Основные климатические факторы, необходимые для жизни растений. Фар растений
16. Фотосинтетическая активная радиация.
Это часть солнечной энергии, которая может использоваться растениями для фотосинтеза. Соответствует полосе видимого света (с длиной волны 380-710 нм) и составляет около 40% от суммарной энергии солнечного излучения.
17. Коэффициент усвоения фар.
Коэффициент усвоения ФАР (КФ) - количество аккумуляторной в биомассе энергии на единицу площади посева в процентах от поступившей на эту площадь за время вегетации ФАР.
Средние значения коэффициента усвоения ФАР: 1,5 - 3,0 % хорошие.
(Разные участки спектра имеют разную эффективность усвоения, у красных лучей больше, у синих - меньше, в среднем по спектру считается возможной фиксация 22% энергии ФАР. В среднем на Земле усваивается около 0,2% от ФАР, в рекордных полевых посевах достигнут уровень фиксации 2,5%, а в экспериментах до 5% ФАР).
18. Фар для теплового режима.
Температурный эффект определяется тем, что около 70% солнечных лучей, поглощенных растениями, превращается в тепло, используемое на транспирацию, регулирование температуры растений и пр. Это – важный экологический фактор, определяющий условия реализации температурного оптимума существования всех агроэкосистем. При температурах выше и ниже оптимума эффективность процессов в экосистемах снижается. В естественных экосистемах стремление к оптимуму проявляется формированием списка видов в эволюции, за миллионы лет. В агроэкосистемах подобное достигается за счет интродукции и селекции.
19. Фар для фотосинтеза.
Фотосинтез - использование фотосинтетически активной радиации (ФАР), видимой части света с длиной волны 380-710 нм. Разные участки спектра имеют разную эффективность усвоения, у красных лучей больше, у синих - меньше, в среднем по спектру считается возможной фиксация 22% энергии ФАР. В среднем на Земле усваивается около 0,2% от ФАР, в рекордных полевых посевах достигнут уровень фиксации 2,5%, а в экспериментах до 5% ФАР; ФАР составляет около 40% солнечной радиации.
20. Верхний лимит орган. вещества, кот. создается при фотосинтезе.
Обусловлен величиной поступления солнечной радиации и генетическими особенностями растений.
21. Особенности биохимии фотосинтеза растений С3.
У них имеется так называемая фотореспирация (дыхание на свету), первый продукт фотосинтеза имеет три атома углерода в цепи. С3 - северные растения (хлеба 1 группы, свекла, картофель, зернобобовые и др), считается, что фотореспирация у них повышает холодостойкость, но снижает скорость фотосинтеза, которая составляет у них 25-30 мг СО2 на 1 дм2 за час.
22. Особенности биохимии фотосинтеза растений С4.
Это растения без фотореспирации, у которых первыми синтезируются 4-углеродные вещества. Растения С4 имеют более высокую скорость фотосинтеза, до 60 мг СО2 на 1 дм2 за час, но хуже переносят холода (низкие положительные температуры), а при отрицательных гибнут (кукуруза, просо, сорго, рис, сахарный тростник).
23. Какие условия необходимы для лучшего усвоения ФАР?
Для усвоения ФАР важное значение имеет распределение культур по элементам рельефа, густота посевов, геометрия рядков и ориентация размещения их в пространстве. Лучшим считается размещение рядков с севера на юг. В таком случае максимум взаимного отенения растений приходится на максимальное полуденное освещение. Утром и вечером при боковом освещении растения в рядках освещаются полнее.
В производственных посевах влияние света регулируется частично путем вложения дополнительной энергии в виде механизации, химизации, селекции (обобщенно - инвестиций в интенсификацию технологии земледелия).
studfiles.net
Биология для студентов - 10. Значение света в жизни растений и их распределении в сообществе. Спектральный состав света, понятие о ФАР
Живая природа не может существовать без света, так как солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, является практически единственным источником энергии для поддержания теплового баланса планеты, создания органических веществ фототрофными организмами биосферы, что в итоге обеспечивает формирование среды, способной удовлетворить жизненные потребности всех живых существ. Световой режим любого местообитания зависит от его географической широты, высоты над уровнем моря, состояния атмосферы, растительности, сезона и времени суток, солнечной активности и т. д. Поэтому разнообразие световых условий на нашей планете чрезвычайно велико: от таких сильно освещенных территорий, как высокогорья, пустыни, степи, до сумеречного освещения в водных глубинах и пещерах.
