stringtranslate.com

Выращивайте свет

Небольшое растение фикуса, выращиваемое под черным светодиодным светильником, излучающим теплый белый свет.
Фикус, выращенный под белой светодиодной лампой.

Растительный свет — это электрический свет , который может помочь растениям расти. Растительные светильники либо пытаются обеспечить спектр света , аналогичный солнечному, либо обеспечить спектр, который больше соответствует потребностям выращиваемых растений (обычно это различная комбинация красного и синего света, который обычно кажется человеческому глазу розовым или фиолетовым ). Уличные условия имитируются с помощью различных цветовых температур и спектральных выходов растительного света, а также различной интенсивности ламп. В зависимости от типа выращиваемого растения, стадии выращивания (например, прорастание / вегетативная фаза или фаза цветения/плодоношения) и фотопериода, необходимого растениям, для использования с определенными растениями и периодами времени желательны определенные диапазоны спектра , световой эффективности и цветовой температуры .

Типичное использование

Светильники для выращивания растений используются в садоводстве, комнатном садоводстве, размножении растений и производстве продуктов питания , включая комнатную гидропонику и водные растения . Хотя большинство светильников для выращивания растений используются на промышленном уровне, их также можно использовать в домашних условиях. [1]

Согласно закону обратных квадратов , интенсивность света, излучаемого точечным источником (в данном случае лампочкой), который достигает поверхности, обратно пропорциональна квадрату расстояния поверхности от источника (если объект находится в два раза дальше, он получает только четверть света), что является серьезным препятствием для производителей растений в помещении, и для максимально эффективного использования света применяются многие методы. Поэтому в светильниках часто используются отражатели для максимизации эффективности освещения. Растения или светильники располагаются как можно ближе друг к другу, чтобы они получали одинаковое освещение и чтобы весь свет, исходящий от светильников, падал на растения, а не на окружающую область.

Пример установки HPS-светильника в гроу-тенте. Установка включает в себя угольный фильтр для удаления запахов и воздуховод для отвода горячего воздуха с помощью мощного вытяжного вентилятора.

В качестве ламп для выращивания растений можно использовать различные типы ламп, такие как лампы накаливания , люминесцентные лампы , газоразрядные лампы высокой интенсивности (HID) и светодиоды (LED). Сегодня наиболее широко используемыми лампами для профессионального использования являются HID и люминесцентные лампы. Для выращивания цветов и овощей в помещении обычно используются натриевые лампы высокого давления (HPS/SON) и металлогалогенные лампы (MH), но люминесцентные лампы и светодиоды заменяют металлогалогенные лампы из-за их эффективности. Архивировано 23.02.2019 в Wayback Machine и экономичности. [2]

Металлогалогенные лампы регулярно используются для вегетативной фазы роста растений, поскольку они излучают больше синего и ультрафиолетового излучения. [3] [4] С появлением керамического металлогалогенного освещения и металлогалогенного освещения полного спектра они все чаще используются в качестве эксклюзивного источника света как для вегетативной, так и для репродуктивной стадии роста. Синий спектр света может вызвать большую вегетативную реакцию у растений. [5] [6] [7]

Натриевые лампы высокого давления также используются в качестве единственного источника света на протяжении вегетативной и репродуктивной стадий. Кроме того, их можно использовать в качестве дополнения к полноспектральному освещению на репродуктивной стадии. Красный спектральный свет может вызвать более выраженную реакцию цветения у растений. [8] Если натриевые лампы высокого давления используются на вегетативной стадии, растения растут немного быстрее, но у них будут более длинные междоузлия, и они могут быть длиннее в целом.

В последние годы на рынке освещения для растений появились светодиодные технологии. Разрабатывая внутреннее освещение для растений с использованием диодов, можно получать свет определенной длины волны. NASA протестировало светодиодные лампы для растений на предмет их высокой эффективности при выращивании пищи в космосе для внеземной колонизации . Результаты показали, что на растения влияет свет в красной, зеленой и синей частях видимого спектра. [9] [10]

Распространенные типы по поколению

Четвертое поколение: светодиоды (LED)

Два растения, растущие под светодиодной лампой пурпурного (красного и синего) цвета

Светодиодные лампы считаются четвертым поколением источников света. [11] Светодиодные лампы производят самое высокое фотосинтетически активное излучение (ФАР) среди всех видов света.

Светодиодные лампы для выращивания растений обычно состоят из нескольких отдельных светодиодов в корпусе с радиатором и встроенными вентиляторами. Большинство или все светодиоды используют источники питания переменного/постоянного тока или постоянного/постоянного тока , которые обеспечивают постоянный постоянный ток через светодиоды, регулируя общую мощность, которую могут потреблять светодиоды, и предотвращая их выход из строя.

