Влияние светового спектра на растения.
Всем известно, что растениям нужен свет для роста посредством фотосинтеза, процесса, который отвечает за поглощение энергии и создавая из него органические вещества.
Но помимо обеспечения энергии, свет также играет ключевую роль во многих других процессах растений, таких как:
1. «Фотоморфогенез» — это процессы, происходящие в растении под влиянием света различного спектрального состава и интенсивности
2. «Фотопериодизм» — реакция живых организмов на суточный ритм освещённости, продолжительность светового дня и соотношение между тёмным и светлым временем суток.
На все эти процессы влияет световой спектр, который представляет собой распределение света по электромагнитному спектру.
Чтобы объяснить различные реакции растений на свет, нам сначала нужно узнать о влиянии света. См рисунок 1.
Как видно из рисунка 1, это очень маленький диапазон. Фактически, это менее 1 процента от всего спектра.
Фотосинтетически активная радиация (ФАР) или плотность фото синтетического фотонного потока (PPFD) — это диапазон света, который может использоваться растениями для фотосинтеза.
Обычно «ФАР» измеряется в мкмоль фотонов м−2с−1, что обозначают как плотность фотосинтетического фотонного потока.
Фотосинтетический фотонный поток(PPFD) — суммарное число фотонов, излучаемых в секунду в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм (мкмоль/с).
Для примера: большинству растений требуется минимум 30-50 мкмоль / м 2 / с PPFD, чтобы оставаться в живых.
Как растение чувствует свет
Свет не только дает энергию для фотосинтеза, но и служит источником информации для растений. Различные световые спектры дают растению представление об окружающей среде и, следовательно, о том, как оно должно выживать, процветать и воспроизводиться. В этом смысле состав света так же важен, как и общее количество света, используемого для фотосинтеза. Спектр света в диапазоне от 300 до 800 нм вызывает у растения реакцию развития. Кроме того, известно, что УФ и инфракрасный (ИК) свет играют роль в морфогенезе растений.
Растение получает информацию от света, который достигает его с помощью специальных пигментов, называемых фоторецепторами. Эти фоторецепторы чувствительны к разным длинам волн светового спектра.
Есть три группы фоторецепторов, см. Рисунок 2:
1. Фототропины
2. Криптохромы
3. Фитохромы
Первые два фоторецептора — фототропины и криптохромы — активны в нижнем диапазоне длин волн (УФ (A) и синий). Эти два рецептора, очевидно, выполняют разные функции. Фототропины отвечают за фототропизм или движение растений, а также движение хлоропластов внутри клетки в ответ на количество света. Фототропины заставляют стебли наклоняться к свету, а устьица открываться.
Криптохромы — это пигменты, которые определяют направление света. Подавление удлинения стебля регулируется криптохромами, а также функционированием устьиц, синтезом пигментов и отслеживанием солнца листьями растений. Другие фоторецепторы — фитохромы — чувствительны к красному и дальнему красному свету. Есть две формы фитохрома, Pfr и Pr, которые взаимодействуют. Наибольшее влияние на фотоморфогенез оказывают фитохромы. Удлинение стебля, избегание тени, синтез хлорофилла и реакция цветения — все это функции, которые обычно контролируются фитохромом
Теперь, когда мы посмотрели на световой спектр и фоторецепторы, отвечающие за развитие растений, мы подошли к следующему вопросу: как мы можем применить эти знания в выращивании? Каким должен быть хороший световой спектр для выращивания? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно подумать о реакции растения на разные спектры света. Поскольку они попадают в основном в видимый свет, мы можем говорить о «цветах», начиная с наиболее важных для развития растений.
Синий свет (400-500 нм)
Большая доля синего света оказывает тормозящее влияние на удлинение клеток, что приводит к более коротким стеблям и более толстым листьям. И наоборот, уменьшение количества синего света приведет к увеличению площади поверхности листьев и удлинению стеблей. Слишком мало синего света негативно скажется на развитии растений. Многие растения нуждаются в минимальном количестве синего света, которое колеблется от 5 до 30 мкмоль / м 2 / с для салата и перца до 30 мкмоль / м 2 / с для сои.
Взаимодействие между красным (600-700 нм) и дальним красным (700-800 нм) светом
Поскольку красный и дальний красный свет имеют более высокую длину волны, они менее энергичны, чем синий свет. В сочетании с сильным влиянием фитохромов, индуцированных красным светом, на морфогенез растений, растениям требуется относительно больше красного и дальнего красного света.
