Соотношение красного и синего спектра для растений. Hawk82 › Блог › Светодиоды для растений.

Детский сад № 4 "Золотая рыбка"

город Карпинск Свердловской области

 

Влияние спектра ламп на фотосинтез. Соотношение красного и синего спектра для растений


Светодиоды для растений. — DRIVE2

Готовимся к дачному сезону! Закупаем семена, высаживаем рассаду… шучу, какой из меня дачник. Это жену что-то торкнуло в последнее время. Сделай, говорит, мне лампочку светодиодную фотосинтез стимулирующую для подсветки рассады помидорной. Выяснилось, оказывается, есть светодиоды, типа, специально разработанные для подсветки растений. Суть «специальности» сводится к особому спектру излучения, это красный с длиной волны 650…660 нанометров и синий 445…452 нм. Собственно, светодиоды, приведенные по ссылкам я и использовал. Общую мощность, а также соотношение красного и синего подсмотрел в заводской лампочке. Обратите внимание на цену. У меня будет больше и круче :- ) 15 светодиодов, драйвер на 0,5А и до 45 вольт. и три метровых куска разного алюминиевого профиля из леруа мерлен. Платы самодельные из фольгированного алюминия. Режем, травим, паяем, сверлим, нарезаем резьбу, собираем, в результате получается такая конструкция.

Драйвер с подпаянными проводами. Взгляните на его форму, он явно рассчитан на установку внутрь профиля. Есть такие профили, специально для светодиодных светильников, в них, обычно, делаю нишу для драйвера.

Драйвер замотал в изоленту и убрал внутрь профиля. С высоковольтной стороны изоленту мотал погуще, также проложил картон под плату со стороны дорожек. Прямоугольный профиль 30х15мм со стенкой 2мм.Снимки лампы в работе. Сразу уточню, в комнате свет включен.

Рядом с настольной лампой из 5 одноваттников.

И здесь тоже свет включен, съемка с ручной настройкой экспозиции с очень короткой выдержкой.

С совсем задавленной экспозицией.

Итого 12 красных светодиодов со встроенной линзой на 50 градусов и 3 синих светодиода со встроенной линзой на 70 градусов. Общее напряжение получилось около 37 вольт (2,25В на красных светодиодах и 3,3В на синих). При токе в пол-ампера выходит около 18Вт на светодиодах. Свет специфичный, давит на глаза, даже если направить лампу в потолок! Заливает все психоделическим красным, зрелище необычное. Надеюсь помидоркам понравится :- )

www.drive2.ru

Мой опыт с самодельными светодиодными лампами

В этом году мы с мужем озаботились  выращиванием зелени в зимний сезон, а для этого нужно полноценное, хорошее освещение.

Несколько раз видела в продаже интересные лампы типа ДНАТ и люминисцентных, но мне показалось, что они чересчур дороговаты, тем более, что площадь освещения у них не очень и большая.

Люминисцентная фитолампа OSRAM FLUORA мощностью 36 Вт у меня уже была, но, надо сказать, что  мощности ее недостаточно даже для нормальной досветки рассады, не говоря уже о том, чтобы выращивать под ней капризные салаты.

Изучая этот вопрос, натолкнулись на интересные предложения с продажей светодиодных светильников для растений.

В свое время подобные  светодиодные фитолампы были изобретены специально для космонавтов и выращивания там растений.

Такие фитолампы состоят, в основном, из красных светодиодов, с добавлением синих и немного желтых.

Известно, что растения из белого спектра практически не поглощают зеленый свет (они у его отражают, так как сами растения зеленые), а поглощают именно красный и синий.

Рекомендуется оптимальное соотношение красный светодиодов и синих  4 к 1.

Синий цвет влияет, в основном, на корневую систему - так, во всяком случае написано в большинстве источников.

А красный влияет на рост  верхней части растений - а именно, стеблей,  листьев.

Добавление небольшого количества желтого цвета ускоряет плодообразование и каким-то образом влияет на сами плоды.

Информация в интернете довольно противоречивая, поэтому точно сказать тут сложно - надо все самим проверять.

Итак, собрав в интернете разную информацию, мы с мужем решили в качестве эксперимента попробовать самостоятельно сделать светодиодные фито светильники.

По типу вот такого:

Наш выбор пал на светодиодные ленты класса SMD 5050 LED 60  - красные и SMD 5050 LED 30 - синие.

Надо сказать,  что светодиодные ленты отнюдь не дешевы, но по сравнению с покупными лампами, конечно, это выходит в разы дешевле.

Бабина красной светодиодной ленты (ее продавали только 5-ти метровыми катушками) обошлась нам примерно в 1000 рублей, еще рублей в 600 обошлось нам 3 метра синей. Причем, синей ленты мы взяли двух видов: 2 метра SMD 30 и 1 метр SMD 3528 120 LED.