Отдельные светодиоды обычно обеспечивают только один узкий диапазон цветов, поэтому светодиоды разных цветов смешиваются в светильниках для выращивания в пропорциях, зависящих от предполагаемого использования. Из изучения фотоморфогенеза известно , что спектры зеленого, красного, дальнего красного и синего света влияют на формирование корней, рост растений и цветение, но недостаточно научных исследований или полевых испытаний с использованием светодиодных светильников для выращивания, чтобы рекомендовать определенные соотношения цветов для оптимального роста растений под светодиодными светильниками для выращивания. [12] Было показано, что многие растения могут нормально расти, если им дают как красный, так и синий свет. [13] [14] [15] Однако многие исследования показывают, что красный и синий свет (от розового до фиолетового в зависимости от соотношения красного и синего) обеспечивают только наиболее экономически эффективный метод роста, рост растений по-прежнему лучше при свете, дополненном зеленым. [16] [17] [18]

Белые светодиодные лампы для выращивания растений обеспечивают полный спектр света, имитирующий естественный свет, предоставляя растениям спектр красного, синего и зеленого. Белый свет оценивается по спектру с точки зрения цветовой температуры , где более холодный свет производит больше синих фотонов, а более теплый свет производит больше красных фотонов.

Большое количество видов растений было оценено в тепличных испытаниях, чтобы убедиться, что растения имеют более высокое качество биомассы и биохимических ингредиентов, даже выше или сопоставимо с полевыми условиями. Производительность растений мяты, базилика, чечевицы, салата, капусты, петрушки, моркови измерялась путем оценки здоровья и энергии растений и успеха в стимулировании роста. Также было отмечено стимулирование обильного цветения некоторых декоративных растений, включая примулу, бархатцы, подвой. [19]

В ходе испытаний, проведенных Philips Lighting с целью поиска оптимального светового рецепта для выращивания различных овощей в теплицах, они обнаружили, что следующие аспекты света влияют как на рост растений (фотосинтез), так и на развитие растений (морфология): интенсивность света, общий свет с течением времени, свет в определенное время дня, период света/тьмы в день, качество света (спектр), направление света и распределение света по растениям. Однако отмечается, что в испытаниях с томатами, мини-огурцами и болгарским перцем оптимальный световой рецепт не был одинаковым для всех растений и варьировался в зависимости как от урожая, так и от региона, поэтому в настоящее время они должны оптимизировать светодиодное освещение в теплицах на основе проб и ошибок. Они показали, что светодиодный свет влияет на устойчивость к болезням, вкус и уровень питательных веществ, но по состоянию на 2014 год они не нашли практического способа использовать эту информацию. [20]

Мощность диодов, используемых в первых конструкциях светодиодных светильников для выращивания растений, обычно составляла от 1/3 Вт до 1 Вт. Однако в настоящее время в светодиодных светильниках для выращивания растений широко используются диоды с более высокой мощностью, например, 3 Вт и 5 Вт. Для сильно уплотненных участков можно использовать чипы COB мощностью от 10 Вт до 100 Вт. Из-за рассеивания тепла эти чипы часто менее эффективны. Стандартное светодиодное освещение обычно имеет коэффициент мощности не менее 0,90, в то время как качественные светодиодные светильники будут иметь коэффициент мощности около 0,99.

Чтобы предотвратить ожоги листьев, светодиодные лампы для растений следует размещать на расстоянии от 12 дюймов (30 см) от растений при использовании ламп малой мощности (менее 300 Вт) до 36 дюймов (91 см) от растений при использовании ламп большой мощности (1000 Вт и более).

Исторически светодиодное освещение было очень дорогим, но со временем его стоимость значительно снизилась, а его долговечность сделала его более популярным. Светодиодные лампы для выращивания растений часто стоят дороже, ватт за ватт, чем другие светодиодные лампы, из-за конструктивных особенностей, которые помогают им быть более энергоэффективными и служить дольше. В частности, поскольку светодиодные лампы для выращивания растений имеют относительно высокую мощность, светодиодные лампы для выращивания растений часто оснащаются системами охлаждения, поскольку низкая температура улучшает как яркость, так и долговечность. Светодиоды обычно работают в течение 10 000 - 50 000 часов, пока не будет достигнут LM-70 . [ необходима цитата ]

Третье поколение: лампы высокой интенсивности разряда (HID)

Разрядная лампа высокой интенсивности считается третьим поколением источников света. [11]

Раньше флуоресцентное освещение было самым распространенным типом внутреннего освещения для выращивания растений, но лампы HID превзошли их. [21] Высокоинтенсивные газоразрядные лампы имеют высокую эффективность люмен на ватт. [22] Существует несколько различных типов ламп HID, включая ртутные, металлогалогенные, натриевые высокого давления и конверсионные лампы. Металлогалогенные и лампы HPS создают цветовой спектр, который в некоторой степени сопоставим с солнечным, и могут использоваться для выращивания растений. Ртутные лампы были первым типом HID и широко использовались для уличного освещения, но когда дело доходит до внутреннего садоводства, они создают относительно плохой спектр для роста растений, поэтому их в основном заменили другие типы HID для выращивания растений. [22]

Все HID-светильники для выращивания растений требуют для работы электрический балласт , и каждый балласт имеет определенную мощность. Популярные HID-светильники включают 150 Вт, 250 Вт, 400 Вт, 600 Вт и 1000 Вт. 600-ваттные HID-светильники являются наиболее электрически эффективными с точки зрения производимого света, за ними следуют 1000 Вт. 600-ваттный HPS производит на 7% больше света (люмен на ватт), чем 1000-ваттный HPS. [22]