Две формы фитохрома, Pfr и Pr, играют важную роль в этом процессе. Поскольку в солнечном свете присутствует и красный, и дальний красный свет, растения в природе почти всегда содержат фитохромы Pfr и Pr. Растение ощущает окружающую среду по соотношению этих двух форм; это называется фотостационарным состоянием фитохрома — Phytochrome Photostationary State «(PSS)»
Фитохром Pr имеет пик поглощения света на длине волны 670 нм. Когда Pr поглощает красный свет, он преобразуется в форму Pfr. Форма Pfr действует наоборот — когда она поглощает дальний красный свет на пике 730 нм, она превращается в форму Pr. Однако, поскольку молекулы Pfr также могут поглощать красный свет, некоторые молекулы Pfr превращаются обратно в Pr. Из-за этого явления нет линейной зависимости между PSS и отношением красного к дальнему красному. Например, когда соотношение красного и дальнего красного света превышает два, PSS практически не реагирует, и, таким образом, на развитие растений это не влияет. Поэтому лучше говорить о PSS, чем о соотношении красного и дальнего красного света.
Количество Pr и Pfr говорит растению, какой свет оно получает. Когда присутствует много Pr, это означает, что растение получает более дальний красный свет, чем красный свет. Когда красного света меньше, обратное преобразование (из Pr в Pfr) затруднено, что означает, что Pr относительно больше.
В условиях, когда многие растения растут близко друг к другу, весь красный свет солнца используется для процесса фотосинтеза (между 400 и 700 нм), а большая часть дальнего красного света отражается растениями (> 700 нм). Большинство растений, особенно находящихся в тени, в этой ситуации будут получать больше красного, чем красного света. Как следствие, Pr увеличивается, и когда это происходит, растение чувствует, что ему нужно больше света для фотосинтеза, и запускается удлинение стебля (см. Рисунок 3). В результате получаются более высокие растения с большим расстоянием между междоузлиями и более тонким стеблем. Это яркий пример реакции избегания тени, когда растения стремятся захватить больше света, чтобы выжить.
Более высокие растения могут поглощать больше красного света, что увеличивает количество форм Pfr. Это вызовет большее ветвление, более короткие расстояния между междоузлиями и меньший вертикальный рост, чтобы максимизировать поглощение света для фотосинтеза. В результате растения тратят меньше энергии на то, чтобы вырасти как можно более высокими, и тратят больше ресурсов на производство семян и расширение своей корневой системы.
Влияние светового спектра на цветение
На цветение также влияют формы Pr и Pfr. Продолжительность периода времени, в течение которого Pfr является преобладающим фитохромом, является причиной цветения растения. По сути, уровни Pfr сообщают растению, как долго длится ночь (фотопериодизм). Когда солнце садится, количество дальнего красного света превышает количество красного света. В темноте ночи формы Pfr медленно превращаются обратно в Pr. Долгая ночь означает, что для этого преобразования еще есть время. Следовательно, в конце ночного периода концентрация Pfr низкая, и это заставит растения короткого дня зацвести (см. Рисунок 4).
Таким образом, низкое соотношение красного к дальнему красному и, следовательно, ограниченное количество красного света в начале ночи очень важно для цветения короткодневных растений. Исследования, проведенные на трех короткодневных растениях — хризантеме, георгине и африканских бархатцах, — показывают, что когда ночь прерывается красной вспышкой, вызывающей высокое соотношение красного к дальнему красному, цветение резко снижается. Был также сделан вывод, что один только дальний красный свет не регулирует цветение. Равная или более высокая доля дальнего красного света улучшит цветение растений короткого дня.
Ограниченное влияние зеленого света (500-600 нм) на развитие растений
Часто считается, что только синий и красный свет помогают растениям расти и развиваться, но это не совсем так. Хотя большая часть зеленого света отражается от поверхности растения (вот почему мы, люди, видим растения зелеными), сам зеленый свет также может быть полезным для растения. Комбинация разных светлых цветов может привести к более высокому фотосинтезу, чем сумма его частей. Исследования, проведенные на салате, также показывают, что рост и биомасса растений увеличиваются, когда к красно-синему светодиоду добавляется 24% зеленого света, при сохранении равных уровней PAR (150 мкмоль / м 2 / с) между двумя объектами. Это указывает на то, что даже зеленый свет может положительно повлиять на рост растений.
Ультрафиолетовый свет (300-400 нм)
Ультрафиолетовый (УФ) свет также действует на растения, вызывая компактный рост с короткими междоузлиями и маленькими толстыми листьями. Однако слишком много ультрафиолетового света вредно для растений, поскольку отрицательно влияет на ДНК и мембраны растения. Фотосинтезу может препятствовать слишком много ультрафиолетового света. Исследования показывают, что это происходит при значениях УФ-излучения выше 4 кДж / м 2 / день.