Вот как выглядят эти ленты:

Число LED означает количество светодиодов на 1 метр. И хотя в этой ленте светодиодов по количеству было больше чем на SMD 5050 60 LED, ее мощность уступала второй и составляла 9 Ватт, против 14 Ватт SMD5050 60 LED.

Таким образом, у нас получилось 5 метров красной по 14 Ватт на метр, 2 метра синей по 4,5 Ватт на метр и 1 метр синей по 9 Ватт на метр.

В качестве светильника решено было использовать металлический профиль, который мы приобрели на строительном рынке всего за 120 рублей 3 метра, где нам тут же его нарезали по метру забесплатно.

Металлический профиль был довольно тонким, зато широким и на него можно было вполне наклеить 5 полос светодиодной ленты.

Для начала решили сделать пробный светильник с тремя лентами.

Сначала мы  хорошо обработали от жира поверхность светильника 9%уксусом - больше под рукой ничего обезжиривающего не оказалось.

Края профиля были очень острые и чтобы не порезаться, мы их загнули вовнутрь.

С обеих краев будущего светильника в профиле проделали  дырки для подвески и уже потом приступили к наклеиванию светодиодных полос.

Мне показалось это довольно несерьезным, так как на мой взгляд, они плохо прилипали к данному металлу и кое-где пришлось крепить ленты клеем "Момент".

Посередине сначала мы приклеили синюю ленту SMD 3528 120 LED, мощностью 9 Ватт на метр. А с боков приклеили по 1 красной ленте SMD 5050 60 LED.

Когда ленты были приклеены, необходимо было их еще подсоединить к блоку питания, потому что этот светильник нельзя подводить напрямую к розетку в 220 W - сгорит или коротнет сразу.

В магазинах под это дело специально продаются специальные блоки питания, именуемые "Драйверы", но мы же хотели сэкономит, поэтому муж взял старенький, но рабочий блок питания от старого компьютера и каким-то хитрым образом подсоединил к нему.

В итоге получилось следующее.  Вид снизу:

Вид сбоку:

И вид с торца:

В тот же день были посажены семена  зеленого салата, горчицы и кресс-салата.

Семена проклюнулись очень быстро, в течение 2 -х дней, наверное и быстро пошли в рост.

Однако, судя по их внешнему виду, им явно не хватало света, так как растения довольно сильно вытянулись и тянулись они к люминисцентной фитолампе, которая была подключена параллельно.

Что говорит о том, что мощности новой лампы явно им не хватало.

Надо сказать, что светодиодная лампа была подвешена непосредственно над салатами на расстоянии 15 см. от них, чтобы растения получали свет по максимуму. Но 30 Ватт лампы явно не хватило для нормального роста.

Далее была обнаружена неприятная вещь - светодиоды не очень хорошо влияют на здоровье. И какие бы специалисты что не писали бы об их безвредности и прочее, я Вам точно скажу - светодиодные лампы в открытом виде еще как негативно влияют на организм.

Ни в коем случае нельзя смотреть на сами светящиеся светодиоды.  Мало того, что  это опасно для зрения - по словам специалистов на них нельзя смотреть больше 0,25 секунд, так еще сине-красный цвет может спровоцировать сердечный приступ или повышение АД, если долгое время находиться  под таким свечением.

Еще один минус, который мы не совсем учли в своем опыте - это то, что металлический профиль был не алюминиевым и обладал плохой теплопроводностью, что приводило к нагреванию поверхности. Но, так как лампа была не очень мощная, здесь было не критично. 

А вот с другой лампой этот момент уже придется учитывать.

И мы решили не останавливаться на достигнутом - у нас еще оставалось 5 метров светодиодных лент  мощностью 45 Ватт и мы с мужем продолжили свой эксперимент, решив сделать более мощный светильник.

Во-первых, мы теперь использовали уже два куска профиля, надев один на другой и скрепив по краям его изолентой.  Далее, изнутри мы обклеили его алюминиевым скотчем - все это нужно было для увеличения теплопроводности - чтобы светильник не так сильно грелся.

Далее мы наклеили светодиодные ленты по такой схеме: в центре и по бокам по 1 красной ленте мощностью по 12 Ватт, между ними по 1 метру синей мощностью  по 4,5 Ватт. В сумме это и давало 45 Ватт:  12 + 4,5 + 12 + 4,5 + 12 = 45

Соотношение красного к синему получилось по Ваттам 4 к 1.

Визуально свечение действительно было более красноватым и более ярким.

Все салатные растения были поставлены под новую лампу. Полка со всех сторон, кроме окна была завешана фольгированным материалом.

Как видно их фото, на них растения выглядят довольно хилыми и вытянутыми - это был результат предыдущей. лампы.