Хотя все лампы HID работают по одному и тому же принципу, разные типы лампочек имеют разные пусковые и вольтовые требования, а также разные рабочие характеристики и физическую форму. Из-за этого лампочка не будет работать должным образом без соответствующего балласта, даже если лампочка будет физически вкручена. Помимо того, что они дают более низкий уровень света, несоответствующие лампочки и балласты быстро перестанут работать или даже могут сразу перегореть. [22]

Галогенид металла (МГ)

Металлогалогенная лампа мощностью 400 Вт в сравнении с лампой накаливания меньшего размера

Металлогалогенные лампы — это тип HID-ламп, которые излучают свет в синей и фиолетовой частях светового спектра, что похоже на свет, который доступен на открытом воздухе весной. [23] [ самостоятельно опубликованный источник? ] Поскольку их свет имитирует цветовой спектр солнца, некоторые производители считают, что растения выглядят более привлекательно под металлогалогенными лампами, чем под другими типами HID-ламп, такими как HPS, которые искажают цвет растений. Поэтому металлогалогенные лампы чаще используют, когда растения выставлены напоказ в доме (например, с декоративными растениями), и предпочтительным является естественный цвет. Металлогалогенные лампы необходимо заменять примерно раз в год по сравнению с лампами HPS, которые служат в два раза дольше.

Металлогалогенные лампы широко используются в садоводстве и хорошо подходят для поддержки растений на ранних стадиях развития, способствуя укреплению корней, повышению устойчивости к болезням и более компактному росту. [23] Синий спектр света способствует компактному росту листьев и может лучше подходить для выращивания вегетативных растений с обильной листвой.

Металлогалогенная лампа выдает 60–125 люмен/ватт в зависимости от мощности лампы. [24]

Теперь они производятся для цифровых балластов в версии с импульсным запуском, которая имеет более высокую электрическую эффективность (до 110 люмен на ватт) и более быстрый прогрев. [25] Одним из распространенных примеров металлогалогенных ламп с импульсным запуском является керамическая металлогалогенная лампа (CMH). Металлогалогенные лампы с импульсным запуском могут иметь любой желаемый спектр от холодного белого (7000 К) до теплого белого (3000 К) и даже ультрафиолетового (10 000 К). [ необходима цитата ]

Керамический металлогалогенный (CMH)

Керамические металлогалогенные лампы (CMH) представляют собой относительно новый тип HID-светильников, и эта технология имеет несколько названий, когда речь заходит о фитолампах, в том числе керамические газоразрядные металлогалогенные лампы (CDM), [26] керамические дуговые металлогалогенные лампы .

Керамические металлогалогенные лампы запускаются с помощью импульсного стартера, как и другие металлогалогенные лампы с «импульсным стартом». [26] Разряд керамической металлогалогенной лампы содержится в типе керамического материала, известного как поликристаллический оксид алюминия (PCA), который похож на материал, используемый для HPS. PCA снижает потери натрия, что, в свою очередь, уменьшает сдвиг цвета и вариации по сравнению со стандартными лампами MH. [25] Керамические металлогалогенные лампы для садоводства от таких компаний, как Philips, оказались эффективными источниками света для роста в приложениях средней мощности. [27]

Комбинация MH и HPS («Двойная дуга»)

Комбинированные лампы HPS/MH объединяют металлогалогенный и натриевый высокого давления в одной колбе, обеспечивая как красный, так и синий спектры в одной лампе HID. Комбинация синего металлогалогенного света и красного натриевого высокого давления является попыткой обеспечить очень широкий спектр в одной лампе. Это позволяет использовать решение с одной лампой на протяжении всего жизненного цикла растения, от вегетативного роста до цветения. Существуют потенциальные компромиссы для удобства одной лампы с точки зрения урожайности. Однако есть некоторые качественные преимущества, которые дает более широкий спектр света.

Натрий высокого давления (HPS)

Лампочка HPS (High Pressure Sodium) для выращивания растений в отражателе с воздушным охлаждением и молотковой отделкой. Желтоватый свет — это фирменный цвет, который производит HPS.

Натриевые лампы высокого давления являются более эффективным типом HID-освещения, чем металлогалогенные лампы. Лампы HPS излучают свет в желтом/красном видимом свете, а также небольшие порции всего другого видимого света. Поскольку лампы HPS для выращивания растений обеспечивают больше энергии в красной части светового спектра, они могут способствовать цветению и плодоношению. [21] Они используются в качестве дополнения к естественному дневному свету в тепличном освещении и металлогалогенным лампам или как отдельный источник света для помещений/камер выращивания.