Заключение
Это возвращает нас к общему вопросу: «Какой должен быть хороший спектр света для выращивания?» На этот вопрос довольно сложно дать общий ответ, так как он сильно зависит от типа растения и требований выращивания. Для «нормального» развития растений рекомендуются следующие характеристики:
Требуется минимальное количество синего света, которое варьируется от 5 до 30 мкмоль / м 2 / с.
Требуется несколько большая часть красного и дальнего красного света по сравнению с синим светом.
Ограниченное количество УФ-излучения, менее 4 кДж / м 2 / день
Также помните, что:
Больше синего света приведет к более коротким стеблям и более толстым листьям.
Слишком много дальнего красного света или неравный баланс с красным светом приведет к вытянутым растениям.
Зеленый свет полезен для фотосинтеза, но не влияет на цветение или развитие растений.
ЭФФЕКТИВНЫЙ СПЕКТР ФОТОСИНТЕЗА: PAR, Lumen/Lux, PPF, Фотон, PBAR, PPFD, DLI, YPF
Является полосой длин волн между 400 и 700 нм. Растения используют этот диапазон электромагнитного излучения для фотосинтеза, но наиболее эффективно они поглощают длины волн в середине 400-х (синий цвет) и в середине 600 (красный цвет).
Высокий PAR способствует более быстрому росту растений и может увеличить общий выхлоб массы грова.
Интенсивность света важнее спектра.
Возьмите, например, спектр света для роста HPS.
Многие спектры HPS содержат пики при 600 нм или ниже, в темно-оранжевой и желтой части кривой. Это не очень эффективно для фотосинтеза, однако лампы для выращивания HPS считаются приоритетным выбором уже за многие годы индора.
Но как там? А вот..
Того, что лампам HPS недостает в спектре — они восполняют по интенсивности.
Вот почему 1000-ваттные лампочки HPS могут по-прежнему превосходить некоторые из светодиодов, которые продаются как «1000-ваттные аналоги».
Но сегодня светодиодные лампы хорошего качества не хуже, если не лучше, чем лампы HPS.
Сам термин PAR — это не количество света, а скорее качество света.
Фотосинтетически активное излучение является единственным измерением интенсивности света, которое действительно имеет значение для ваших растений.
Мощность только говорит вам, сколько ватт потребляет ваш прибор. Мощность также может быть указана в общем количестве светодиодов (количество светодиодов на приборе, умноженное на их мощность), но это не имеет значения и в основном используется в качестве маркетингового хода с целью увеличения мощности и интенсивности света приборов. В показателях на коробке. 🙂
Lumens и Lux
Люмены — это количество видимого света, испускаемого источником, с максимальной чувствительностью в зеленой части спектра.
Чем больше люменов, тем ярче источник света.
Люмен — это метрика для чувствительности человеческого глаза.
Глаза человека наиболее чувствительны к зеленому свету (от 500 до 550 нм). Световой поток применим для людей, но не для растений, поскольку они наиболее чувствительны к синему и красному свету.
Люди могут видеть источник света как «яркий», но растения не будут «видеть» источник света как интенсивный.
Поэтому люмены не скажут вам, сколько света доступно для фотосинтеза. Люмен для глаз человека.
Люкс — это количество люменов на один квадратный метр, которое указывается в люменах / метр2.
Это мера освещенности.
Например, 10000 люмен эквивалентны 10000 люкс.
Не ориентируйтесь на люмены или люксы для определения интенсивности света. Измерительные приборы, которые измеряют люмены или люкс, могут сильно недооценивать PAR светодиода, особенно когда спектр в основном синий и красный без (или почти без) зеленого.
PPF
Photosynthetic Photon Flux
Фотосинтетический фотонный поток
Фотосинтетический фотон Fux, или PPF, показатель того, сколько фотосинтетически активных фотонов испускается из источника потока каждую секунду.
Поток фотонов подобен люменам, но поток фотонов лучше всего описывать как меру интенсивности, а люмены — это измерение яркости.
Яркость не такая же, как интенсивность. Зеленый свет может показаться ярким для людей, но более короткие волны, такие как синий свет и ультрафиолетовое излучение, более интенсивны. Чтобы исправить зеленое смещение, которое присутствует в показаниях люмена, PPF берет длины волн между 400 и 700 нм с почти равными показателями.
Фотон
Фотон — частица света.
В типичном источнике света присутствует множество фотонов, поэтому мы используем число Авогадро.
Число Авогадро равно 6,022 x 10 ^ 23, что равно одному молю. Другими словами, в одном моле содержится 6,022 x 10 ^ 23 фотонов.
Это число выражается в миллионных долях или микромолях (мкмоль), когда мы измеряем PAR, чтобы позволить нам делать вычисления в целых числах, а не в десятичных.
PPF измеряется в микромолях в секунду.