Сейчас остается ждать новых результатов.

ogorodnikoff.omne.ru

Видимые спектры, ультрафиолетовое излучение и их воздействие на растения. « Прямые руки

Существует много различных факторов влияющих на фотосинтез растений , а именно — процент СО2, водный режим, температура, микро-макроэлементы в растворах гидропоники или в составе почвы  и  др., одним из основных является освещение и фотопериод.Сейчас на рынке можно встретить большую разновидность светодиодных фитоламп и фитосветильников для комнатных растений и овощных культур предлагаемые за неплохие деньги, как правило основная масса продукции собрана из светодиодов двух спектров красного и синего, единственное что их различает между собой — это мощность фитолампы и соотношение красных и синих светодиодов в этих фитосветильниках.

Если ознакомиться со светокультурой таких растений как огурцы и томаты, то можно отметиь такие особенности: для огурцов допустимое  соотношение   синего  (400-500 нм), зелёного, жёлтого (500–600 нм)  и   красного  (600–700 нм) излучения составляет 40:40:20%, в то время как для томатов   65:15:20%. Если на огурцы долго воздействовать красным светом более 40%, то последние начнут чахнуть. Вывод таков, огурцам надо ограничить процент красного облучения. Томаты-же наоборот будут развиваться лучше под фитолампами с большим количеством красного излучения. В этой статье я упоминал о жёлтом и зелёном спектре, многие считают, что этот свет совершенно бесполезен для растений, но это не так. Обратим внимание на кривую синтеза хлорофилла, фотосинтеза имеет прогиб в зелёном спектре между красным и синим спектром, и возрастает от синего к красному в процессе фотоморфогинеза. Так-же известно, что в плотных листьях и стеблях растений под воздействием зелёного и жёлтого света лучше проходит процесс фотосинтеза, из-за хорошей проникающей способности зелёного спектра, зелёный свет проникает к нижним листьям ветвистых растений и к густо-посаженным посевам.Это небольшое отсупление от текста с томатами и огурцами приведено к тому, что со светодиодными светильниками только с красным и синим спектром не так всё просто, все растения разные и потребности у них тоже разные. Самое лучшее освещение для растений дает солнышко или специальные фитолампы, но попробуем разобраться и в остальных спектрах, при помощи которых мы можем приблизить изготовление светодиодной фитолампы близкое по спектру к солнечному свету.

 

 

 

 

 

На спектрограмме можно увидеть, что помимо спектров от 445nm до 660nm есть небольшое количество спектров, которые тоже принимают участие в процессах жизнедеятельности растений, а именно дальний красный спектр и ультрафиолетовое излучение.Итак дальний красный спектр 730nm обладае хорошей проникаемой способностью через толстые слои почвы и слои атмосферы, тормозит процесс фотосинтеза, при этом облучении не синтезируется хлорофил, останавливается строительство светособирающих комплексов, поэтому семена маленьких размеров с маленьким содержанием питательных веществ для начальной активизации не проростают если их укрыть толстым слоем почвы. Вечером солнце заходит за горизонт, лучи света проходят через более толстые слои атмосферы, опять-же дальний красный проникает лучше всех, даже при кратковременном облучением дальним красным происходит отключение всех процессов фотосинтеза перед сном растения. Дальний красный свет граничит с инфракрасным, инфракрасное излучение для растений губительно.

Ультрафиолетовое излучение является невидимым для человеческого глаза световолновым излучением от 10nm до 400nm, дальнее ультрафиолетовое излучение от 10nm-200nm до поверхности земли не доходит т.к. фильтруется атмосферой, по этой причине его второе название-вакуумное УФ излучение  и ближнее от 200-400nm, условно разделяется на три категории волн:

1.Ультрафиолет коротких волн (200-290nm)2.Ультрафиолет  средних волн (290-350nm)3.Ультрафиолет  длинных волн (350-400nm)

Короткие волны ультрафиолета высокоэнергичны, обладают способностью изменять и разрушать биологические молекулы. Белки поглощают излучение в пике 220-240nm, нуклеиновые кислоты 260nm, возбуждение от этих лучей приводит к изменению или вообще к разрыву химических соединений, следствие: белки не выполняют свои функции, нуклеиновые кислоты мутируют. Так-же короткие волны вызывают фотолиз воды образуя свободные активные радикалы и перекись водорода, последние в свою очередь окисляют и разрушают органические молекулы, живые клетки начинают отмирать. Для жизнедеятельности растений короткие волны губительны, правда некаторые лабораторные работы с применением в очень малых количествах этого излучения приводили к положительным результатам скорости роста до 80%, но единой формулы применения этого спектра для всех растений нет, для каждого растения применима определённая доза.

