Фотосинтез и свет

Под воздействием лучей солнца в листьях растений происходят уникальные фотохимические процессы, благодаря которым они живут, растут, цветут и образуют плоды. Растения преобразуют энергию света в свою энергию за счет процесса фотосинтеза.

Световой режим складывается из трех составляющих: уровня освещенности, продолжительности светового дня и спектрального состава света.

Часто растения культивируют в помещениях, куда естественное освещение практически не попадает. В этом случае необходимо правильно подобрать источники искусственного света.

Дневной свет и его спектр

Дневной свет только кажется белым, на самом деле он включает лучи семи цветов – тех, что входят в число цветов радуги. Что же прячется за таким научным названием как спектр излучения? Чтобы понять это, придется вспомнить что такое свет? А свет — это не что иное, как электромагнитная волна. Причем каждый цвет имеет определенную длину волны, отсюда и получается радуга.

Однако разная длина означает не только разный цвет, но самое главное — разное количество энергии. Волны с меньшей длиной содержат в себе больше энергии.

Каждый спектр характеризуется определенной длиной волны. Самая короткая длина волны у фиолетового цвета (380-440 нм), самая длинная – у красного (625-740 нм). Свет с длиной волны менее 380 нм относится к ультрафиолетовому излучению, а с длиной волны 740нм и более – к инфракрасному.

Естественно, что если в солнечный свет входит полный цветовой спектр, значит, и в искусственном освещении должно присутствовать излучение с различной длиной волны. В спектре волны, примерно, от 300 до 3000 нм. Это называется общим (глобальным) излучением.

Самые эффективные цвета

Если растение растет и развивается под влиянием цветового спектра, неудивительно предположить, что если какой-то цвет окажется более эффективным, то только его и нужно направить на растение. Если синий цвет самый "жирный", достаточно засвечивать растения только им и получать отличный урожай круглый год.

Ученые провели ряд экспериментов, большой вклад в изучение фотосинтеза в листьях растений от искусственного освещения внёс русский учёный Андрей Сергеевич Фаминцын. В 1868 году он впервые экспериментально доказал и научно обосновал применение искусственного освещения для выращивания растений, использовав керосиновые лампы вместо солнечного света.

Выяснилось, что свет для растений выступает не только как источник энергии, но и как регулятор роста и развития (фотоморфогенез) Так, красный спектр отвечает за вытягивание стебля, его вертикальный рост. А синий спектр, наоборот, тормозит рост стебля в длину, но способствует его утолщению, наращиванию зеленых листьев.

Кроме знакомого всем хлорофилла, в клетках растений есть еще один пигмент – фитохром. Он отвечает за регуляцию суточного ритма жизни, а также за цветение. За образование фитохрома отвечает красный спектр, следовательно, именно он стимулирует образование цветов и плодов.

В более поздних экспериментах, обнаружилось, что и зеленые лучи не столь бесполезны как думали раньше. Дело в том, что благодаря своей проникающей способности, зеленый снабжает энергией более глубокие участки листвы, куда не долетают ни красный, ни синий.

Как мы видим из графика выше, средними пиковыми точками поглощения для хлорофиллов А и В явились показатели в 400 и 700 нм, это спектральный диапазон (диапазон фотосинтетически активного излучения или ФАР-диапазон (PAR), который используется растениями в процессе фотосинтеза. Для сравнения: спектральный диапазон глаза человека составляет 555 нм.

Рассмотрим диапазон ФАР:

• 630-670 нм. (красные) - увеличение массы и роста, прорастание, цветение, плодоношение, управление суточными циклами бодрствования и покоя, прорастание семян, растяжение клеток.


• 730 нм. («дальний красный») - "выключает" активность растений. 1-2 минуты воздействия достаточно, чтобы снять эффект красного света 660нм, и наоборот.


• 430-470 нм. (синие) - развитие корневой системы (или формированием клубней), удлинение стеблей и листьев, регулятивные функции: направление роста стебля, ускорение и замедление роста, раскрытие и закрытие бутонов, деление клеток. Задерживают растяжение клеток, в большом количестве угнетают прорастание семян, открывание устьиц, движение цитоплазмы и хлоропластов, развитие листа и др.