Это значение для определения кол-ва umol / в секунду, в других случаях оно будет отображаться как «число PPF» (например, 200 PPF) или «PPF: число» (например, PPF: 200).
Поток фотонов можно точно измерить только внутри интегрирующей сферы, очень дорогой полой сферической единицы с белыми отражающими поверхностями.
Источник света расположен внутри устройства, а несколько датчиков регистрируют выход фотона.
Измерение PPF — это общий фотонный выход устройства, но он не говорит о том, сколько Полезного света доходит до наших растений.
PBAR
Plant Biologically Active Radiation Flux
Поток биологически активной радиации растений (PBAR) аналогичен потоку PPF, за исключением того, что он учитывает длины волн от 350 до 800 нм.
Единицы измерения в мкмоль / сек.
Это измерение основано на наблюдении, что растения обладают светочувствительными пигментами вне диапазона 400 нм и 700 нм.
Измерения потока PBAR немного выше, чем PPF, поскольку при считывании учитываются ультрафиолетовые и инфракрасные фотоны, при условии, что источник света содержит эти длины волн.
PPFD
Photosynthetic Photon Flux Density
Фотосинтетическая плотность потока фотонов
Исследователи и производители оборудования используют фотосинтетическую плотность потока фотонов, более известную как PPFD, для измерения фотонов, которые действительно активно поражают излучением наши ростишки.
PPFD измеряет, сколько фотонов поражает область в секунду. PPFD указывается в микромолях на квадратный метр в секунду (или в моль / м2 / с) использованием квантового датчика для точечного измерения.
Закон обратных квадратов.
Источник света, падающий на поверхность площадью 1 м2 на расстоянии 1 метра, падает до 25% интенсивности на расстоянии 2 метра, до 11,11% интенсивности на 3 метра и только до 6,25% от первоначальной интенсивности на 4-ех метрах!
Чем ближе свет к растению, тем больше фотонов попадет на листья.
Кроме того, листья на боковых сторонах и углах светового потока, и под навесом будут получать наименьшее количество света, т.к эти области находятся дальше всего от источника света.
Остерегайтесь чрезвычайно высоких показаний PPFD от производителей оборудования, вероятно это пиздеж, а данные были взяты нереально близко к источнику света.
Лампы могут быть в комплекте с вторичными линзами для фокусировки света и увеличения интенсивности. (COB)
Вторичные линзы, наряду с эффектами от общего потока освещения от всех диодов, могут немного смягчать эффекты закона обратных квадратов до определенных расстояний ( при использовании соло ).
Светодиоды для выращивания могут держать ту же интенсивность света в нескольких футах (около 30) от подвеса лампы.. при увеличении расстояния — пар идет на спад. Чего нельзя сказать о других типах светильников, которые рассеивают свет во всех направлениях, таких как лампы MH, HPS и CMH.
Поскольку число фотонов может сильно различаться в зависимости от отпечатка прибора, важно, чтобы производители сообщали о среднем PPFD на указанных расстояниях.
Например, многократные точечные показания должны быть взяты в 12 ”, и затем среднее расстояние PPFD должно быть так же на этом расстоянии.
Процесс должен быть повторен для 18 «, 24» и 36 «.
Среднее показание PPFD берут на расстоянии, на котором должен использоваться свет.
Некоторые производители по-прежнему сообщают о светоотдаче в люменах или люксах. Опять же, это бесполезная информация. Вас хочет поиметь маркетинг. )
PPFD похож на люкс. Люмен для PPF, как люкс для PPFD.
Чтобы преобразовать люкс в PPFD, умножаем показание люкс на коэффициент преобразования. Коэффициент преобразования варьируется в зависимости от источника света. Например, солнечный свет имеет коэффициент пересчета 0,0185. Лампа HPS использует коэффициент преобразования или 0,0122.
Пример:
70000 люкс * 0,0122 = 854 ммоль / с / м2.
Чтобы пересчитать PPFD в люксы, умножьте PPFD на другой коэффициент преобразования.
Солнечный свет имеет коэффициент преобразования 54, а лампа HPS имеет коэффициент преобразования 82.
Пример:
400 мкмоль / с.м2 * 82 = 32 800 люкс.
Для сравнения, дневной поток света от солнца имеет значение приблизительно 110 000 люкс!
В пересчете на PPFD это 1342 ммоль / с / м2.
Это приблизительные данные, которые не дадут вам прям таки точных значенй, но вместо этого будем иметь приблизительный диапазон, если вы привыкли использовать люмены и люкс и хотите начать применять данные к освещению ваших растений с точки зрения PPF и PPFD.
Поскольку люкс не учитывает желаемое для фотосинтеза растений, эти пересчеты следует использовать только в качестве приблизительного ориентира.