Лампы HPS для выращивания растений продаются в следующих размерах: 150 Вт, 250 Вт, 400 Вт, 600 Вт и 1000 Вт. [21] Из всех размеров лампы HID мощностью 600 Вт являются наиболее эффективными с точки зрения производимого света, за ними следуют лампы мощностью 1000 Вт. Лампа HPS мощностью 600 Вт производит на 7% больше света (ватт на ватт), чем лампа HPS мощностью 1000 Вт. [22]

Натриевая лампа высокого давления мощностью 600 Вт

Лампа HPS производит 60–140 люмен/ватт в зависимости от мощности лампы. [28]

Над полем стадиона «Тоттенхэм Хотспур» подвешены лампы HPS , стимулирующие рост травы [29]

Растения, выращиваемые под лампами HPS, имеют тенденцию вытягиваться из-за отсутствия синего/ультрафиолетового излучения. Современные садовые лампы HPS имеют гораздо более подходящий спектр для роста растений. Большинство ламп HPS, обеспечивая хороший рост, предлагают плохой индекс цветопередачи (CRI). В результате желтоватый свет HPS может затруднить мониторинг здоровья растений в помещении. CRI не является проблемой, когда лампы HPS используются в качестве дополнительного освещения в теплицах, где используется естественный дневной свет (который компенсирует желтый свет HPS).

Натриевые лампы высокого давления имеют длительный срок службы и в шесть раз большую светоотдачу на ватт потребляемой энергии, чем стандартные лампы накаливания. Благодаря своей высокой эффективности и тому факту, что растения, выращиваемые в теплицах, получают весь необходимый им синий свет естественным образом, эти лампы являются предпочтительными дополнительными лампами для теплиц. Но в более высоких широтах есть периоды года, когда солнечного света не хватает, и для правильного роста показаны дополнительные источники света. Лампы HPS могут вызывать характерные инфракрасные и оптические сигнатуры, которые могут привлекать насекомых или другие виды вредителей; это, в свою очередь, может угрожать выращиваемым растениям. Натриевые лампы высокого давления выделяют много тепла, что может привести к более длинному росту, хотя это можно контролировать с помощью специальных рефлекторов или кожухов для ламп с воздушным охлаждением.

Конверсионные лампочки

Конверсионные лампы производятся таким образом, чтобы они работали либо с балластом MH, либо с HPS. Производитель может запустить конверсионную лампу HPS на балласте MH или конверсионную лампу MH на балласте HPS. Разница между балластами заключается в том, что у балласта HPS есть зажигатель, который поджигает натрий в лампе HPS, в то время как у балласта MH его нет. Из-за этого все электрические балласты могут зажигать лампы MH, но только балласт Switchable или HPS может зажигать лампу HPS без конверсионной лампы. [30] Обычно в балласте HPS используется конверсионная лампа из металлогалогенида, поскольку конверсионные лампы MH более распространены.

Переключаемые балласты

Переключаемый балласт — это балласт HID, который можно использовать как с металлогалогенной, так и с HPS-лампой эквивалентной мощности. Таким образом, переключаемый балласт 600 Вт будет работать как с MH, так и с HPS-лампой 600 Вт. [21] Производители используют эти приборы для размножения и вегетативного роста растений под металлогалогенной лампой, а затем переключаются на натриевую лампу высокого давления для стадии плодоношения или цветения растений. Для переключения между лампами нужно заменить только лампу и установить переключатель в соответствующее положение.

Второе поколение: флуоресцентные

Флуоресцентный свет для выращивания растений

Люминесцентная лампа считается вторым поколением источников света. [11]

Флуоресцентные лампы выпускаются во многих форм-факторах, включая длинные тонкие лампочки, а также более мелкие спиралевидные лампочки (компактные люминесцентные лампы). Флуоресцентные лампы доступны в диапазоне цветовых температур от 2700 К до 10 000 К. Световая эффективность составляет от 30 лм/Вт до 90 лм/Вт. Два основных типа люминесцентных ламп, используемых для выращивания растений, — это лампы в виде трубки и компактные люминесцентные лампы.

Люминесцентные лампы трубчатого типа

Флуоресцентные лампы для выращивания растений не такие интенсивные, как лампы HID, и обычно используются для выращивания овощей и трав в помещении или для запуска рассады, чтобы дать толчок весенним посадкам. Для работы этих типов флуоресцентных ламп необходим балласт. [28]

Стандартное люминесцентное освещение выпускается в нескольких форм-факторах, включая T5, T8 и T12. Самая яркая версия — T5. T8 и T12 менее мощные и больше подходят для растений с меньшей потребностью в свете. Высокопроизводительные люминесцентные лампы производят в два раза больше света, чем стандартные люминесцентные лампы. Высокопроизводительный люминесцентный светильник имеет очень тонкий профиль, что делает его полезным в вертикально ограниченных областях.

Флуоресцентные лампы имеют средний срок службы до 20 000 часов. Флуоресцентный свет для выращивания растений выдает 33-100 люмен/ватт, в зависимости от форм-фактора и мощности. [24]

Компактные люминесцентные лампы (CFL)

Компактный флуоресцентный светильник для выращивания растений с двойным спектром. Фактическая длина около 40 см (16 дюймов)
Стандартная компактная люминесцентная лампа

Компактные люминесцентные лампы (CFL) — это уменьшенные версии люминесцентных ламп, которые изначально были разработаны как лампы предварительного нагрева, но теперь доступны в быстрозапускаемой форме. CFL в значительной степени заменили лампы накаливания в домашних хозяйствах, поскольку они служат дольше и гораздо более эффективны с точки зрения электроэнергии. [28] В некоторых случаях CFL также используются в качестве ламп для выращивания растений. Как и стандартные люминесцентные лампы, они полезны для размножения и ситуаций, когда требуются относительно низкие уровни освещенности.

