными фитосветильниками (рис. 7).

Рис. 7. Сравнительные параметры типичного натриевого светильника 600Вт для теплиц, специализированного светодиодного фитосветильника и светильника для общего освещения помещений

Видно, что обычный светильник общего освещения со снятым рассеивателем при освещении растений по энергетической эффективности не уступает специализированной натриевой лампе. Видно также, что фитосветильник красно-синего света (производитель намеренно не назван) сделан на более низком технологическом уровне, раз его полный КПД (отношение мощности светового потока в ваттах к мощности, потребляемой из сети) уступает КПД офисного светильника. Но если бы КПД красно-синего и белого светильников были одинаковы, то фитопараметры тоже были бы примерно одинаковы!

Также по спектрам видно, что красно-синий фитосветильник не узкополосен, его красный горб широк и содержит гораздо больше дальнего красного, чем у белого светодиодного и натриевого светильника. В тех случаях, когда дальний красный необходим, использование такого светильника как единственного или в комбинации с другими вариантами может быть целесообразно.

Оценка энергетической эффективности осветительной системы в целом:

Рис. 8. Аудит системы фитоосвещения

Следующая модель UPRtek - спектрометр PG100N по заявлению производителя измеряет микромоли на квадратный метр, и, что важнее, световой поток в ваттах на квадратный метр.

Измерять световой поток в ваттах - превосходная функция! Если умножить освещаемую площадь на плотность светового потока в ваттах и сравнить с потреблением светильника, станет ясен энергетический КПД осветительной системы. А это единственный на сегодня бесспорный критерий эффективности, на практике для разных осветительных систем различающийся на порядок (а не в разы или тем более на проценты, как меняется энергетический эффект при изменении формы спектра).

Примеры использования белого света

Описаны примеры освещения гидропонных ферм и красно-синим, и белым светом (рис. 9).

Рис. 9. Слева направо и сверху вниз фермы: Fujitsu , Sharp , Toshiba , ферма по выращиванию лекарственных растений в Южной Калифорнии

Достаточно известна система ферм Aerofarms (рис. 1, 10), самая большая из которых построена рядом с Нью-Йорком. Под белыми светодиодными лампами в Aerofarms выращивают более 250 видов зелени, снимая свыше двадцати урожаев в год.

Рис. 10. Ферма Aerofarms в Нью-Джерси («Штат садов») на границе с Нью-Йорком

Прямые эксперименты по сравнению белого и красно-синего светодиодного освещения
Опубликованных результатов прямых экспериментов по сравнению растений, выращенных под белыми и красно-синими светодиодами, крайне мало. Например, мельком такой результат показала МСХА им. Тимирязева (рис. 11).

Рис. 11. В каждой паре растение слева выращено под белыми светодиодами, справа - под красно-синими (из презентации И. Г. Тараканова, кафедра физиологии растений МСХА им. Тимирязева)

Пекинский университет авиации и космонавтики в 2014 году опубликовал результаты большого исследования пшеницы, выращенной под светодиодами разных типов . Китайские исследователи сделали вывод, что целесообразно использовать смесь белого и красного света. Но если посмотреть на цифровые данные из статьи (рис. 12), замечаешь, что разница параметров при разных типах освещения отнюдь не радикальна.

Рис 12. Значения исследуемых факторов в двух фазах роста пшеницы под красными, красно-синими, красно-белыми и белыми светодиодами

Однако основным направлением исследований сегодня является исправление недостатков узкополосного красно-синего освещения добавлением белого света. Например, японские исследователи выявили увеличение массы и питательной ценности салата и томатов при добавлении к красному свету белого. На практике это означает, что, если эстетическая привлекательность растения во время роста неважна, отказываться от уже купленных узкополосных красно-синих светильников необязательно, светильники белого света можно использовать дополнительно.

Влияние качества света на результат

Фундаментальный закон экологии «бочка Либиха» (рис. 13) гласит: развитие ограничивает фактор, сильнее других отклоняющийся от нормы. Например, если в полном объеме обеспечены вода, минеральные вещества и СО 2 , но интенсивность освещения составляет 30 % от оптимального значения - растение даст не более 30 % максимально возможного урожая.

Рис. 13. Иллюстрация принципа ограничивающего фактора из обучающего ролика на YouTube

Реакция растения на свет: интенсивность газообмена, потребления питательных веществ из раствора и процессов синтеза - определяется лабораторным путем. Отклики характеризуют не только фотосинтез, но и процессы роста, цветения, синтеза необходимых для вкуса и аромата веществ.