Биологическое действие солнечного света зависит от его спектрального состава, продолжительности, интенсивности, суточной и сезонной периодичности.
Солнечная радиация представляет собой электромагнитное излучение в широком диапазоне волн, составляющих непрерывный спектр от 290 до 3 000 нм. Ультрафиолетовые лучи (УФЛ) короче 290 им, губительные для живых организмов, поглощаются слоем озона и до Земли не доходят. Земли достигают главным образом инфракрасные (около 50% суммарной радиации) и видимые (45%) лучи спектра. На долю УФЛ, имеющих длину волны 290—380 нм, приходится 5% лучистой энергии. Длинноволновые УФЛ, обладающие большой энергией фотонов, отличаются высокой химической активностью. В небольших дозах они оказывают мощное бактерицидное действие, способствуют синтезу у растений некоторых витаминов, пигментов, а у животных и человека — витамина D; кроме того, у человека они вызывают загар, который является защитной реакцией кожи. Инфракрасные лучи длиной волны более 710 нм оказывают тепловое действие.
В экологическом отношении наибольшую значимость представляет видимая область спектра (390—710 нм), или фотосинтетически активная радиация(ФАР), которая поглощается пигментами хлоропластов и тем самым имеет решающее значение в жизни растений. Видимый свет нужен зеленым растениям для образования хлорофилла, формирования структуры хлоропластов; он регулирует работу устьичного аппарата, влияет на газообмен и транспирацию, стимулирует биосинтез белков и нуклеиновых кислот, повышает активность ряда светочувствительных ферментов. Свет влияет также на деление и растяжение клеток, ростовые процессы и на развитие растений, определяет сроки цветения и плодоношения, оказывает формообразующее воздействие. Свет с разной частотой излучения (и разного цвета в видимом диапазоне) по-разному влияет на рост, развитие растений и фотосинтез. В основном растения поглощают синий и красный цвет, а зеленый отражают или пропускают. В результате зеленый свет используется листьями наименее эффективно. Именно поэтому листья растений, в основном, зеленого цвета. Зависимость поглощения и усвоения энергии растениями от длины волны светового излучения называют энергетическим спектром фотосинтетической активной радиации (излучения). По сути, фотосинтетическое активное излучение — это поток энергии определенного спектра, обычно мощность излучения
Поглощаемая растениями энергия света расходуется на фотосинтез, фотоморфогинез, синтез хлорофилла, а часть энергии идет на нагрев и переизлучение. Активность этих процессов зависит от длины волны по-разному. Изменяя составляющие излучения синей, зеленой и красной части спектра, можно влиять на прорастание, рост или торможение разных биологических процессов и стадий фотосинтеза. Исследования показали, что ФАР – излучение оказывает влияние не только на растения, но и значительно замедляет развитие патогенных грибков и бактерий на облучаемых растениях.
Все растения по-разному воспринимают разные длины волн в спектре ФАР. Это связано с разным поглощением разных типов пигментов в листьях. Основные пигменты листьев — хлорофиллы a и b, поглощают свет синего и красного диапазонов, каротиноиды поглощают свет синего диапазона. Обобщение данных поглощения света листьями разных культур позволило рассчитать специалистам Конструкторского бюро «Оптимум» эффективную спектральную кривую поглощения «среднего» зеленого листа и спектры для основных агропромышленных культур (томатов, огурцов, перцев).
Усвоение растением фотосинтетически активной радиации
Характеристика основных показателей фотосинтеза: интенсивности и продуктивности.
Фотосинтез характеризуется следующими количественными показателями:
- интенсивностью фотосинтеза,
- продуктивностью фотосинтеза.