Хотя стандартные люминесцентные лампы небольшого размера можно использовать для выращивания растений, сейчас также выпускаются люминесцентные лампы, специально предназначенные для выращивания растений. Часто эти более крупные компактные люминесцентные лампы продаются со специально разработанными отражателями, которые направляют свет на растения, как лампы HID. Обычные размеры люминесцентных ламп для выращивания включают 125 Вт, 200 Вт, 250 Вт и 300 Вт.

В отличие от ламп HID, КЛЛ подходят для стандартного патрона Mogul Light и не требуют отдельного балласта. [21]

Компактные люминесцентные лампы доступны в теплом/красном (2700 К), полном спектре или дневном (5000 К) и холодном/синем (6500 К) вариантах. Теплый красный спектр рекомендуется для цветения, а холодный синий спектр рекомендуется для вегетативного роста. [21]

Срок службы компактных люминесцентных ламп для выращивания растений составляет около 10 000 часов. [28] КЛЛ производит 44-80 люмен/ватт, в зависимости от мощности лампочки. [24]

Примеры люменов и люменов/ватт для КЛЛ разных размеров:

Флуоресцентный свет с холодным катодом (CCFL)

Холодный катод — это катод , который не нагревается электрически нитью накала . Катод можно считать «холодным», если он испускает больше электронов, чем может быть получено только за счет термоионной эмиссии . Он используется в газоразрядных лампах , таких как неоновые лампы , разрядных трубках и некоторых типах вакуумных трубок . Другой тип катода — это горячий катод , который нагревается электрическим током, проходящим через нить накала . Холодный катод не обязательно работает при низкой температуре: его часто нагревают до рабочей температуры другими способами, такими как прохождение тока от катода в газ.

Первое поколение: лампы накаливания

Лампа накаливания считается первым поколением источников света. [11]

Требования растений к свету

Количество, качество и продолжительность света регулируют рост и развитие растений. В общем, если растение не получает достаточно света, оно становится чахлым, имеет сниженную пигментацию или начинает избегать тени. Растение, которое не получает нужного качества света, может проявлять физиологические различия по сравнению с теми же растениями, выращенными в оптимальных условиях освещения. [31] [32]

Количество и качество света для выращивания растений были технологически ограничены в прошлом. Высоконапорные натриевые лампы (HPS) и металлогалогенные лампы (MH) были и остаются распространенными дополнительными вариантами освещения для теплиц и некоторых операций с единственным источником. [33] Старые светодиодные лампы для выращивания растений состояли исключительно из синих и красных светодиодов из-за их эффективности преобразования электроэнергии в фотоны и эффективности управления фотосинтезом. Поскольку светодиоды становятся менее дорогими и более эффективными, интерес к изучению качества света в области растениеводства возрос. [34]

Количество света

Количество света относится к количеству света, которое требуется растению каждый день для оптимального роста. Исторически количество света выражалось в единицах Вт·м −2 , люменах или люксах . Хотя эти единицы полезны при расчетах энергии, Вт·м −2 , или при человеческом освещении (люменах и люксах), ученые-растениеводы теперь предпочитают измерять плотность потока фотонных фотонов (PPFD) в единицах мкмоль·м −2 ·с −1 . PPFD — это явная мера количества фотонов, попадающих на поверхность на квадратный метр в секунду, более точный способ измерения того, как растения взаимодействуют с фотонами. [35]

Другой полезный способ измерения количества света — суточный световой интеграл , или DLI. DLI учитывает PPFD и общее количество часов, в течение которых растение подвергается воздействию этого PPFD, чтобы получить общее количество фотонов в день в единицах моль м −2 д −1 . Уравнение для преобразования PPFD в DLI, предполагающее постоянный PPFD, приведено ниже. [36]

DLI (моль м −2 д −1 ) = 0,0036 * PPFD (мкмоль м −2 с −1 ) * Часы света

Квантовый измеритель для измерения света для растений (350 нм-800 нм)
Спектральный измеритель Hortipower для измерения освещенности растений

Требования к количеству света для сельскохозяйственных культур различаются, в целом требования к свету для конкретной сельскохозяйственной культуры больше для плодоносящих и цветущих культур и меньше для культур, которые остаются вегетативными. Листовая зелень, такая как салат , шпинат и капуста , обычно считается культурами с низким уровнем освещенности, требующими DLI от 12 до 17 моль м −2 д −1 . Помидоры , огурцы и перцы требуют от 20 до 30 моль м −2 д −1 . У каннабиса одно из самых высоких требований к свету среди культурных растений, требующее DLI до 40 моль м −2 д −1 . [37] [38] [39]

Качество света

Спектры поглощения свободного хлорофилла a ( синий ) и b ( красный ) в растворителе. Спектры действия молекул хлорофилла немного изменяются in vivo в зависимости от специфических пигмент-белковых взаимодействий.