На рис. 14 показана реакция растения на изменение длины волны освещения. Измерялась интенсивность потребления натрия и фосфора из питательного раствора мятой, земляникой и салатом. Пики на таких графиках - признаки стимулирования конкретной химической реакции. По графикам видно что исключить из полного спектра ради экономии какие-то диапазоны, - все равно что удалить часть клавиш рояля и играть мелодию на оставшихся.

Рис. 14. Стимулирующая роль света для потребления азота и фосфора мятой, земляникой и салатом (данные предоставлены компанией Фитэкс)

Принцип ограничивающего фактора можно распространить на отдельные спектральные составляющие - для полноценного результата в любом случае нужен полный спектр. Изъятие из полного спектра некоторых диапазонов не ведет к значимому росту энергетической эффективности, но может сработать «бочка Либиха» - и результат окажется отрицательным.
Примеры демонстрируют, что обычный белый светодиодный свет и специализированный «красно-синий фитосвет» при освещении растений обладают примерно одинаковой энергетической эффективностью. Но широкополосный белый комплексно удовлетворяет потребности растения, выражающиеся не только в стимуляции фотосинтеза.

Убирать из сплошного спектра зеленый, чтобы свет из белого превратился в фиолетовый, - маркетинговый ход для покупателей, которые хотят «специального решения», но не выступают квалифицированными заказчиками.

Корректировка белого света

Наиболее распространенные белые светодиоды общего назначения имеют невысокую цветопередачу Ra = 80, что обусловлено нехваткой в первую очередь красного цвета (рис. 4).

Недостаток красного в спектре можно восполнить, добавив в светильник красные светодиоды. Такое решение продвигает, например , CREE . Логика «бочки Либиха» подсказывает, что такая добавка не повредит, если это действительно добавка, а не перераспределение энергии из других диапазонов в пользу красного.

Интересную и важную работу проделал в 2013–2016 годах ИМБП РАН : там исследовали, как влияет на развитие китайской капусты добавление к свету белых светодиодов 4000 К / Ra = 70 света узкополосных красных светодиодов 660 нм.

И выяснили следующее:

• Под светодиодным светом капуста растет примерно так же, как под натриевым, но в ней больше хлорофилла (листья зеленее).
• Cухая масса урожая почти пропорциональна общему количеству света в молях, полученному растением. Больше света - больше капусты.
• Концентрация витамина С в капусте незначительно повышается с ростом освещенности, но значимо увеличивается с добавлением к белому свету красного.
• Значимое увеличение доли красной составляющей в спектре существенно повысило концентрацию нитратов в биомассе. Пришлось оптимизировать питательный раствор и вводить часть азота в аммонийной форме, чтобы не выйти за ПДК по нитратам. А вот на чисто-белом свету можно было работать только с нитратной формой.
• При этом увеличение доли красного в общем световом потоке почти не влияет на массу урожая. То есть восполнение недостающих спектральных компонент влияет не на количество урожая, а на его качество.
• Более высокая эффективность в молях на ватт красного светодиода приводит к тому, что добавление красного к белому эффективно еще и энергетически.

Таким образом, добавление красного к белому целесообразно в частном случае китайской капусты и вполне возможно в общем случае. Конечно, при биохимическом контроле и правильном подборе удобрений для конкретной культуры.

Варианты обогащения спектра красным светом

Растение не знает, откуда к нему прилетел квант из спектра белого света, а откуда - «красный» квант. Нет необходимости делать специальный спектр в одном светодиоде. И нет необходимости светить красным и белым светом из одного какого-то специального фитосветильника. Достаточно использовать белый свет общего назначения и отдельным светильником красного света освещать растение дополнительно. А когда рядом с растением находится человек, красный светильник можно по датчику движения выключать, чтобы растение выглядело зеленым и симпатичным.

Но оправданно и обратное решение - подобрав состав люминофора, расширить спектр свечения белого светодиода в сторону длинных волн, сбалансировав его так, чтобы свет остался белым. И получится белый свет экстравысокой цветопередачи, пригодный как для растений, так и для человека.

Открытые вопросы

Можно выявлять роль соотношения дальнего и ближнего красного света и целесообразность использования «синдрома избегания тени» для разных культур. Можно спорить, на какие участки при анализе целесообразно разбивать шкалу длин волн.