Интенсивность (скорость) фотосинтеза - это количество углекислого газа, которое усваивается единицей листовой поверхности за единицу времени. В зависимости от вида растения этот показатель колеблется от 5 до 25 мг СО2/дм2. ч.
Продуктивность фотосинтеза - это отношение суточного увеличения массы всего растения (в граммах) к площади листьев. В среднем эта величина составляет от 5 до 12 г сухого вещества на 1 м2 листовой поверхности в сутки.
Существует большое количество методов определения этих количественных показателей.
Интенсивность фотосинтеза можно определять:
- газометрическими методами,
- радиометрическими методами.
С помощью газометрических методов можно определить либо количество усвоенного углекислого газа, либо количество выделенного кислорода. При этом используют как весовые показатели поглощаемых или выделяемых газов, так и объемные показатели, показатели давления, показатели окраски, показатели теплопроводности определяемых газов.
С помощью радиометрических методов определяют интенсивность поглощения С14О2 растением по наличию в нем С14 или изменение радиоактивности газовой смеси.
Фотосинтетически активная радиация (ФАР) - это та часть солнечного излучения, которая способна поглощаться хлорофиллами в процессе фотосинтеза. ФАР имеет спектр волн от 380 до 710 нм и состоит из прямыцх солнечных лучей и рассеянного света, интенсивность которого равна 1/3 прямой солнечной радиации. В рассеянном свете на долю ФАР приходится до 90%, то есть рассеянный свет в отличие от прямых солнечных лучей может быть поглощен растением почти полностью.
Фотосинтетически активная радиация
Интенсивность фотосинтеза максимальна в красной части спектра и минимальна в синей и зеленой частях.
ФАР по разному поглощается листьями разных растений. Этот процесс определяется количественным и качественным составом пигментов в листе. Утром и вечером фотосинтез у растений с достаточным запасом хлорофилла наиболее интенсивен.
О степени использования растением фотохимической активности хлорофилла судят по ассимиляционному числу - то есть по количеству углекислого газа, ассимилированного единицей хлорофилла в единицу времени.
У растений с темно-зелеными листьями ассимиляционное число невелико, это растения, обитающие в основном в тени, у растений со светло-зеленой окраской - этот показатель значительно выше, так как это светолюбивые растения.
Основное поглощение ФАР происходит в верхних ярусах посева, так же и содержится большее количество хлорофилла.
Поглощение лучистой энергии листом выражается формулой:
Q = R + T + A,
где Q - количество радиации, падающей на лист, R - отраженная радиация, в%, Т - пропущенная радиация, в%, А - поглощенная радиация, в%. Все три показателя зависят от содержания хлорофилла в листе.
Фотосинтез возможен при минимальной интенсивности света, при увеличении интенсивности света до 1/3 от полного солнечного освещения интенсивность фотосинтеза возрастает, при еще более высокой освещенности интенсивность фотосинтеза повышается незначительно, а при максимальном освещении наступает световое насыщение фотосинтеза и вступает в действие механизм фотодыхания.
Общее количество солнечной радиации, падающее на 1 га за период вегетации, составляет 21.109 кДж, из них ФАР - только 8.109 кДж, то есть всего около одной трети.
Количество ФАР, поглощенной посевом определяют по формуле:
П = Q - R - Тп + Rп
где П - поглощенная посевом радиация, Q - суммарная радиация, падающая на посев, R - радиация, отраженная от посева и вышедшая за пределы его верхней границы, Тп - радиация, проникшая к почве, Rп - радиация, отраженная от почвы под растительностью.
Коэффициент поглощения энергии ФАР (Qп) посевом определяют делением обеих частей формулы на Q:
Qп = П/Q = 1 - R/Q - Тп/Q + Rп/Q,
где R/Q - альбедо посева, показывающее, какая доля падающей радиации отражается посевом, Тп/Q - коэффициент пропускания, показывающий, какая доля падающей радиации (Q) достигает почвы под растительностью, Rп/Q - альбедо почвы под растительностью.
