Назад в библиотеку

Обоснование необходимости контроля освещенности в теплицах

Введение

Для повышения качества и количества плодоовощной продукции, выращенной в теплицах, естественного освещения недостаточно, что обуславливает необходимость введения дополнительного искусственного освещения в них. При этом важным условием является качество и количество света, вырабатываемого осветительными приборами.

Влияние света на рост растений

Свет является важным фактором при выращивании растений в теплицах. Скорость роста и продолжительность времени, в течение которого растение остается активным, зависят от количества света, которое оно получает. Энергия света используется в фотосинтезе — основном метаболическом процессе растения.

Качество света

Качество света относится к составу света с точки зрения длин волн (цветов), которые эффективны в фотосинтезе и других процессах роста растений. Длины волн света обычно выражаются в нанометрах (нм). Видимые длины волн света составляют примерно от 390 до 760 нм, что является лишь небольшой частью всего электромагнитного спектра солнечного излучения.

Фотосинтетически активная радиация (ФАР)

Видимый свет примерно соответствует фотосинтетически активной радиации (ФАР) в диапазоне от 400 до 700 нм [1]. ФАР измеряет интенсивность света, которая непосредственно влияет на фотосинтез. Этот диапазон света охватывает все цвета радуги: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый.

ФАР является точным способом измерения интенсивности света, поскольку он учитывает только ту часть светового спектра, которая стимулирует фотосинтез. Примерно половина энергии, которая поступает от солнца, приходится на фотосинтетический диапазон волн. Оставшееся количество энергии имеет более короткие длины волн (например, ультрафиолетовый свет) или более длинные длины волн (например, инфракрасное излучение).

Влияние различных длин волн на рост растений

Для выполнения различных функций растения используют разные длины волн света. Длины волн в пределах диапазона ФАР поглощаются растениями в разных количествах, и каждая из них оказывает специфическое влияние на рост и развитие растения.

Красный свет — способствует фотосинтезу, росту стеблей, цветению и плодоношению. Оптимальный диапазон длин волн — 600–700 нм.
Синий свет — стимулирует фотосинтез, рост листьев и корней. Оптимальный диапазон длин волн — 430–450 нм.

Согласно исследованиям, красный и синий свет являются двумя наиболее важными цветами для роста растений. Влияние красного света связано с его способностью стимулировать фотосинтез, образование клубней, рост стеблей и плодоношение. Синий свет, в свою очередь, отвечает за рост листьев, способствует открытию устьиц и улучшает корневую систему.

Измерение ФАР

ФАР измеряется с помощью квантовых датчиков с фильтрами, которые блокируют свет за пределами полосы частот ФАР. Эти датчики улавливают фотоны в диапазоне от 400 до 700 нм и позволяют точно оценить интенсивность освещения, доступного для фотосинтеза.

Влияние различных цветов света на растения

1. Синий свет (430-450 нм)

Синий свет, также известный как холодный свет, играет ключевую роль в процессе фотосинтеза и росте растений. Основные характеристики и влияние синего света на растения:

Спектр длины волн: 430–450 нм.
Основное влияние: стимулирует вегетативный рост, рост листьев и развитие корневой системы.
Фотосинтез: синие фотоны запускают реакцию фотосинтеза, но их высокая энергия используется не полностью, что приводит к потерям энергии по сравнению с фотонами красного и зелёного света.
Регулирование устьиц: контролирует открытие устьиц — микроскопических отверстий на листьях, которые регулируют потерю воды и поглощение углекислого газа.
Интенсивность: для нормального роста растений при использовании одного источника освещения необходима минимальная интенсивность синего света.
Рост растений: растения, выращенные при синем свете, обычно короче, имеют более толстые, тёмно-зелёные листья и сильную корневую систему.
Использование: освещение в теплицах и вертикальном земледелии включает синий свет для регулирования роста листьев и корней.