DLI
Daily Light Integral
Итреграл дневного света
PPFD является точечным измерением интенсивности света, но растения требуется общее количество фотосинтетически активных фотонов, которые они поглощают каждый день.
Эта общая сумма называется интегралом дневного света, или DLI, и измеряется в молях на м2 в день ( umol / м2 / день. )
Это — сумма данных по PPFD, сделанных за 24 часа. Количество фотонов, попадающих на листья растений во время ежедневного фотопериода, является движущим фактором того, насколько быстро и эффективно растение может производить сахара для стимулирования клеточных процессов.
Более высокий PPFD в течение более короткого периода может быть эквивалентен более низкому PPFD в течение более длительного периода.
Увеличение продолжительности дня не обязательно выгодно для всех растений. Растениям все еще нужен темный период для обработки молекул на основе углерода, созданных во время фотосинтеза, и это является причиной того, что 24-часовое воздействие света не будет увеличивать скорости роста, а вместо этого препятствует ему.
Кроме того, лекарственные растения требуют в среднем 6 часов темноты во время вегетативной фазы и 12 часов темноты во время цикла цветения для правильного роста и цветения.
Изменение соотношения цикла свет / темнота может запутать ваши растения и повлиять на общее развитие.
Слишком много света может привести к обесцвечиванию и ожогу листьев, поскольку внутренние процессы растения не в состоянии угнаться за всем дополнительным поступающим потоком фотонов.
DLI на поверхности нашей планеты может варьироваться от 5 до 60 моль / м2 / сутки ( в зависимости от времени года, продолжительности дня, широты и облачного покрова).
Солнце, на самом ярком пике, дает около 2000 мкмоль / сек, но лекарственные растения, выращиваемые в ауте, не поглощают такое количество.
Показатели PPFD утром и вечером намного ниже полудня (самой активной фазы солнца), поэтому средний PPFD в течение дня может даже не превышать половину от этого.Это ледует помнить при выборе светодиодного светильника.
Больше света — это не обязательно хорошая вещь. Ваши растения могут поглощать только определенное, необходимое им кол-во света.
Интенсивность освещения варьируется в зависимости от выбранного источника света, фотопериод уже установлен на 18 часов и 12 часов для вегетативной стадии и стадии цветения соответственно.
Поэтому, выращивающий в индоре должен учитывать только PPFD при планировании своего оптимального освещения.
DLI в теплицах редко превышает 25 моль / м2 / день, поэтому возникает необходимость в дополнительном освещении.
Чтобы рассчитать DLI, умножьте показание PPFD на фотопериод и разделите на 1 000 000.
DLI = PPFD x (3600 x фотопериод) / 1 000 000
PPFD: умол / м2 / с
3600 секунд за один час
Фотопериод в часах
1 000 000 умол = 1 моль
Пример:
800 ммоль / м2 / с x (3600 с x 12 ч) / 1 000 000 = 34,6 моль / д
Измерение PAR
Оно измеряется прибором для квантовых показателей, иногда называют PAR-измерителем.
Как правило, представляют собой портативное устройство с внешним датчиком, которые идеально подходят для быстрых точечных измерений. В теплицах обычно используется стационарное устройство, подключенное к регистратору данных.
Первое ограничение квантового измерителя заключается в том, что они измеряют входящие фотоны в диапазоне от 400 до 700 нм. В то время как основная часть фотосинтеза происходит в этом диапазоне, было доказано, что фоторецептор криптохрома чувствителен к УФА всего 320 нм.
И хотя UVB напрямую не поддерживает фотосинтез, есть доказательства того, что он может увеличить производство смол.
в добавок, фитохром чувствителен к дальнему красному свету, около 730 нм, который растения используют для передачи сигналов фитохромов, инициации цветов, стимуляции эффекта Эмерсона и удлинения в условиях низкой освещенности.
Эти другие длины волн вне диапазона PAR явно влияют на развитие и реакцию растений, но не учитываются в показаниях квантового измерителя.
Во-вторых, не все метры одинаково измеряют PAR.
Идеальный отклик составляет от 400 до 700 нм, некоторые длины волн измеряются с большей чувствительностью. Кривая отклика отличается между датчиками и брендами. .
Квантовые метры не учитывают качество света, который поглощается растением.
Лучший квантовый измеритель полного спектра будет измерять количество фотонов от 400 до 700 нм с почти равной интенсивностью. Но.. различные длины волн обеспечивают различные степени реакций в фотосинтезе.
YPF
Yield Photon Flux
Выход потока фотонов
Фотосинтетическая плотность потока фотонов учитывает фотоны в диапазоне от 400 до 700 нм с равным весом. Например, 500 красных фотонов, 500 зеленых фотонов и 500 синих фотонов имеют очень похожие показания PAR. Но не все фотоны одинаково используются для стимуляции фотосинтеза.