Качество света относится к спектральному распределению света, даваемого растению. Качество света группируется по цветам на основе длины волны; 320-400 нанометров (нм) - это UVA , 400-500 нм - синий , 500-600 нм - зеленый , 600-700 нм - красный и 700-750 нм - дальний красный , иногда называемый ближним инфракрасным . Качество света также может быть выражено в виде соотношений, например, соотношение красного и синего 3:2, или иногда в виде их пиковой освещенности, например, синий свет 450 нм и красный свет 660 нм. Фотоморфогенез - это термин для светоопосредованных реакций растений на световой спектр. Растения способны воспринимать части электромагнитного спектра через сеть фоторецепторов , включая фитохромы , криптохромы , фототропин и цейлтупе. Каждый рецептор способен воспринимать различные части электромагнитного спектра. Информация о спектре света может влиять на прорастание семян, сигнал к переходу от вегетативной стадии к цветению и выработку вторичных метаболитов , таких как антоцианы . [40]

Светодиодный панельный источник света, используемый в эксперименте НАСА по выращиванию картофеля

Фотопериодизм

Кроме того, многим растениям также требуются как темные, так и светлые периоды, эффект, известный как фотопериодизм , для запуска цветения. Поэтому освещение может включаться или выключаться в установленное время . Оптимальное соотношение фото/темного периода зависит от вида и сорта растения, так как некоторые предпочитают длинные дни и короткие ночи, а другие предпочитают противоположную или промежуточную «длительность дня».

При обсуждении развития растений большое внимание уделяется фотопериоду. Однако именно количество часов темноты влияет на реакцию растения на длину дня. [41] В общем, «короткодневные» — это те, в которых фотопериод не превышает 12 часов. «Длиннодневные» — это те, в которых фотопериод не менее 14 часов. Растения короткого дня — это те, которые цветут, когда длина дня меньше критической продолжительности. Растения длинного дня — это те, которые цветут только тогда, когда фотопериод больше критической продолжительности. Растения нейтрального дня — это те, которые цветут независимо от фотопериода. [42]

Растения, которые цветут в ответ на фотопериод, могут иметь факультативный или облигатный ответ. Факультативный ответ означает, что растение в конечном итоге зацветет независимо от фотопериода, но будет цвести быстрее, если его выращивать при определенном фотопериоде. Облигатный ответ означает, что растение будет цвести только при определенном фотопериоде. [43]

Фотосинтетически активная радиация (ФАР)

Весовой коэффициент для фотосинтеза. Кривая, взвешенная по фотонам, предназначена для преобразования PPFD в YPF; кривая, взвешенная по энергии, предназначена для взвешивания PAR, выраженного в ваттах или джоулях.

Люксы и люмены обычно используются для измерения уровня освещенности, но это фотометрические единицы, которые измеряют интенсивность света, воспринимаемую человеческим глазом.

Спектральные уровни света, которые могут быть использованы растениями для фотосинтеза, аналогичны, но не совпадают с тем, что измеряется в люменах. Поэтому, когда дело доходит до измерения количества света, доступного растениям для фотосинтеза , биологи часто измеряют количество фотосинтетически активного излучения (ФАР), получаемого растением. [44] ФАР обозначает спектральный диапазон солнечного излучения от 400 до 700 нанометров , что в целом соответствует спектральному диапазону, который фотосинтезирующие организмы способны использовать в процессе фотосинтеза .

Интенсивность излучения PAR может быть выражена в единицах потока энергии (Вт/м2 ) , что имеет значение при рассмотрении энергетического баланса для фотосинтезирующих организмов . Однако фотосинтез является квантовым процессом, и химические реакции фотосинтеза больше зависят от количества фотонов , чем от количества энергии, содержащейся в фотонах. [44] Поэтому биологи растений часто количественно определяют PAR, используя количество фотонов в диапазоне 400-700 нм, полученных поверхностью за определенный промежуток времени, или плотность потока фотосинтетических фотонов (PPFD). [44] Обычно она измеряется с использованием моль м −2 с −1 , но значением, важным для роста растений, является суточный световой интеграл (DLI) , PPFD, интегрированный за 24 часа. Большинство видов растений будут хорошо расти при DLI 5-15 моль м −2 день −1 . Теневыносливые виды могут расти при значениях DLI 1-3 моль м −2 день −1 , светолюбивые виды легко справляются с 30-50 моль м −2 день −1 . [45]

Международные и европейские стандарты освещения в садоводстве

Международная электротехническая комиссия (МЭК) разработала ряд международных стандартов (МЭК 63403, части 1 и 2), охватывающих садовое освещение — светодиодные комплекты для садового освещения, один из которых охватывает лист спецификаций, а другой — складирование.

Эти стандарты были приняты в Европе Европейским комитетом по электротехнической стандартизации (CENELEC) как европейские стандарты EN IEC 63403-1:2024 и EN IEC 63403-2:2024 соответственно. [46]