Средние волны ультрафиолета подразделяются на две категории, 290-310nm опасные для человека, т.к. вызывают ожоги кожи, сетчатки глаз и 310-350nm относительно менее вредные. Растения при постоянном облучении средними волнами в больших дозах погибают, в малых дозах усиливается пигментация растений, но если средневолновое излучение использовать в малых дозах кратковременно до 20 минут суммарно каждый день, можно добиться положительных результатов ускорений роста и размеров многих видов растений. Растения томатов вырастают на половину крупнее, растения кукурузы крупнее на четверть, хлопчатник и рис от 30 до 80%. Цветение облучаемых растений наступает раньше сроков, а плоды набирают большую массу. Высокогорные виды растений на средневолновое облучение реагируют ещё сильнее, но превышение доз губительно, приводит к ожогам, измельчению листьев, ослаблению и в итоге к гибели растения. Надо иметь в виду, что работать со средними волнами ультрафиолетового излучения т.к. можно помимо пользы нанести вред не только растениям, но и себе.

Длинные волны ультрафиолета безвредны как для человека, так и для растений. Благополучно сказывается на развитие высокогорных растений при долговременном облучении с общим потоком света, в разы увеличивает синтез алкалоидов, эфирных масел и терпенов-это помогает при выращивании укропа, петрушки и странных ёлочек с непонятными шишками. Увеличивает количество цветковых почек заложенных в памяти растения. Дает возможность выращивать растения длинного и короткого дня с использованием освещения одинаковым по времени досветки, т.е. сглаживает фотопериодические реакции, может вызывать покраснения листьев т.к. вызывает синтез антоцианов и каротиноидов.

Евгений Новичков Январь 28th, 2014

Posted In: Без рубрики

Комментарии: ВКонтакте (0) Обычные (3)

pryamie-ruki.su

Статьи и инструкции о светодиодных светильниках

Несмотря на то, что светодиодные фитолампы сразу имеют свет с теми длинами волн, которые лучше всего подходят для подсветки растений (то есть чаще всего синего и красного света), воздействие фитосветильника на рост будет разным в зависимости от соотношения мощности излучения данных цветов.

Фотосинтез – процесс, при котором растения превращают воду и углекислый газ в органические соединения, используя энергию света. Для этого они используют два типа хлорофилла а и b, с достаточно узким диапазоном поглощения света в красном и синем спектре. Для хлорофилла a пик поглощения это 430нм и 662нм, для b соответственно 453нм и 642нм. Для роста и развития растения более важен хлорофилл a, хлорофилл b только помогает увеличить диапазон спектра поглощения. При этом точность спектра синего света не так важна, растения могут использовать более широкий диапазон, в отличии от красного света.

На самом деле многие производители led  светильников, используя светодиоды, прекрасно понимают, что такой точности в длине волны добиться практически невозможно, при этом экспериментально, эффективность фитоламп высокая, так как свет все равно, расположен вблизи от пика поглощения и практически полностью усваивается растениями. Поэтому правильнее будет говорить о диапазоне используемого света, при этом спектры 430-460 нм для синего и 640-660 нм для красного света можно считать вполне подходящими для выращивания большинства растений. Более подробное описание процесса здесь - http://en.wikipedia.org/wiki/Photosynthesis.          

Для практического применения светодиодных фитосветильников значительно важнее правильное соотношение красного и синего спектров, потому что именно это соотношение формирует развитие растений.

Синий свет с длинами волн 430-460 нм необходим для вегетативной стадии роста, в целом способствуя укреплению растений, развитию корневой системы, стебля, листьев. Для начала развития растения, безусловно, синий свет имеет большее значение, чем красный. При недостатке в спектре синего света растения начнут рано вытягиваться, будут иметь слабый стебель с длинными междоузлиями. При этом на данной фазе роста фотопериод, то есть время и ритм освещенности не имеет большого значения, главное чтобы растению хватало света для собственного развития, то есть можно подсвечивать практически 24 часа в сутки.

Красный свет необходим растениям для цветения и плодоношения. Как только растение определяет, что в освещении превалируют красный свет, это становится сигналом к ускоренному росту, развитию и цветению. Большое количество красного света в спектре в природе возникает при затенении растений и эволюционно в ответ на развитие конкурентов растения начинали бурный рост и плодоношение. Для этой фазы развития растений становится важен фотопериодизм, для каждого вида растения он свой , чаще 12-16 часов. Важно для активации цветения и плодоношения создавать суточный ритм, близкий к природному для данного растения, с достаточным количеством энергии света.

Ультрафиолетовые лучи с длиной волны 315-380 нм задерживают «вытягивание» растений и стимулируют синтез некоторых витаминов, а ультрафиолетовые лучи с длиной волны 280-315 нм повышают холодостойкость. Лишь желтые (595-565 нм) и зеленые (565-490 нм) не играют особой роли в жизни растений.