Выход фотонного потока (YPF) исправляет эти несоответствия, предоставляя различные показатели для длин волн в зависимости от их эффективности в фотосинтезе.
YPF основан на реакции растений при фотосинтезе, вместо использования диапазона от 400 до 700 нм (PAR) YPF охватывает весь диапазон длин волн от 360 до 760 нм.
Он учитывает спектр необходимый для растений, но это не лучший метод измерения полезного света.
Спектр действия — это относительная скорость, с которой происходит фотосинтез на данной длине волны. Так же, как PPFD, если бы источник света был полностью красным, он имел бы высокий YPF, но он не содержал бы остальную длинну волн, которая нужна для оптимального роста и развития культуры.
YPF пытается исправить недостатки измерения PPFD с помощью измерителя PAR, но это не совсем точные показатели..
Но YPF рассматривает длины волн ниже 400 нм и выше 700 нм!
Он также учитывает качество источников освещения и сообщает данные о количестве используемого света. Это шаг в правильном направлении, однако, в этом случае все еще требуется доработка/поправка и специфичность в отношении различных культур, в частности, медицинских.
Эффективность PPF
Эффективность света растет в umol/J.
Это количество микромолей, которое прибор производит на джоул. Эффективность PPF также известна как эффективность PAR, эффективность PAR или просто эффективность.
Чтобы рассчитать эффективность PPF, нужны два набора чисел — PPF и мощность (Дж / с).
Разделив PPF на мощность, вы получите umol/J.
Например: 1100 мкмоль / с / 500 Дж / с = 2,2 мкмоль / Дж.
Кроме того, если вы знаете эффективность PPF и мощность растущего света, вы можете рассчитать PPF. Для этого умножьте эффективность PPF на мощность.
Например: 2,5 мкмоль / Дж х 400 Дж / с = 1000 мкмоль / с.
1,5 мкмоль / Дж считается эффективным.
Все, что выше 2,0 мкмоль / Дж, считается очень эффективным потоком!
Многие лампы с рынка (HPS) имеют эффективность 1,3 мкмоль / Дж или ниже, а некоторые HPS приближаются к 1,7 мкмоль / Дж.
Керамические металлогалогенные лампы имеют эффективность чуть менее 2,0 мкмоль / Дж.
Эффективность HPS и CMH увеличится в ближайшем будущем, но эффективность светодиодов будет увеличиваться куда более быстрыми темпами.
В 2014 году лучшие светодиодные светильники имели эффективность около 1,7 мкмоль / Дж, но в настоящее время уже имеем фонари с 2,2 мкмоль и выше.
Эффективность — это то, почему мощность не имеет значения для определения интенсивности света, на котором жарит наш светодиод/матрица. Эффективные (с нужным спектром и мощностью) фонари будут излучать куда больше полезного света, потребляя меньше ватт.
PBAR Flux Efficacy
PBAR не широко распространенный показатель, но он более точен при измерением эффективности фотосинтеза, т.к при измерение потока PBAR учитывает длины волнза рамками диапазона PAR, а они так же могут влиять на фотосинтез.
Тут схоже с измерением эффективности по PPF, но вместо того, чтобы делить PPF на мощность прибора, поток PBAR делится на общую мощность.
Единицы измерения указаны в умол / дж. Если фонарь имеет длины волн за пределами 400 до 700 нм, эффективность PBAR будет выше, чем эффективность PPF.
Эффективность YPF
Рассчитывается путем деления YPF на мощность светильника.
Единицы измерения одинаковые — умол / дж.
Эффективность YPF будет ниже, чем эффективность PPF, т.к показание YPF будет меньше, чем показание PPF из-за весового коэффициента, применяемого к различным длинам волн.
— 420 Family chat —
Еще почитать:
PAR, Фотон, Длина волн и диапазоны спектра, Солнечный спектр
Что такое терпены, хемотип, описание и их свойства
Как выбрать фитолампу
Многие садоводы задаются вопросами: какую фитолампу выбрать, как выбрать фитолампу для рассады на подоконнике, как выбрать фитолампу для комнатных растений. Для понимания данного вопроса, нужно разобрать несколько моментов и понять некоторые физические величины.
Плотность потока фотосинтетических фотонов (PPFD)
Исследователи и садоводы используют такую величину, как фотосинтетическая плотность потока фотонов, более известную как PPFD (photosynthetic photon flux density) — количество световых фотонов, которые попадают на поверхность за одну секунду. PPFD измеряется в микромолях на квадратный метр в секунду, или umol/m²/sec. Проще говоря: PPF похож на Люмены (Lm), а PPFD на Люксы (Lux) — это сила света, который достигает ваших растений.