Смотрите также

Типы ламп

Ссылки

  1. ^ "Как выбрать правильный свет для вашего внутреннего сада". primalgrowgear.com . 2021-08-27. Архивировано из оригинала 2022-01-05 . Получено 2022-01-05 .
  2. ^ "Действительно ли светодиодные лампы для выращивания растений настолько эффективны?". feedtheseeds. 2019-02-22 . Получено 2022-06-12 .
  3. ^ "Вегетативный рост картофеля под натриевыми лампами высокого давления, натриевыми лампами высокого давления SON-Agro и металлогалогенными лампами" (PDF) . ashspublications.org . Архивировано из оригинала (PDF) 2018-04-07 . Получено 2020-05-27 .
  4. ^ Учебный центр Архивировано 2013-09-07 в Wayback Machine
  5. ^ Факторы роста растений: свет Архивировано 04.12.2013 на Wayback Machine
  6. ^ http://www.mv.helsinki.fi/aphalo/photobio/pdf/notes1.pdf [ пустой URL PDF ]
  7. ^ Фототропины стимулируют рост растений в ответ на синий свет в условиях низкой освещенности
  8. ^ "Прерывистый свет от вращающейся натриевой лампы высокого давления способствует цветению растений длинного дня" (PDF) . ashspublications.org . Архивировано из оригинала (PDF) 2017-01-10 . Получено 2020-05-27 .
  9. ^ "Добавка зеленого света для улучшенного роста салата под красными и синими светодиодами" (PDF) . ashspublications.org . Архивировано из оригинала (PDF) 2018-06-01 . Получено 2020-05-27 .
  10. ^ Зеленый свет стимулирует фотосинтез листьев более эффективно, чем красный свет при ярком белом свете: возвращаясь к загадочному вопросу о том, почему листья зеленые
  11. ^ "Часто задаваемые вопросы". leds.hrt.msu.edu . Архивировано из оригинала 2015-10-26 . Получено 2015-09-19 .
  12. ^ Йорио, Нил К.; Гоинс, Грегори Д.; Каги, Холли Р.; Уилер, Рэймонд М.; Сейгер, Джон К. (01.04.2001). «Улучшение роста шпината, редиса и салата под красными светодиодами (LED) с добавлением синего света». HortScience . 36 (2): 380–383. doi : 10.21273/HORTSCI.36.2.380 . ISSN  0018-5345. PMID  12542027.
  13. ^ Goins, GD; Yorio, NC; Sanwo, MM; Brown, CS (1997-07-01). «Фотоморфогенез, фотосинтез и урожайность семян пшеницы, выращенной под красными светодиодами (LED) с дополнительным синим освещением и без него». Журнал экспериментальной ботаники . 48 (312): 1407–1413. doi : 10.1093/jxb/48.7.1407 . ISSN  0022-0957. PMID  11541074.
  14. ^ Goins, GD; Yorio, NC; Sanwo-Lewandowski, MM; Brown, CS (1998-01-01). «Эксперименты по жизненному циклу Arabidopsis, выращенного под красными светодиодами (LED)». Life Support & Biosphere Science: International Journal of Earth Space . 5 (2): 143–149. ISSN  1069-9422. PMID  11541670.
  15. ^ Масса, Джоя Д.; Ким, Хён-Хе; Уилер, Рэймонд М.; Митчелл, Кэри А. (2008-12-01). «Производительность растений в ответ на светодиодное освещение». HortScience . 43 (7): 1951–1956. doi :10.21273/HORTSCI.43.7.1951. ISSN  0018-5345.
  16. ^ Ким, Хён-Хе; Уилер, Рэймонд М.; Сейгер, Джон К.; Йорио, Нил К.; Гоинс, Грегори Д. (2005-01-01). «Светодиоды как источник освещения для растений: обзор исследований в Космическом центре Кеннеди». Habitation . 10 (2): 71–78. doi :10.3727/154296605774791232. ISSN  1542-9660. PMID  15751143.
  17. ^ Ким, Хён-Хе; Гоинс, Грегори Д.; Уилер, Рэймонд М.; Сейгер, Джон К. (2004-12-01). «Добавка зеленого света для улучшения роста салата под красными и синими светодиодами». HortScience . 39 (7): 1617–1622. doi : 10.21273/HORTSCI.39.7.1617 . ISSN  0018-5345. PMID  15770792.
  18. ^ Sabzalian, Mohammad R., Parisa Heydarizadeh, Morteza Zahedi, Amin Boroomand, Mehran Agharokh, Mohammad R. Sahba и Benoît Schoefs. «Высокая производительность овощей, цветов и лекарственных растений в красно-синем светодиодном инкубаторе для выращивания растений в помещении». Агрономия для устойчивого развития 34, № 4 (2014): 879-886.
  19. ^ Абхай Тосар, доктор философии, Эстер Хогевен ван Эхтельт (29 июля 2014 г.). Светодиоды: новый быстрый путь к росту: разработка рецептов и практическое применение в садоводстве — часть 1: мировые примеры рецептов и разработок светодиодов (видео). Орландо, Флорида. Событие происходит в 00:03:15, 00:13:05. Архивировано из оригинала 16 февраля 2016 г. Получено 12 февраля 2015 г.
  20. ^ abcdef Howard Resh (16 января 2013 г.). Hobby Hydroponics, второе издание. CRC Press. стр. 23–28. ISBN 978-1-4665-6942-3.