В зависимости от того что вашим растениям необходимо, какую фазу роста и развития вы хотите подсвечивать, вы можете выбрать соответствующие светильники. При этом, несмотря на то, что реальную фотосинтетическую активную радиацию, то есть полезную энергию, которую излучают светодиоды красного и синего цвета, подсчитать достаточно трудно в связи с разной энергией квантов, общее грубое соотношение известно.

Большинство производителей, говоря о нейтральном воздействии света на растения, называют соотношение 4-6 красных на 1 синий светодиод. Соответственно если вам нужно стимулировать больше вегетативное развитие, то соотношение красных и синих, должно быть меньше чем 4 красных на 1 синий, либо полностью синие светодиоды. Если необходимо стимулировать цветение, то красного должно быть больше чем шесть к одному, или только красные светодиоды.

При правильном использовании светодиодных фитосветильников, за счет возможности эффективно воздействовать на разные фазы развития растений, можно в любое время года, независимо от естественного освещения, получить прогнозируемый результат.

Каталог: фитосветильники и лампы

svgorod.ru

Спектры в агрофотонике. Как спектр освещения влияет на развитие и плодоношение растений, выращиваемых в искусственных условиях. Фитосветильники для растений

Введение

Производительность всей системы выращивания определяет количественный критерий оценки – например, полезная масса сухого вещества или объем целевого экстракта из листьев/корней. Для качественной оценки можно анализировать  химический состав растений и морфология (отклонение формы и размеров стебля/листьев/плода).

Для большинства культур лучший урожай и качество продукции могут быть получены при обеспечении растениям комфортных условий, где все основные физиологические потребности максимально приближены к естественным уровням.

Таким образом, в большинстве практических задач за эталон для сравнения и оценки результатов искусственного выращивания можно брать растение, выращенное в естественных условиях. Естественные условия для конкретной культуры, как правило, соответствуют климату в регионе его изначального происхождения.

Основы

Рассматривая процесс выращивания растений как замкнутую систему, можно  выделить следующие основные факторы, влияющие на  результат (см. рис. 1):

- солнечный свет, основной источник энергии - содержание диоксид углерода (СО2) в воздухе (углерод - основной элемент, используемый для формирования новых клеток)  - вода, в основном, как источник кислорода, входящего в ее состав, необходимого для реакции фотосинтеза - температура окружающего воздуха.

Рис. 1

Оптимальная температура фотосинтеза для большинства растений средней полосы составляет примерно 20—25°С. Например, для подсолнечника повышение температуры в интервале от 9 до 19°С увеличивает интенсивность фотосинтеза в 2,5 раза. [1]

Так, при фотосинтезе за счет энергии света происходит образование органических веществ (углеводов) при участии хлорофилла.  Хлорофилл (от греч. χλωρός, «зелёный» и φύλλον, «лист») — зелёный пигмент, окрашивающий хлоропласты растений в зелёный цвет [1].

Таким образом, количество света является важным фактором, влияющим на интенсивность роста растений. [2]

Также на протяжении многих лет эволюции этот процесс адаптировался к суточному циклу “день/ночь”. Днем под воздействием света вода разделяется на кислород и водород, а растение запасает энергию и питательные вещества. Ночью, в темноте углекислый газ под воздействием запасенной энергии соединяется с водородом, образуя молекулы углеводов, т.е. происходит собственно рост культуры. 

Таким образом, при искусственном выращивании растений важно обеспечить не только высокую освещенность, но и правильную цикличность включения света, чтобы получить лучший результат.

О спектрах 

Современные светодиодные технологии позволяют форматировать сложные спектры освещения растений. Рассмотрим, каким образом спектр влияет на процесс роста. 

На рис. 2 детально показаны энергетические спектры поглощения базовых пигментов растения.

Рис. 2

Видно, что помимо традиционно упоминаемых пигментов хлорофилла с пиками поглощения в диапазоне 400-500 нм и 650-700 нм, на процессы роста также влияют вспомогательные пигменты из семейства светособирающих фикобилипротеинов.

В некоторых исследованиях спектры поглощения основных пигментов суммируются для формирования “универсального” спектра, форма которого показана на рис. 3.

Рис. 3

Для количественной оценки светового воздействия на растения используется фотосинтетически активная радиация (ФАР). В англоязычной литературе - Photosynthetic Photon Flux (PPF). Поток ФАР/PPF измеряется как число фотонов, излучаемых источником света, которые могут быть поглощены растением при фотосинтезе (диапазон длин волн от 400 до 700 нм).

Величина PPF рассчитывается без учета неравномерного поглощения растением различных энергии различных длин волн. Поэтому в дополнение к PPF иногда используется величина YPF – Yield Photon Flux  - т.н. усваиваемый растением поток фотонов. Для расчета YPF используется взвешенное значение ФАР и спектр эффективности фотосинтеза как весовые коэффициенты. 