Эффективность фотосинтеза можно характеризовать коэффициентом полезного действия, который определяют по формуле:
Е% (КПД) = В.100/А,
где А - количество энергии, поступившей за период вегетации на 1 га посева, или энергии, которая была поглощена посевом, в кДж, В - количество энергии, накопившейся в органической массе урожая (биологического или хозяйственного), в кДж.
Доказано, что для образования продуктов фотосинтеза при всех благоприятных условиях (орошение, высокая концентрация СО2) солнечная энергия используется только на 2%. В среднем КПД фотосинтеза сельскохозяйственных растений в реальных условиях составляет около 0,5-1% (то есть около 16 кДж/м2 в час ), теоретически же возможно повышение уровня этого показателя до 4-6%. Одной из самых насущных задач, стоящих перед практическим сельскохозяйственным производством, и является повышение эффективности фотосинтеза
biofile.ru
Фитоосвещение
Фитоосвещение, или фитолампа — особый источник света, спроектированный таким образом, чтобы стимулировать процесс фотосинтеза в растениях. В чем же заключается эта особенность?
Для процесса фотосинтеза, происходящего в растениях, необходим свет. Но не весь свет одинаково эффективен, а некоторый даже нежелателен. Растения тысячелетиями адаптировались к солнечному свету, поэтому он — идеальный источник света для них. Каждой климатической зоне свойственна своя флора, какие-то растения привыкли к длинному световому дню с большой интенсивностью света, какие-то к короткому с меньшей интенсивностью, но во всех случаях есть характерная черта — чувствительность к свету определенного спектра:
Как видно из графика, удовлетворить потребности основных компонентов, участвующих в фотосинтезе можно красным и синим светом. Зеленый практически бесполезен, растения отражают его, поэтому мы и видим их зелеными. С учетом этого, и разрабатывают светодиодные фитолампы, их спектр излучения соответствует наибольшей эффективности как самого источника — потому что не тратится энергия на лишнее (зеленое, тепловое…) излучение, так и фотосинтеза — т. к. спектр светодиодов соответствует пикам светочувствительности растений. На графике типичный спектр светодиодной фитолампы Алмаз-12, в сравнении с часто используемой натриевой газоразрядной лампой (ДНаТ):
Алмаз-12 состоит из 2-х групп светодиодов - синего и красного, с длинами волн 460 нм и 660 нм соответственно.
Сколько нужно света растениям?
Для измерения освещенности, воспринимаемой человеческим глазом, используют величину— люкс. Люкс равен освещенности от источника света с потоком 1 люмен, который падает на площадь 1 м2. Но при измерении светового потока в люменах, учитывается чувствительность человеческого глаза к определенным длинам волн. Люди не видят ультрафиолет и инфракрасное излучение, а растения - «видят». Для описания количества света, воспринимаемого растениями, существует параметр ФАР — фотосинтетически активная радиация (излучение), измеряется в мкмоль/с*м2. К сожалению измерение этого параметра требует дорогостоящего оборудования, и редко доступно пользователю, поэтому для светодиодной фитолампы можно исходить из уровня 8-10 Вт на 1 м2. Это обеспечит ФАР с приблизительным уровнем 300 мкмоль/с*м2. Ориентировочные уровни ФАР для разных растений:
Недостаток света угнетает процесс роста, как и чрезмерное его количество.
На какой высоте располагать фитолампу?
Для примера возьмем фитолампу Алмаз-12. В ней на светодиодах установлены линзы, и поэтому угол рассеивания света составляет 45o.:
На расстоянии 50см от светодиодной фитолампылампы, уровень ФАР около 400 мкмоль/с*м2, интенсивность излучения больше по центру, и спадающая к краям. При удалении в 2 раза, ФАР падает в 4 раза. Таким образом можно подобрать высоту соответствующую практически всем растениям. При этом светодиодная фитолампа нагревается до температуры 50o.-70o C, поэтому можно не бояться обжечь растение, как это может произойти в случае с газоразрядными лампами.
Для больших площадей, освещение можно устроить с помощью фитоламп в корпусе Т8, или использовать светодиодную фитопанель, размером 305х305мм:.
www.icled.ru
Основные климатические факторы, необходимые для жизни растений
Исследование климатических ресурсов применительно к разным аспектам сельскохозяйственного производства представляет сложную задачу, так как все компоненты, входящие в нее (живые объекты и климат), характеризуются большой изменчивостью.