• УФ-диапазон 380-420нм. - губителен, но небольшое количество ближнего УФ-спектра благотворно для цветов, а также вкуса и аромата овощей/фруктов.


• Оптимальное соотношение - экспериментально установлено, что оптимальный поток синего света для листовых растений составляет около 10-15% от ФАР. Фактически, это соотношение красного и синего 9:1.

Показатель освещенности для растений

PAR обычно выражается в микромолях (µмоль с -1), которые также являются мерной единицей фотосинтетической плотности потока фотонов света на квадратный метр. Из 3-х наиболее распространенных способов измерения света (люмены, люксы, PAR), последний является наиболее научным способом определения способности источника света генерировать фотосинтез. Это единственная измерительная единица света, которая может быть применима к растениям.

В безоблачный день в самый разгар лета, максимальное количество фотосинтетического солнечного света, попадаемого на землю, составляет примерно 2000 микромлолей на квадратный метр. Окружающие факторы, такие как атмосфера, время года, облачность и ваше местонахождения на планете влияют на количество солнечного света. Количество света, получаемое растением, имеет прямое влияние на его фактор роста.

Большинство растений имеют тенденцию расти быстрее с увеличением света, однако наибольший эффект для роста растения достигается на значительно более низком уровне, чем 2000 микромолей. Точка, в которой растение получает больше света, чем может поглотить, называется точкой светового насыщения. Для большого количества растений оптимальный уровень PAR составляет 500 микромолей на квадратный метр, и если растение получает больше этого количества, оно может достичь точки светового насыщения. В некоторых случаях наблюдались замедления роста при избытке света в сравнении с оптимальным показателем.

Понятия и термины:

• Фотосинтетический фотонный поток = суммарному числу фотонов, излучаемых в секунду в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм; единицы измерения - µмоль с -1


• Плотность фотосинтетического фотонного потока = числу фотонов в секунду в диапазоне от 400 до 700 нм на единицу площади; единицы измерения - µмоль м -2 с -1


• Фотосинтетически активное излучение = энергии излучения в секунду в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм на единицу площади; единицы измерения - Вт м -2

Итак, ФАР является важным фактором при оценке пригодности лампы для растений.

Источники искусственного освещения

Из выше сказанного следует, что для гармоничного развития растений им нужно организовать оптимальное освещение. Существует большое количество различных источников искусственного света. Разберем их основные виды:

Лампа накаливания – ее спектр смещен в сторону красного света с большой длиной волны и инфракрасного излучения. Он не подходит для роста растений, так как большое количество ИК лучей способно повредить листья. Кроме этого, «длинный» красный свет с длиной волны более 700 нм, тормозит прорастание семян и рост рассады.

Люминисцентная лампа (лампа дневного света) – излучает в основном желто-зеленый спектр, который бесполезен для растений. В ней присутствуют лучи синего и красного спектра, но в очень малом количестве.

Натриевые газоразрядные лампы – сильно нагреваются, пожароопасны. Спектр не очень подходит для выращивания растений.

Светодиодные лампы – обладают наиболее сбалансированным сочетанием лучей красного и синего спектра. Кроме этого, можно комбинировать светодиоды различного цвета для создания оптимальной среды. Не выделяют тепло и не повреждают листья.

Спектры источников света

Чтобы правильно выбрать лампу, нужно посмотреть так называемую спектрограмму, которая должна быть на упаковке самой лампы. На спектрограмме показаны пики в синем и красном секторах. В синем секторе оптимальная для рассады длина волны – 440-450 нм, а в красном – 650-660 нм. Если спектральные показатели сильно отклоняются в обе стороны, такую лампу покупать не стоит, так как волны другой длины для рассады малоэффективны.

Существуют различные виды спектров фитоламп:

Биколорный (bicolor spectrum) – основной спектр для придания растению энергии, необходимой для фотосинтеза.