Спектр эффективности фотосинтеза показан на рис. 4.

Рис. 4

Кривая весового коэффициента для фотонов (Photon-weighted) позволяет перевести PPFD в YPF; кривая весового коэффициента энергии (energy-weighted) позволяет сделать то же самое для ФАР, выраженной в ваттах или джоулях.

Рассмотрим подробнее, как влияет на растения излучение в различных участках этого диапазона.

Ультрафиолет C (280 -  315 нм)

Облучение растений таким излучением имеет негативные последствия, может приводить к гибели клеток и обесцвечиванию листьев/плодов.

Ультрафиолет B (315-  380 нм)

Это излучение не имеет видимого эффекта на растения.

Ультрафиолет A (380 -  430 нм)

Передозировка ультрафиолетового излучения может быть опасна для листвы, однако малые дозы излучения поглощаются в процессе цветения и созревания плодов и влияют на цвет и биохимический состав (вкус). Как правило, дозы, получаемые растением под воздействием естественного света, достаточны для поддержания этих процессов. 

Синий свет (430-450 нм)

Как показано выше, эта часть спектра хорошо поглощается большинством основных пигментов растения. Эта часть спектра может влиять на морфологию растения: размер и форму куста/листьев, длину стебля. Ряд исследований показывает лучшую эффективность синего цвета на раннем этапе развития растения (вегетативная фаза).  Синий свет способствует открытию устьиц, увеличению количества белка, синтезу хлорофилла, делению и функционированию хлоропластов, сдерживанию роста стебля.

Зеленый свет (500-550 нм)

Значительная часть этого диапазона отражается от листьев, однако нельзя недооценивать роль и этого участка спектра на полноценное развитие растений. Так, например зеленое излучение, отражаясь от верхних листьев растения, обладает лучшей проникающей способностью и способствует более равномерному развитию листьев, на нижних уровнях, находящихся в тени более крупных соседей (рис. 5) [5]. 

Рис. 5

Также, управление уровнем зеленого в спектре облучения позволяет контролировать время наступления и длительность фаз прорастания и цветения.

Оранжевый свет (550-610 нм)

С точки зрения рассмотренных выше спектров поглощения хлорофиллов, этот диапазон имеет незначительный уровень отклик. Однако, успешный опыт применения натриевых ламп, излучение которых в основном лежит в этом диапазоне, подтверждает, что фактически растения способны развиваться даже при не оптимальном спектральном составе освещения.

Красный (610-720 нм)

Наиболее эффективный диапазон, с точки зрения количества фотонов, поглощаемых растением в процессе на всех этапах развития.  Красный свет способствует цветению, прорастанию почек, росту стеблевых листьев, опадению листьев, спячке почек, этиоляции и т.д.

Дальний красный (720-1000 нм)

Несмотря на незначительный отклик в спектрах поглощения основных пигментов, дальний красный диапазон выполняет своего рода “сигнальную” функцию – как и в случае с зеленым цветом, корректировка уровня дальнего красного позволяет повлиять на время наступления и длительность фазы цветения и плодоношения.

Инфракрасный  (1000 нм и выше)

Все излучение в этом диапазоне конвертируется в тепло, дополнительно влияющее на температуру растения. 

Следует помнить, что для естественного солнечного света более 80% энергии излучается именно в  инфракрасном диапазоне. Если растение в искусственных условиях облучается только в диапазоне 400-700 нм, то нужно дополнительно предусмотреть запас мощности в системе отопления для поддержания комфортной температуры.

Потребности растения на разных этапах роста

Как было отмечено выше, свет является не только источником энергии, контролирующим фотосинтез. Различные участки спектра воспринимается растением как сигналы, влияющие на многие аспекты роста и развития (прорастания, деэтиоляция) Изменения в развитии растений, связанные со светом являются результатом фотоморфогенеза.

На схеме на рис.6 показаны основные эффекты, стимулируемые различными цветами на протяжении жизненного цикла растения.

Рис. 6

Рассмотрим более подробно влияние света на различных этапах 

Синтез хлорофилла

Самое большое количество хлорофилла вырабатывается при синем свете, меньшее – при белом и красном, самое меньшее - при зеленом свете и в тени. При разном свете, соотношение хлорофилла A и B также не одинаковое. Самая большая разница в соотношении А и B при желтом и синем свете. Красный свет способствует большой выработке хлорофилла типа A.

Для светолюбивых растений подходит синий свет, для тенелюбивых растений подходит красный свет.

Цветение

Соотношение между длительностью светового периода и периода темноты называется фотопериодом. Общая протяженность суток – 24 часа, однако в зависимости от разной широты и времени года, протяженность дня и ночи неодинаковая. В зависимости от разных климатических условий и места произрастания, фотопериод у разных растений неодинаков. Цветение, опадение листьев, спячка почек – всё это является реакцией растения на изменение фотопериода.