Агроклиматология имеет дело со сложной взаимосвязанной динамикой сельскохозяйственных объектов и климата. Климат любой местности определяется большим числом элементов. При решении различных вопросов агроклиматологии важно знать, какие элементы являются основными для жизни растений, а какие — второстепенными.
В результате многочисленных исследований, выполненных биологами, физиологами, агрометеорологами и другими специалистами, получены ценные сведения об отношении растений к различным климатическим факторам. Многие агроклиматические закономерности базируются на двух законах биологической науки, имеющих исключительное значение,— равнозначности факторов жизни и неравноценности факторов среды. Оба эти закона не противоречат друг другу, так как факторы жизни и факторы среды — разные понятия. По этому поводу Т. Д. Лысенко писал: «Внешняя среда, в которой развивается данное растение, и условия, необходимые растению для прохождения как всего цикла развития, так и отдельных стадий развития, далеко не тождественны».
К факторам жизни растений, по многочисленным исследованиям К. А. Тимирязева, А. Н. Бекетова, В. И. Палладина, Д. Н. Прянишникова, Н. И. Вавилова, И. В. Якушкина и других, следует отнести тепло, свет, влагу, воздух и питательные вещества. Равнозначность факторов жизни означает, что ни один из них не может быть заменен другим. Например, свет не может быть заменен теплом, тепло не может быть заменено влагой и т. д.
Это положение можно проиллюстрировать следующими двумя примерами. Злаковые растения в период своего развития проходят световую стадию. В зависимости от биологических особенностей для прохождения этой стадии растениям необходимы определенные условия освещения. Если эти условия отсутствуют, растение не дает урожая, хотя бы все остальные факторы жизни находились в оптимуме. Второй пример. В процессе роста и развития каждое растение нуждается в различных, но вполне определенных уровнях температур. Если необходимый уровень температур не будет достигнут, то растение не получит должного развития и, следовательно, также не будет оптимального урожая.
Сущность второго биологического закона сводится к тому, что многочисленные факторы среды, характеризующие климат, оказывают на растения неравноценное воздействие.
Исходя из двух указанных законов значительно упрощается подход к оценке климатических элементов в агроклиматологии. Элементы климата (по их значимости для растений) можно разделить на основные и второстепенные. Такое распределение весьма существенно, ибо оно помогает разобраться в многообразии и иногда противоречивом воздействии факторов среды на жизнедеятельность растений. Второстепенные факторы не оказывают существенного влияния на жизнь растений. Наиболее часто они лишь корректируют действие основных факторов, усиливая или ослабляя их. Например, такой второстепенный фактор, как облачность, может несколько изменить количественный и качественный состав света, влажность воздуха влияет на тепловое состояние растений и т. д.
Второстепенные факторы приобретают самостоятельное значение лишь тогда, когда они достигают значительной интенсивности. В таких случаях они подлежат раздельному учету, ибо становятся опасными для жизни растений. Например, необходимо учитывать длительные туманы в период созревания пыльцы, выпадение крупного града, интенсивные суховеи и засухи, губительные заморозки. Однако и в таких случаях влияние второстепенных факторов часто ограничено определенным временем, территорией, конкретными видами растений, фазами их развития. Суховей, например, приносит вред в период цветения и налива зерна. Если же при суховее запасы влаги в почве оптимальные, а относительная влажность в травостое около 60—70%, то он может оказать и полезное влияние, ускоряя процесс созревания.
Учитывая вышесказанное, рассмотрим несколько подробнее факторы, жизненно необходимые для растений.
Для всех организмов воздух — это основа жизни. Из газов, составляющих атмосферный воздух, следует раздельно оценить кислород, азот, углекислый газ.
Кислород (О2) необходим растениям для дыхания. В процессе дыхания происходит окисление накопленных в растениях питательных веществ, создается энергия для всех жизненных процессов растительного организма. Дыхание — это сложная цепь окислительно-восстановительных процессов.