  21. ^ abcde Джордж Ф. Ван Паттен (2002). Садоводство в помещении: Библия садовода-любителя. Van Patten Publishing. С. 47–50. ISBN 978-1-878823-31-1.
  22. ^ ab Макс Кларк (13 марта 2013 г.). Полное руководство по строительству собственной теплицы. Lulu.com. стр. 53. ISBN 978-1-105-91367-9.[ постоянная мертвая ссылка ] [ самостоятельно опубликованный источник ]
  23. ^ abc Sue Reed (18 октября 2013 г.). Энергосберегающий ландшафтный дизайн: новый подход к вашему дому и саду. New Society Publishers. стр. 247–250. ISBN 978-1-55092-443-5.
  24. ^ ab Wayne C. Turner; Steve Doty (2007). Справочник по управлению энергопотреблением. Fairmont Press, Inc. стр. 376–378. ISBN 978-0-88173-543-7.
  25. ^ ab Тернер, Уэйн С.; Доти, Стив (2007-01-01). Справочник по управлению энергопотреблением. Fairmont Press, Inc. стр. 376. ISBN 9780881735437.
  26. ^ "Архивная копия" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2020-08-01 . Получено 2014-06-28 .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
  27. ^ abcd Анил Ахуджа (9 марта 2013 г.). Интегрированное проектирование M/E: Building Systems Engineering. Springer Science & Business Media. стр. 28–31. ISBN 978-1-4757-5514-5.
  28. ^ «Как работает интеллектуальная система освещения поля стадиона «Тоттенхэм Хотспур». Stadia Magazine . 2019-05-29.
  29. ^ "Конверсия (MH<-->HPS)". Growers House . Получено 2015-12-15 .
  30. ^ Зеленский, М.И. (1987). «Фотосинтетическая активность яровой пшеницы в условиях дефицита света» (PDF) . Труды Индийской национальной академии наук, раздел B. 53 ( 5–6): 401–406.
  31. ^ Aphalo, PJ; Ballare, CL; Scopel, AL (1 ноября 1999 г.). «Сигнализация растение-растение, реакция избегания тени и конкуренция». Журнал экспериментальной ботаники . 50 (340): 1629–1634. doi : 10.1093/jxb/50.340.1629 . ISSN  0022-0957.
  32. ^ Нельсон, Джейкоб; Багби, Брюс (2013-07-01). «Дополнительное освещение теплиц: окупаемость инвестиций в светодиодные и натриевые лампы высокого давления». Контролируемые среды .
  33. ^ Морроу, Роберт С. (декабрь 2008 г.). «Светодиодное освещение в садоводстве». HortScience . 43 (7): 1947–1950. doi :10.21273/HORTSCI.43.7.1947. ISSN  0018-5345.
  34. ^ МакКри, К. (1972a). «Спектр действия, поглощение и квантовый выход фотосинтеза в сельскохозяйственных растениях». Agric. Meteorol . 9 : 191–216. doi :10.1016/0002-1571(71)90022-7.
  35. ^ Мэттсон, Нил. "Greenhouse Lighting" (PDF) . Получено 1 марта 2020 г.
  36. ^ Демерс, Доминик-Андре; Доре, Мартин; Виен, Крис Х; Госселин, Андре (май 1998 г.). «Влияние продолжительности дополнительного освещения на растения томатов в теплице (Lycopersicon esculentum Mill.) и урожайность плодов». Scientia Horticulturae . 74 (4): 295–306. doi : 10.1016/S0304-4238(98)00097-1 .
  37. ^ Поттер, Дэвид Дж.; Данкомб, Пол (май 2012 г.). «Влияние мощности электрического освещения и облучения на эффективность и урожайность выращиваемой в помещении конопли: ВЛИЯНИЕ МОЩНОСТИ ОСВЕЩЕНИЯ НА КАННАБИС». Журнал судебной экспертизы . 57 (3): 618–622. doi :10.1111/j.1556-4029.2011.02024.x. PMID  22211717. S2CID  20822748.
  38. ^ Дориас, М. (2003). «Использование дополнительного освещения для выращивания овощных культур: интенсивность света, реакция культур, питание, управление культурами, агротехнические приемы» (PDF) . Канадская тепличная конференция .
  39. ^ Покок, Тесса (сентябрь 2015 г.). «Светодиоды и модуляция специальных культур: сети светочувствительных и сигнальных сетей в растениях». HortScience . 50 (9): 1281–1284. doi : 10.21273/HORTSCI.50.9.1281 . ISSN  0018-5345.
  40. ^ Управление фотопериодическим освещением
  41. ^ «Управление фотопериодом» (PDF) .
  42. ^ Ранкл, Эрик; Бланчард, Мэтью. «Использование освещения для ускорения сроков сбора урожая» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2015-05-01.
  43. ^ abc Холл, Дэвид О.; Рао, Кришна (1999-06-24). Фотосинтез. Cambridge University Press. стр. 8–9. ISBN 9780521644976.
  44. ^ Poorter, Hendrik; Niinemets, Ülo; Ntagkas, Nikolaos; Siebenkäs, Alrun; Mäenpää, Maarit; Matsubara, Shizue; Pons, ThijsL. (8 апреля 2019 г.). «Метаанализ реакций растений на интенсивность света для 70 признаков, варьирующихся от молекул до производительности всего растения». New Phytologist . 223 (3): 1073–1105. doi : 10.1111/nph.15754 . PMID  30802971.
  45. ^ ВЕРДЕРА, Франциско. «Стандарты садового освещения». Genorma.com . Genorma.