Растения, которые готовы начать цвести, зацветут при наступлении подходящего фотопериода. Количество дней до начала цветения определяется возрастом растения. Чем старше растение, тем оно быстрее зацветет. Под воздействием фотопериода оказываются листья растений. Чувствительность листьев к изменению фотопериода связана с возрастом растения. Чувствительность старых листьев и молодых листьев неодинаковая. Наиболее чувствительными к изменению фотопериода являются растущие листья.

Накопление питательных веществ и рост растений регулируются  излучением в красном и дальним красном диапазоне.  Размножение определяется, синим светом. Фитохром, содержащийся в листьях, может принимать сигналы красного света и дальнего света. Растение готовое к цветению, зацветет, если последнее излучение будет красным дальним светом.

На рис. 7 показаны спектры поглощения растений при синтезе хлорофилла, фотосинтезе и фотоморфогенезе.

Рис. 7

Светодиоды

Современные мощные светодиоды, применяемые в искусственном освещении растений, позволяют сформировать монохромное излучение фактически в любой части спектра, рассмотренной выше. Примеры спектров светодиодов показаны на рис. 8

Рис. 8

Стоит отметить светодиоды с длиной волны 450 нм (“глубокий синий”) и 660 нм (“дальний красный”), как составляющие, совпадающие с пиками поглощения хлорофиллов. Как было отмечено выше, наличие светодиодов пиком излучения в других частях спектра, позволяет дополнительно стимулировать другие участки спектра поглощения. Белые люминофорные светодиоды (серая кривая на рис. 8) имеют в составе своего спектра относительно широкую область излучения люминофора, а также синий пик непоглощенного люминофором излучения синего кристалла.

Комбинация светодиодов различных цветов в одном светильнике с возможностью независимого управления позволяет сформировать фактически любой спектр для конкретной культуры и фазы ее развития.  Примеры спектров, используемых в различных сценариях освещения растений,показаны на рис. 9

Рис. 9

Отдельно стоит рассмотреть спектр облучения, получаемый растением, когда на него воздействует одновременно естественное излучение и излучение системы светодиодной досветки. Предположим. что в светильнике для досветки используются синие и красные светодиоды в соотношении примерно 1:2 (по уровню энергии), для стимуляции хлорофиллов на стадии вегетативного роста. 

Пример такого спектра показан на рис. 10

Рис. 10

В реальности же на листья растений будет также воздействовать спектр солнечной радиации, и суммарный спектр облучения будет выглядеть следующим образом (рис. 11).

Рис. 11

Видно, что в этом случае растение монохромная досветка в сочетании с широкополосным естественны излучением дает спектр, стимулирующий все основные зоны поглощения растений. Результирующий спектр по форме близок к суммарному спектру поглощения всех основных пигментов растения, рассмотренному выше.

Заключение

Подводя итоги данного обзора можно отметить следующее:

Спектральный состав света является важным фактором для продуктивного выращивания культур в искусственных условия, однако, не первичным. Получить прирост урожая за счет оптимизации спектра можно при обеспечении растению достаточного уровня базовых потребностей (температура, вода, CO2, вентиляция). Количество света также является более приоритетным параметром по сравнению с его спектральным составом.

Современные светодиоды позволяют эффективно сформировать излучение в спектральном диапазоне поглощения растений. Причем возможно применение т.н. монохромных светодиодов с различными цветами (длиной волны излучения) и традиционных белых “люминофорных” светодиодов, обеспечивающих равномерное широкополосное излучение.

Наличие в светильнике светодиодов с различными цветами и технологии независимого управления ими позволяет исследовать влияние спектра на эффективность выращивание отдельно взятой культуры в конкретных условиях и выработать оптимальный баланс цветов для лучшей урожайности.

Список литературы

Физиология растений. Н.И. Якушкина. Издательство: "Владос". Год: 2004

Исследования над образованием хлорофилла у растений. Монтеверде Н. А., Любименко В. Н. Известия Императорской Академии наук. VII серия. — СПБ., 1913. — Т. VII, № 17. — С. 1007–1028.

Создание эффективных светодиодных фитосветильников. Cакен Юсупов, Михаил Червинский, Екатерина Ильина, Владимир Смолянский. Полупроводниковая светотехника N6’2013

Contributions of green light to plant growth and development. Wang, Y. & Folta, K. M.  Am. J. Bot. 100, 70-78 (2013).