Углекислый газ (СО2) необходим растениям для образования органического вещества в процессе фотосинтеза. Исключительное значение СО2 для растений видно из того, что сухое вещество растений состоит на 45—50% из углерода.
Азот (N2) необходим растениям как элемент питания. Без него не может проходить синтез белковых веществ, а следовательно, не может строиться протоплазма живой клетки. Крупный советский микробиолог В. Л. Омелянский писал: «Азот более драгоценен с общебиологической точки зрения, чем самые редкие из благородных металлов». Однако азот воздуха могут использовать только некоторые растения, имеющие на своих корнях особые клубеньки с бактериями, которые помогают усваивать молекулярный азот (бобовые, из древесных пород — сосна).
Свет является источником энергии для всех живых организмов на земле. Оценивая значение света в жизни растений, обычно различают три аспекта этой проблемы: влияние спектрального состава, интенсивности и продолжительности освещения.
Все важнейшие физиологические процессы (прорастание семян, фотосинтез, синтез пигментов, фотопериодизм и пр.) определяются в основном световой частью солнечного спектра. Среди указанных процессов наибольшее значение имеет фотосинтез. Часть спектра солнечного света, непосредственно участвующую в фотосинтезе, называют фотосинтетически активной радиацией (ФАР). Величину ФАР обычно ограничивают пределами длин волн 0,38— 0,71 мкм. Физиологическое действие невидимых ультрафиолетовых и инфракрасных лучей менее изучено, хотя отдельные аспекты влияния этих частей солнечного спектра на жизнь растений существенны. Так, Клебс наблюдал, что синие и фиолетовые лучи стимулируют процессы клеточного деления, но задерживают вторую фазу роста клеток — их растяжение. Красные лучи, наоборот, усиливают линейный рост органов растений, в то время как процессы клеточного деления заметно подавлены.
Энергетическая сторона фотосинтеза впервые была рассмотрена великим русским физиологом К. А. Тимирязевым. В настоящее время точными экспериментами установлено, что растения обладают селективным характером поглощения падающей на них ФАР.
Наиболее активно хлорофилл листьев поглощает красно-оранжевые и сине-фиолетовые лучи видимой части спектра. При поглощении этих лучей фотосинтез протекает с наибольшей скоростью. Минимальной фотосинтетической активностью обладают зеленые лучи видимой части спектра. Обследование спектральных свойств листьев растений более чем 800 видов показало, что характер поглощения ФАР примерно одинаков у преобладающего большинс
collectedpapers.com.ua
Фотосинтетическая активная радиация
Свет с разной частотой излучения (и разного цвета в видимом диапазоне) по-разному влияет на рост, развитие растений и фотосинтез. В основном растения поглощают синий и красный цвет, а зеленый отражают или пропускают. В результате зеленый свет используется листьями наименее эффективно. Именно поэтому листья растений, в основном, зеленого цвета. Зависимость поглощения и усвоения энергии растениями от длины волны светового излучения называют энергетическим спектром фотосинтетической активной радиации (излучения). Термин на английском языке — Photosynthetically available radiation (PAR). По сути, фотосинтетическое активное излучение это поток энергии определенного спектра, обычно мощность излучения PAR-светильников характеризуют в Ваттах ФАР. Плотность ФАР потока (аналог освещенности или облученности) измеряют PAR-радиометром в Вт/кв.м или мкМоль/(с×кв.м). Восприятие цветовых составляющих света растениями и человеческим глазом сильно отличается, поэтому люксметры и люмены для измерения облучения поверхности агрокультур не используются.
Активность процессов
Восприятие глазом человека
Поглощаемая растениями энергия света расходуется на фотосинтез, фотоморфогинез, синтез хлорофилла, а часть энергии идет на нагрев и переизлучение. Активность этих процессов зависит от длины волны по-разному. Изменяя составляющие излучения синей, зеленой и красной части спектра, можно влиять на прорастание, рост или торможение разных биологических процессов и стадий фотосинтеза. Исследования показали, что ФАР – излучение оказывает влияние не только на растения, но и значительно замедляет развитие патогенных грибков и бактерий на облучаемых растениях.