2. Красный свет (600-700 нм)

Красный свет имеет более длинные волны и активно участвует в ключевых процессах роста растений. Основные характеристики и влияние красного света на растения:

Спектр длины волн: 600–700 нм.
Основное влияние: стимулирует рост стеблей, образование клубней и луковиц, цветение и плодоношение.
Выработка хлорофилла: способствует выработке хлорофилла, необходимого для фотосинтеза.
Рост растений: растения, выращенные только под красным освещением, имеют вытянутую форму, большие и тонкие листья и увеличенный рост стеблей.
Комбинированное освещение: сочетание 80-90% красного и 10-20% синего света делает растения более компактными, с меньшими листьями и короткими стеблями.
Использование: в теплицах растения получают широкий солнечный спектр, и дополнительное освещение красным светом оказывает меньшее влияние на рост побегов.

3. Дальний красный свет (700-800 нм)

Дальний красный свет не считается фотосинтетически активным, но он оказывает значительное влияние на рост растений. Основные характеристики и влияние дальнего красного света на растения:

Спектр длины волн: 700–800 нм.
Основное влияние: стимулирует "реакцию избегания тени" у растений.
Рост растений: растения, находящиеся под навесом или в тени (например, под подвесными корзинами), получают больше излучения дальнего красного света, что стимулирует их вытягивание для захвата доступного света.
Природный процесс: растения воспринимают фильтрацию света через листья других растений и реагируют на него вытягиванием вверх.

4. Зелёный и жёлтый свет

Зелёный и жёлтый свет играют менее значительную роль в фотосинтезе по сравнению с красным и синим светом, но их влияние также необходимо учитывать при выращивании растений. Основные характеристики и влияние зелёного и жёлтого света на растения:

Спектр длины волн:
- Зелёный свет: 500–570 нм.
- Жёлтый свет: 570–600 нм.
Отражение света: большая часть зелёного и жёлтого света отражается растениями, придавая им зелёный цвет. Это связано с тем, что хлорофилл активно поглощает красный и синий свет, но отражает зелёный.
Использование зелёного и жёлтого света: зелёный свет способен проникать глубже в листья, а также в нижние слои растений. Это делает его полезным для освещения плотных крон и многоуровневого освещения растений.

Источники искусственного освещения

Для обеспечения требуемых длин волн света в теплицах могут использоваться различные искусственные источники освещения. Основными источниками искусственного освещения являются натриевые и металлогалогенные светильники.

1. Натриевые светильники высокого давления (ДНаТ)

Освещаемый спектр: полный спектр света с более интенсивным отображением средних длин волн (зелёный, жёлтый) и красного или дальнего красного света.
Цветовая температура: свет имеет жёлтоватый оттенок, что обусловлено спектральным составом излучения.
Основное применение: широко используются в теплицах для освещения растений, так как они обеспечивают значительное количество красного и дальнего красного света, стимулирующего фотосинтез и рост растений.

2. Металлогалогенные светильники

Освещаемый спектр: обеспечивают освещение полного спектра, но с большим количеством синего и меньшим количеством красного и дальнего красного света по сравнению с натриевыми светильниками.
Цветовая температура: свет имеет голубоватый оттенок, что обусловлено высоким содержанием синего света.
Основное применение: используется для уменьшения удлинения стебля растений и улучшения выработки вторичных соединений, таких как антоцианы, которые придают растениям цвет.

Необходимость контроля освещенности

Таким образом, постоянный контроль и управление освещённостью в теплицах является актуальной задачей. Это обусловливает необходимость использования специализированных электронных устройств, которые осуществляют контроль освещённости в автоматическом режиме и обеспечивают требуемый световой режим для различных видов выращиваемых сельскохозяйственных культур. Управление спектром освещения позволяет улучшить фотосинтез, ускорить рост растений и повысить урожайность.

Перечень ссылок

Светодиодное освещение [Электронный ресурс]: Фотосинтетическая активная радиация. Режим доступа: Дата доступа: апрель 2023.
Освещение и электрика [Электронный ресурс]: Тонкости светодиодного освещения теплицы и его расчет. Режим доступа: Дата доступа: апрель 2023.
Основы светотехники: учебное пособие / А.Я. Лейви, А.А. Шульгинов; под ред. А.А. Шульгинова. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2016. – 71 с.