15 Июня 2018

aurora-leds.ru

Влияние спектра ламп на фотосинтез

В растениеводстве при использованиии светокультуры или для дополнительной подсветки растений применяются различные типы ламп. Основными характеристиками при выборе лампы служат световой поток, измеряемый в люменах (Лм) и цветовая температура, измеряемая в градусах Кельвина (К). Часто путают величины светового потока (люмены) и освещенность (люксы). Световой поток характеризует источник света, а освещенность - поверхность, на которую падает свет. Источник света со световым потоком 1 Лм создаёт на равномерно освещенной поверхности площадью 1 м2 освещенность, равную 1 Лк.

Цвет излучения лампы характеризуется цветовой температурой. Это измерение основано на сравнении цвета лампы с цветом нагретого куска металла, который изменяется от красно-оранжевого до синего цвета с повышением температуры. Температура нагреваемого металла, при которой его цвет наиболее близок к цвету лампы, называется цветовой температурой лампы. Лампа, предназначенная для освещения растений, должна содержать как красные, так и синие области спектра. На основе экспериментов Н.Н.Протасовой установлено, что лучшие результаты были получены под излучением фитоламп, у которых к красному свету было добавлено 25% излучения в синей области. При этом варианте освещения растения были правильно сформированы и имели наибольшую массу плодов. Так же, хороший результат был получен также под излучением красных ламп с добавкой 14% синего света, где стабильно наблюдался интенсивный рост площади листьев, плоды были хорошо сформированы и созревали на несколько дней раньше, чем под зеленым и синим светом. Растения на красном свету имели почти в 3 раза большую площадь листьев - 79 дм2 по сравнению с вариантом на синем свету (27 дм2). Наименьший урожай был получен под зеленым светом. Эти растения имели тонкие листья с низкой удельной и оптической плотностью, меньшим содержанием хлорофилла и худшими показателями интенсивности фотосинтеза в пересчете на. единицу площади листа. Число клеток и хлоропластов в единице площади листа, сформированного на зеленом свету, было на 50-60% меньше, чем на синем свету, что, вероятно, и послужило причиной низкого фотосинтеза на единицу площади листа, при том что на зеленом свету формируется вполне активный хлоропласт, он также интенсивно фиксирует СО2 , как и хлоропласт на синем свету. У растений на синем свету наблюдался заторможенный рост листьев и осевых органов. При этом удельная плотность листьев, содержание в них пигментов, интенсивность фотосинтеза имели максимальные показатели, а площадь листьев была наименьшей. По массе плодов растения значительно уступали варианту на красном свету. На синем свету число клеток и хлоропластов в 1 см2 листа было значительно больше, чем на красном и зеленом свету, и наблюдался самый высокий фотосинтез на единицу площади листа. На синем свету в листьях образуется значительно большее количество ингибиторов роста (абсцизовой кислоты, оксикоричных кислот и др.) по сравнению с растениями, выращенными на красном и зеленом свету, что приводит к формированию укороченных стеблей и более толстых листьев. На белом свету растения имели лучшие показатели, чем под синим и зеленым, но худшие, чем под излучением красных ламп, так как у белых ламп излучение в красной области составляет всего 22-26%. Как показали опыты, красный свет с максимумом излучения 640-670 нм способствует интенсивному росту листьев и осевых органов. На красном свету наблюдается самый высокий ростовой эффект, стимулированный, вероятно, и фоторецептором красного света - фитохромом. Синий свет тормозит рост стебля и площадь листьев, что приводит к формированию растений с низкой продуктивностью. В зеленой области спектра (максимум излучения 520-550 нм) формировались тонкие листья с меньшим числом клеток и хлоропластов и самым низким фотосинтезом на единицу площади листа, но самым высоким фотосинтезом в расчете на хлоропласт; продуктивность растений была низкой. Каждая из трех основных областей спектра (синяя, зеленая и красная), взятая в отдельности, мало пригодна для выращивания растений, и только излучение, взятое в определенном соотношении энергии по всему спектру, может обеспечить выращивание полноценных растений. Сильное нарушение этого соотношения, например, когда растения получают максимум излучения только в синей области спектра, приводит к формированию низкорослых растений с высоким фотосинтезом, но низкой продуктивностью. Избыток излучения в красной области спектра, наоборот, приводит к излишнему росту вегетативных органов в ущерб генеративным. Спектральный состав света, так же как и его интенсивность, является сильным морфогенетическим фактором, регулирующим как ростовые, так и фотосинтетические реакции в системе целого растения. При этом желательно иметь следующее соотношение энергии по спектру в растениеводческих лампах для многих сельскохозяйственных растений: 25-30%-в синей области (380-490 нм), 20% в зеленой (490-590 нм) и 80% - в красной области (600-700 нм). Такое соотношение различных частей спектра позволяет выявить генетический потенциал растений, который обычно не реализуется полностью в полевых условиях, где фотосинтез и рост трудно сбалансировать.

www.avroragro.ru


Sad4-Karpinsk | Все права защищены © 2018 | Карта сайта