Наглядный пример показывающий действие спектра излучения на фотосинтез растений. В эксперименте показан фрагмент синезеленой водоросли, окруженной бактериями потребляющими кислород из водной среды расположенной вблизи водоросли. Водоросль облучается светом с разным спектральным составом. Концентрация бактерий возрастает в тех участках питательной среды где больше содержание киcлорода вырабатываемого в процессе фотосинтеза при облучении водоросли.
Видео: par_spectr
Все растения по-разному воспринимают разные длины волн в спектре ФАР. Это связано с разным поглощением разных типов пигментов в листьях. Основные пигменты листьев — хлорофиллы a и b, поглощают свет синего и красного диапазонов, каротиноиды поглощают свет синего диапазона. Обобщение данных поглощения света листьями разных культур позволило рассчитать специалистам Конструкторского бюро «Оптимум» эффективную спектральную кривую поглощения «среднего» зеленого листа и спектры для основных агропромышленных культур (томатов, огурцов, перцев, цветов и рассады).
В условиях искусственного освещения теплиц, оранжерей для подсветки растений важнейшей задачей является экономия электроэнергии. Поэтому нет смысла тратить электроэнергию и деньги, на те составляющие спектра, которые мало усваиваются растениями. Если из спектра лампы удалить энергетические составляющие, которые меньше используются растениями, то получится наиболее оптимальный спектр для растений, с точки зрения развития растения и минимизации расхода энергии. Российские светодиодные светильники POWER-LED ILLUMINATION® с успехом решают подобную задачу наилучшим способом, и имеют гарантию 5 лет!
power-led.ru
Фотосинтетически активная радиация
Фотосинтетически активная радиация отражает спектральный диапазон 400-700 нм солнечного света, который необходим растениям и зооксантеллам (зооксантеллы представляют собой одноклеточные водоросли, обитающие в тканях животных, таких как кораллы, моллюски, анемоны и голожаберники) для осуществления фотосинтеза. Диапазон варьирует от ультрафиолетового УФA (UVA, Ультрафиолет А) до инфракрасного света. УФA излучение имеет длину волны 400-550 нм (из которых 465-485 нм демонстрируют максимальную ФАР актиничного диапазона), поглощаемые хлорофиллом a и c2, а также перидинином (светопоглощающий каротиноид, родственный хлорофиллу). Нижний (около) ИК спектр 620-720 нм является красной полосой, поглощаемой хлорофиллом a и c2 (хотя ИК начинается с 650 нм, энергетический пик в красном спектре приходится на ИК или близкую к ИК область).
Фотоны коротковолнового УФC (UVC, Ультрафиолет С) излучения обладают высокой энергией и могут разрушать клетки и ткани, к счастью, озоновый слой атмосферы фильтрует их. Зеленый свет занимает среднюю часть спектра (550-620 нм, наиболее видимы для человеческого глаза) и, по большей части, отражается хлорофиллом (поэтому листья выглядят зелеными).
Лампы, испускающие преимущественно актиничный свет, имеют низкий ФАР (хотя актиничные УФA ещё имеют пик кривой ФАР и могут улучшать характеристики освещения в комплексе). Лампы, испускающие средний спектр длин волн (желтый-зеленый), например, «теплое белое» свечение (2700-3500 °K), продуцируют незначительное количество ФАР. Наиболее мощная фотосинтетически активная радиация создается лампами, работающими в ИК спектре. Однако лишь комплексное использование ламп различного спектрального состава обеспечит совпадение множества пиков графика ФАР и, тем самым, произведет наилучший эффект на рост растений и водорослей.