Свет теряет силу по мере того, как он перемещается от источника к конечной точке (растущему растению). Падение интенсивности света (PPFD) с увеличением расстояния — описывается законом обратных квадратов.
Например: светодиодная фитолампа излучает свет, падающий на поверхность площадью 1 м²:
- на расстоянии 1 метр — 100% PPFD;
- на расстоянии 2 метра падает до 25% интенсивности;
- на расстоянии 3 метра падает до 11,11% интенсивности;
- на расстоянии 4 метра падает до 6,25% от первоначальной.
Чем ближе свет к растению, тем больше фотонов попадёт на листья. Небольшое снижение освещённости может оказать значительное влияние на уровни PPFD, которые достигают ваших растений. Кроме того, листья по бокам и углам светового следа и под навесом будут получать наименьшее количество света, так как эти области находятся дальше всего от источника света.
Какую фитолампу выбрать для рассады, вопрос не простой, но будьте осторожны с чрезвычайно высокими показаниями PPFD от производителей, так как показания, вероятно, были взяты нереально близко к источнику света.
Поскольку количество фотонов может сильно варьироваться в разных светильниках, потребителю важно знать среднее PPFD на определённых расстояниях. Некоторые производители фитосветильников для растений сообщают о светоотдаче в люменах (Lm) или люксах (Lx); есть производители, которые публично не сообщают значения PAR или они часто сообщаются как PAR: 10 Вт/м², о чём это говорит нам? Трудно разобраться.
Важно, чтобы эти показания были указаны, как показания PPFD в мкмоль/м²/с. Кроме того, потребителю необходимо знать о расстоянии и местоположении, на котором были сняты показания PPFD (например: 500 мкмоль/м²/c при 1 метре в центре). Наилучший PPFD, о котором сообщается, использует средний PPFD на определенных расстояниях (например: средний PPFD: 500 мкмоль/м²/c на расстоянии 1 метра).
Для справки :
Чтобы преобразовать люкс в PPFD, вы должны умножить значение люкса на коэффициент преобразования. Коэффициент преобразования изменяется в зависимости от источника света.
Например, солнечный свет имеет коэффициент преобразования 0,0185. Лампа HPS использует коэффициент преобразования 0,0122.
70 000 люкс * 0,0122 = 854 мкмоль/м²/с.
Чтобы преобразовать PPFD в lux, умножьте PPFD на другой коэффициент преобразования. Солнечный свет имеет коэффициент преобразования 54, в то время как лампа HPS имеет коэффициент преобразования 82.
400 мкмоль/м²/с * 82 = 32 800 люкс.
Для сравнения, полуденное солнце имеет значение приблизительно 110 000 люкс. В пересчёте на PPFD это составляет 1342 мкмоль/м²/с.
Сколько времени светить на растение
Для этого нужно ввести понятие — суточный PPFD, или дневной световой Интеграл (DLI PPFD) — это точечное измерение интенсивности света. Но что действительно волнует растения, так это общее количество фотосинтетически активных фотонов, которые они поглощают каждый день. Эта сумма известна как дневной световой Интеграл, или DLI, и измеряется в молях на м² в день, или mol/m²/d. Другими словами — сумма измерений PPFD, сделанных за 24-часовой период.
Количество фотонов, которые достигают листьев растений во время ежедневного фотопериода, является движущим фактором того, насколько быстро и эффективно растение может производить сахара для управления клеточными процессами.
Сколько PPFD нужно растениям во время рассады овощей и цветения?
Более высокий PPFD в течение более короткого периода может быть эквивалентен более низкому PPFD в течение более длительного периода. Но увеличение продолжительности дня не обязательно полезно для всех растений. Растения всё ещё нуждаются в тёмном периоде для обработки молекул на основе углерода, созданных во время фотосинтеза. Это является причиной того, что 24 часа светового воздействия не увеличивают темпы роста, а наоборот, препятствуют им.
Для правильного роста и цветения, растениям требуется в среднем 6 часов темноты во время вегетативной фазы и 12 часов темноты во время цикла цветения. Изменение соотношения дня и ночи может запутать ваши растения и повлиять на их развитие.
Минимальный DLI необходим для всех растений для правильного роста и цветения. Слишком много света может вызвать обесцвечивание и ожог листьев, так как внутренние процессы растения не в состоянии идти в ногу со всем дополнительным поступающим светом. Что нужно иметь в виду при выборе фитосветильника — это то, что больше света — это не обязательно хорошо.
Сколько же света (DLI) получает растение от солнца?
DLI = PPFD * (3600 * фотопериод) / 1000000
— 3600 секунд в одном часе;
— Фотопериод в часах;
— 1000000 umols = 1 моль.