Лампа с таким спектром рекомендуется:

• для подсветки любых растений на подоконнике, балконе и в местах с минимальным количеством солнечного света;


• для выращивания рассады и молодых растений;


• для досвечивания взрослых растений в помещении с дополнительными источниками света;


• для поддержки растений зимой и в условиях недостаточной освещенности.

Полный спектр (full spectrum) –это биколорный спектр с более широким диапазоном пиков в красном и синем поле. Лампы с таким спектром универсальны и подойдут многим растениям. В плане энергоэффективности и пиков спектра эти источники света немного уступают биколорным лампам, но за счет более широкой зоны спектров позволяют дать растению максимум искусственного света, по действию схожего с солнечным.

Существуют более усовершенствованные лампы – это полноспекторные лампы с добавлением белого света. Они пригодны для использования в местах проживания людей. На вид свет такой лампы теплый белый, но содержит волны полезной для растений длины.

Мультиспектр (multicolor spectrum) – это уникальная лампа, в которой сочетаются красный, синий, теплый белый и дальний красный свет. Она дает максимальное стимулирование цветения и плодоношения у многих растений, включая орхидеи и адениумы, а также большую долю красного и синего света для фотосинтеза в стадии роста. Лампа с таким спектром рекомендуется:

• для подсветки взрослых растений;


• для стимулирования цветения и плодоношения;


• для выращивания в помещении в отсутствии солнечного света;


• для досвечивания комнатных цветов, особенно орхидей;


• для подсветки декоративнолиственных растений.

Задачи по освещению

Подбирая светильник, фитолампу или панель освещения нужно обратить внимание на следующие показатели:

- Где будет использован светильник – в домашних условиях или в теплице, оранжерее?

- Какова площадь освещения?

- Какой необходим свет: сфокусированный или рассеянный?

- Особенности выращиваемых растений.

Оптимальные схемы освещения:

1. Полная схема замены естественного света искусственным, позволяющая следить за ростом растений;


2. Периодическая схема досветки, позволяющая удлинять световой день;


3. Дополнительная схема, при которой искусственный свет дополняет естественный, что гарантирует повышение эффективности фотосинтеза в любое время года.

Освещение для комнатных растений

Зачастую квартиры и офисы мы украшаем декоративными растениями, которые не имеют цветков, но их своей экзотической листвой или формой способны создать комфорт и уют. При недостатке освещения цветы становятся блеклыми и нездоровыми, их рост приостанавливается.

Для комнатных растений оптимально использовать фитолампы или небольшие светильники. Они обладают разной мощностью, площадью освещения и сочетанием светодиодов, поэтому можно подобрать идеальный вариант с учетом всех параметров.

Лучшим вариантом для дома и офиса станут приборы, включающие светодиоды не только красного и синего, но и белого света либо полноспектральные УСКИ – они обладают высоким индексом цветопередачи, поэтому наиболее комфортны для зрительного восприятия (в них применяется специально разработанный люминофор, который излучает сбалансированный спектр наиболее оптимально поглощаемый растениями. Ширина спектра излучаемая светодиодами УСКИ - 380 - 840нм).

Решив использовать фитолампы для искусственной досветки своих комнатных растений, при их установке следует придерживаться следующих правил:

• Лампу следует располагать от растений так, чтобы их стебель и листья не пострадали от слишком сильного излучения тепла.
• Количество осветительных приборов должно соответствовать распределению света из расчета 70 Вт на 1 кв.м.
• При сокращении светового дня пропорционально ему нужно увеличивать период искусственной досветки.
• Световой поток используемых фитоламп должен быть направлен прямо на растения.

Освещение для рассады ( подоконник, этажерка)

Многие дачники предпочитают самостоятельно выращивать цветочную и овощную рассаду.

Делают они это чаще всего с февраля по апрель, когда молодым растениям может не хватать естественной инсоляции. Исправить эту ситуацию можно, необходимо лишь предусмотреть устройство дополнительной подсветки. Главное — правильно подобрать лампу.