Аспекты использования ФАР растениями и водорослями:
А. Фототропический ответ. Данная реакция свойственная хлорофилл содержащим растениям, которые направляют листья к свету для активизации фотосинтеза (первые этапы развития растений, зооксантелл и т.д..). Реакция обнаруживается в диапазоне 420-500 нм;В. Фотосинтетический ответ. Реакция начинается, когда световая энергия поглощается белками, так называемого, фотосинтетически активного центра хлорофилла;С. Синтез хлорофилла. Является химической реакцией, происходящей при посредничестве гормона растений – цитокинина, при поглощении волн длиной около 670 нм. В результате происходит формирование хлорофилла, который обеспечивает дальнейший рост растений и водорослей. Результатом недостатка 670 нм спектра является прекращение роста пресноводных растений и ухудшение состояния кораллов в рифовом аквариуме. Недостаток данного около красного спектра (выше 620 нм) наблюдается в большинстве, так называемых, аквариумных ламп.
Многочисленные испытания, проведенные в области аквариумного хозяйства, показали, что скальные кораллы, моллюски и другие прикрепленные виды, требующие энергию для фотосинтеза зооксантелл, не только преуспевают, но и размножаются при свете, который совпадает с оптимальным ФАР (около 6500 °K).
Когда рассматривается количество используемой энергии в ваттах, наилучшие результаты демонстрируют лампы 6400 °K SHO, излучение которых хорошо пронизывает толщу большинства пресноводных аквариумов, а также рифовых глубиной до 50 см. В последнем случае дополнительно используются актиничные/50,000 °K лампы, обеспечивающие глубокое проникновение волн длиной 465-485 нм, потребляемых зооксантеллами.
Как можно видеть на графике, существует три основных пика спектрального состава ФАР. Однако наиболее важные спайки приходятся на красную часть спектра, при этом все они, в большей или меньшей степени, создаются лампами дневного света 6500 °K.
Когда свету приходится преодолевать более глубокий слой воды, для обеспечения адекватного ФАР (другими словами, фотосинтетической пригодной к использованию радиации или ФИР), необходимо сместить «красный пик» чуть левее (ниже) по спектральной шкале. В глубоких аквариумах для этого могут потребоваться лампы 9000 и 20000 °K.
Стоит отметить, что большинство зеленых водорослей нуждаются в пике более актиничного спектра, чем высшие растения. Отсюда, популярность актиничных ламп в рифовом аквариуме, которые, тем не менее, должны обладать длиной волны 465-485 нм (высокий светодиодный блеск), не ниже 420 нм (многие актиничные лампы) и не иметь широкий диапазон 400-520 нм (последнее поколение LED обладает точным спектральным составом — 465-485 нм). По этой причине для зооксантелл кораллов и моллюсков рекомендуется использовать лампы 50000 °K, тогда как в пресноводном аквариуме необходимо избегать экстраактиничного света, который приведет к бурному развитию зеленых водорослей.
В последнем случае необходимо подчеркнуть, что пресноводные водоросли очень любят синее УФA излучение. Не рекомендуется использовать также лампы дневного света высокой цветовой температуры (например, 14,000 °K), которые ближе ко дну глубоких аквариумов будут продуцировать много синего света.
Недавние исследования показали, что слишком низкое УФA излучение (ниже 420 нм) и, особенно, УФB (UVB, Ультрафиолет B) способно обесцветить кораллы. Поэтому применять подобные лампы не следует.
Измерение фотосинтетически активной радиацииХотя шкала Кельвина (также как люксы) является одним из косвенных критериев оценки ФАР, только ФАР метр (квантовый фотометр) может дать более детальную информацию.
В настоящее время принято измерять фотосинтетически активную радиацию в «мкмоль*м2*сек» (иногда упрощают до мкмоль или ммоль). В частности, 50 ммоль достаточно для большинства растений или теневыносливых кораллов, Nemezophylli, тогда как для Acropora потребуется 300 ммоль.
Некоторые организмы, например, сине-зеленые водоросли, пурпурные бактерии и Heliobacteria, могут поглощать свет в области ниже инфракрасного спектра. Они используют излучение, которое выходит за предел оптимального ФАР диапазона, пригодного для развития большинства высших растений. Например, цианобактерии преуспевают в условиях более желтого излучения (4000 °K и ниже).
Красные цианобактерии используют ФАР пики 435 и 675 нм, поглощая более среднюю часть желтого и зеленого спектра, которые часто продуцируются люминесцентными и лампами накаливания.
aquavitro.org