Можно обсуждать - нужны ли растению для стимуляции или регуляторной функции длины волн короче 400 нм или длиннее 700 нм. Например, есть частное сообщение, что ультрафиолет значимо влияет на потребительские качества растений. В числе прочего краснолистные сорта салата выращивают без ультрафиолета, и они растут зелеными, но перед продажей облучают ультрафиолетом, они краснеют и отправляются на прилавок. И корректно ли новая метрика PBAR (plant biologically active radiation ), описанная в стандарте ANSI/ASABE S640 , Quantities and Units of Electromagnetic Radiation for Plants (Photosynthetic Organisms , предписывает учитывать диапазон 280–800нм.

Заключение

Сетевые магазины выбирают более лежкие сорта, а затем покупатель голосует рублем за более яркие плоды. И почти никто не выбирает вкус и аромат. Но как только мы станем богаче и начнем требовать большего, наука мгновенно даст нужные сорта и рецепты питательного раствора.

А чтобы растение синтезировало все, что для вкуса и аромата нужно, потребуется освещение со спектром, содержащим все длины волн, на которые растение прореагирует, т. е. в общем случае сплошной спектр. Возможно, базовым решением будет белый свет высокой цветопередачи.

Благодарности
Автор выражает искреннюю благодарность за помощь в подготовке статьи сотруднику ГНЦ РФ-ИМБП РАН к. б. н. Ирине Коноваловой; руководителю проекта «Фитэкс» Татьяне Тришиной; специалисту компании CREE Михаилу Червинскому

Литература

Литература
1. Son K-H, Oh M-M. Leaf shape, growth, and antioxidant phenolic compounds of two lettuce cultivars grown under various combinations of blue and red light-emitting diodes // Hortscience. – 2013. – Vol. 48. – P. 988-95.
2. Ptushenko V.V., Avercheva O.V., Bassarskaya E.M., Berkovich Yu A., Erokhin A.N., Smolyanina S.O., Zhigalova T.V., 2015. Possible reasons of a decline in growth of Chinese cabbage under acombined narrowband red and blue light in comparison withillumination by high-pressure sodium lamp. Scientia Horticulturae https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.08.021
3. Sharakshane A., 2017, Whole high-quality light environment for humans and plants. https://doi.org/10.1016/j.lssr.2017.07.001
4. C. Dong, Y. Fu, G. Liu & H. Liu, 2014, Growth, Photosynthetic Characteristics, Antioxidant Capacity and Biomass Yield and Quality of Wheat (Triticum aestivum L.) Exposed to LED Light Sources with Different Spectra Combinations
5. Lin K.H., Huang M.Y., Huang W.D. et al. The effects of red, blue, and white light-emitting diodes on the growth, development, and edible quality of hydroponically grown lettuce (Lactuca sativa L. var. capitata) // Scientia Horticulturae. – 2013. – V. 150. – P. 86–91.
6. Lu, N., Maruo T., Johkan M., et al. Effects of supplemental lighting with light-emitting diodes (LEDs) on tomato yield and quality of single-truss tomato plants grown at high planting density // Environ. Control. Biol. – 2012. Vol. 50. – P. 63–74.
7. Коновалова И.О., Беркович Ю.А., Ерохин А.Н., Смолянина С.О., О.С. Яковлева, А.И. Знаменский, И.Г. Тараканов, С.Г. Радченко, С.Н. Лапач. Обоснование оптимальных режимов освещения растений для космической оранжереи «Витацикл-Т». Авиакосмическая и экологическая медицина. 2016. Т. 50. № 4.
8. Коновалова И.О., Беркович Ю.А., Ерохин А.Н., Смолянина С.О., Яковлева О.С., Знаменский А.И., Тараканов И.Г., Радченко С.Г., Лапач С.Н., Трофимов Ю.В., Цвирко В.И. Оптимизация светодиодной системы освещения витаминной космической оранжереи. Авиакосмическая и экологическая медицина. 2016. Т. 50. № 3.
9. Коновалова И.О., Беркович Ю.А., Смолянина С.О., Помелова М.А., Ерохин А.Н., Яковлева О.С., Тараканов И.Г. Влияние параметров светового режима на накопление нитратов в надземной биомассе капусты китайской (Brassica chinensis L.) при выращивании со светодиодными облучателями. Агрохимия. 2015. № 11.

Теги:

Добавить метки