Учитывая задачи при выращивании саженцев по вегетации, плотности, укреплению, правильному формированию корневой системы, особо важен будет сине-фиолетовый спектр (430-490 нм.).

Предпочтение следует отдать светильникам с более высоким содержанием синих светодиодов, которые задерживают растяжение клеток, и рассада не вытягивается. Растения, выращенные под такими светодиодными светильниками более компактные, с укороченными междоузлиями. А благодаря красным лучам ( которые также должны быть, но меньше, в тканях растений накапливаются углеводы, клетки удлиняются, побеги, стебли, листья быстрее растут.

Расстояние, на которое необходимо устанавливать лампу, напрямую зависит от периода роста рассады. После посева оптимальным считается

12-14 сантиметров. По мере роста высота расположения лампы должна дойти до 20-25 сантиметров.

Продолжительность освещения зависит от вида рассады. Так, томаты любят нежиться под лучами от 15 до 17 часов, а вот такие культуры, как перец, баклажаны и прочие, укладываются в световой день, равный 11-13 часам.

Если за окном пасмурно, лучше не экономить и включить лампы досветки на 5-6 часов. Распределить время нужно таким образом: 2,5-3 часа вечером и столько же утром.

Освещение для теплиц

В оранжереях и теплицах среднего размера можно использовать комбинацию различных светодиодных источников света, в зависимости от конфигурации помещения. Здесь лучшим выбором станут линейные светильники и лампы с большой мощностью.

Для больших теплиц обосновано применение светодиодных светильников повышенной мощности, оснащенных дополнительной оптикой.

Необходимо тщательно изучить все особенности выращиваемой культуры, в том числе, к какой группе растений она относится - короткого, длинного и нейтрального дня (длинный день - интенсивность света наблюдается более 13 часов, короткий - до 12 часов. Растениям для нейтрального дня все равно когда созревать, хоть при коротком, хоть при длинном)

Вот их некоторые разновидности:

Учитывая особенности культивируемых видов, можно дать следующие рекомендации:

• эфирно-масличные культуры нуждаются в ультрафиолете. Фитолампы для них должны включать один УФ светодиод.


• оптимальное распределение спектров для двух самых популярных у нас овощей - огурца и помидора:







• для растений, которые нуждаются в ярком свете, нужно подбирать светодиоды с линзами, фокусирующими свет на объекте. А для тех видов, которые не переносят прямые лучи или лучше растут в затенении, подойдут лампы с рассеянным мягким светом.


• даже очень слабое дополнительное освещение красными лучами ускоряет развитие и цветение растений длинного дня и замедляет развитие растений короткого дня.


• под синим светом растения томата в теплице развиваются так же быстро, как под лампами дневного света.


• дополнительное освещение светодиодными светильниками с преимущественно синим светом позволяет получить высокий урожай листьев салата и корнеплодов редиса.


• экспериментальные данные по биохимическому составу листьев лука репчатого, выращенного при разных спектрах светодиодных светильников, показали наибольшее накопление витамина С.


• дополнительная подсветка помидоров в течение вегетационного периода светодиодными лампами почти в два раза повышает их пищевую ценность.


• продолжительность освещения для огурца составляет 16-18 ч, для томата — 14-16 ч, для перца -20 ч.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

В последнее время на рынке появилось большое количество подделок. Для удешевление фитоламп могут применяться светодиоды с неподходящими длинами волн, мощность светильников, а также эффективная площадь освещения может быть в разы завышена.

Для проверки точности заявленных производителями данных мы всегда готовы предоставить услугу по измерению длины волны, а также PAR спектрометром UPRTEK MK350N-PREMIUM-HANDHELD бесплатно.

Если Вы не знаете, какое количество осветительных приборов необходимо вам для полноценного искусственного освещения зимнего сада, позвоните нам по телефону 8 (800) 700-80-91, наш специалист подберет дя Вас необходимое оборудование. Он не только точно подсчитает, сколько фитоламп вам нужно для стабильного роста и развития растений, но и назовет примерную стоимость проекта.