Солнце при его ярком освещении выбрасывает около 2000 мкмоль/м²/с. DLI солнечного дня:
2000 umol/m²/s * (3600s * 12час) / 1000000 = 86 моля/в день
Идеальный солнечный день — 12 часов светит солнце. На практике такого не бывает. Растения, выращенные на открытом воздухе, не поглощают полностью 2000 мкмоль/м²/с в течение всего дня. Влияние сторон света, (ниже на фото показаны замеры на улице 11.12.2020г.), утренние и вечерние показатели PPFD намного ниже, поэтому средний PPFD в течение дня вряд ли превысит даже половину этого уровня.
DLI на поверхности нашей планеты может колебаться от 5 до 60 моль/м²/сут в зависимости от времени года, продолжительности дня, широты и облачности.
DLI в теплицах редко превышает 25 моль/м²/сут, отсюда и необходимость дополнительного освещения. Абсолютный минимум общего света может составлять 20 молей в день, как описано выше. Кривая производства урожая по отношению к количеству молей, поставляемых в день, резко возрастает между 20-30 молями, начинает выравниваться между 30-40 молями и более 40 начинает достигать точки уменьшения отдачи для вашего урожая. В идеале нужно обеспечить свои растения 40 молями света, если действительно хотите получить максимальный урожай.
Как выбрать фитолампу
Мы уже выяснили, что плодоносящим или овощным культурам требуется от 20 до 40 молей света в день. Так же имеем понимание, сколько света растения получат от дневного освещения — от 7 до 26 молей в день.
Таким образом, вычитая полученные от требуемого, получим необходимый DLI для досветки — 13-14 молей. С учётом погрешностей расчётов, предполагаю, что от 7 до 16 молей (mol/m²/d ) досветки будет достаточно.
Какую фитолампу выбрать
Рассмотрим на примере: светодиодная фитолампа ДСО 16.2 выдаёт на расстоянии 1 метра PPFD равного 63 (umol/m²/sec). В зависимости от высоты установки светильника (интенсивность света падает с увеличением расстояния), выбираем необходимую зависимость фотопериода от DLI (суточного PPFD).
Например: для суточного DLI в 7 mol/m²/d – можем использовать светильник с высотой установки 0.7 метра, при этом фотопериод составит 16 часов. Или высота установки светильника 0.5 метра с фотопериодом 8 часов.
технический директор ОКБ «ЛУЧ»
Понятие фотосинтетического фотонного потока фитосветильников
Современное растениеводство немыслимо без соответствующих световых стимуляторов роста, которыми являются специальные фитосветильники . При специальном спектральном излучении оказывается необходимое воздействие на клетки растения, благодаря чему достигается тот или иной результат в его развитии. В культивации и селекционировании часто встречается термин «фотосинтетический фотонный поток». Этот параметр является важным при выборе устройств для разных видов представителей флоры.
Определение понятия
Итак, фотонный поток фитосветильников – это общая величина фотонов, которые располагаются в волновом спектре от 400 до 700 нм. И, если эти показатели у естественного источника света изменяются в зависимости от сезона, что не слишком удобно для растений, культивируемых искусственным путем, то с использованием фитосветильников возможно добиться сбалансированной световой инсоляции для фотосинтеза.
В свою очередь, важным является значение на единицу площади, или, по-другому, плотность фотосинтетического фотонного потока. Единица измерения этой величины – моль/м 2 в день. Правильное регулирование плотности фотосинтетического фотонного потока с помощью светодиодных фитосветильников позволяет:
- создавать растениям необходимый микроклимат вне природной среды;
- способствовать ускорению химических реакций;
- достигать желаемых показателей урожайности.
Причем очень важно соблюдать сезонность. Например, суммарную мощность потока зимой следует уменьшить, весной – увеличить и т.п.
Сбалансированность света
При выращивании и селекционировании требуется соблюдать ряд норм для лучших показателей. Например, некоторые растения требуют максимальной освещенности, при этом характеристики требуемого фотосинтетического фотонного потока у них высокие. А другие же, наоборот, должны расти с минимальным количеством инсоляции. Поэтому важно при выборе и организации освещения правильно зонировать теплицы, не располагая растения с высокими потребностями в световой энергии рядом с представителями флоры с минимальными показателями. Простой пример – розы и фиалки. Первые требуют большего света, а вторые очень светочувствительны. Поэтому добиться хороших результатов можно, лишь соблюдая баланс, правильно регулируя плотность и значения фотосинтетического фотонного потока.
Смотрите также:
- Особенности использования светодиодных фитосветильников
- Как выбрать фитосветильник для растений
- Отличие в восприятии светового потока человека и растений