Правильне освітлення рослин
Асортимент ламп для освітлення рослин
Опромінювальні установки для вищих рослин застосовуються в оранжереях і тепличних комбінатах, при прискореному виведенні нових сортів сільськогосподарських культур і розмноженні цінного посівного матеріалу в селекційних центрах, а також при теоретичних дослідженнях в області фізіології рослин, біофізики, генетики. У табл. 1 представлені основні області застосування оптичного випромінювання (ОІ) в рослинництві.
В умовах світлокультури енергія ОІ, поряд з харчуванням, наявністю діоксиду вуглецю, вологістю і температурою повітря є найважливішим фактором, який впливає на ріст і розвиток рослин. Найбільш важливі чотири основні характеристики випромінювання: спектральний склад, опромінення, тривалість добового опромінення (фотоперіод) і просторова структура світового поля.
Таблиця 1. Основні області застосування ОІ в рослинництві
Види фотоустановок, споруди в светокультуре рослин
Теплиці та інші виробничі споруди
- Фотосинтез (додаткове опромінення)
- Фотоперіодизм (регулювання тривалості світлового дня)
- Опромінення при відсутності природного світла
- Опромінення одноклітинних водоростей
Фітотронах, селекційні камери, стелажі та інші дослідницькі установки
- Селекційно-генетичні дослідження
- фізіологічні дослідження
- фітопатологичеськие дослідження
- дослідження фотомутагенеза
- Фоторегуляція метаболізму
- Опромінення культури тканин
- Опромінення насіння, плодів
- Опромінення рослин в замкнутих екологічних системах
- Фотоводородние установки
За сучасними уявленнями, діапазон оптичного випромінювання, що має у рослин основне субстратної-регуляторне значення, знаходиться в межах 280-750 нм. Усередині цих кордонів виділені спектральні діапазони з наступними фізіологічно характеристиками:
280-320 нм - надає, як правило, погано впливає на ріст і розвиток рослин;
320-400 нм - грає регуляторну роль в розвитку рослин, тому доцільно присутність цього випромінювання в невеликих кількостях (кілька відсотків) в загальному променистому потоці;
400-500 нм ( «синій») - володіє як субстратним, так і регуляторним впливом, повинен входити до складу спектра фотосинтетичний активній радіації (ФАР) для вирощування рослин;
500-600 нм ( «зелений») - не є абсолютно необхідним для забезпечення фотосинтезу рослин, але завдяки своїй високій проникаючої здатності корисний для забезпечення фотосинтезу оптично щільних листя і густих посівів рослин;
600-700 нм ( «червоний») - має яскраво виражену субстратним і регуляторним впливом. Повинен входити до складу загального випромінювання для забезпечення високого фотосинтезу. Але монохроматический (однорідний) червоне світло може призводити до аномального росту і розвитку, а в ряді випадків і до загибелі деяких видів рослин;
700-750 нм ( «дальній червоний») - має яскраво виражену регуляторним дією. У невеликих кількостях (кілька відсотків) повинен входити до складу загального випромінювання;
більше 1000 нм - тільки тепловий вплив, враховувати при проектуванні ОСУ.
Фітофотометріческая оцінка випромінювання заснована або на енергетичній, або на ефективній системі величин, що оцінює випромінювання за допомогою селективної функції фотосінтезной ефективності (див. Рис. 1). Остання має низку переваг, властивих системам ефективних величин, проте її практичну цінність для світлокультури істотно знижує відсутність в ряді випадків прямої кореляції між інтенсивністю фотосинтезу і продуктивністю рослин.
Енергетична система оцінки випромінювання приписує рівнозначне дію випромінювання будь-якого спектрального діапазону в межах спектральної області ФАР від 380 до 710 нм.
Ця система оцінки близька до того, що «білий» сонячне світло є кращим для рослин, оскільки іншої природи розвиток рослин відбувалося при ньому. Близьке до равноенергетіческому розподіл енергії в сонячному випромінюванні, швидше за все, зізнається як найбільш універсальне для енергетичного забезпечення різних видів рослин. Однак принцип універсалізації не відповідає принципу максимальної ефективності і тому «білий» світло не визнаний максимально ефективним за своїм спектральним складом для забезпечення найвищої продукционной діяльності будь-яких рослин.
Мал. 1. Відносні спектральні криві впливу оптичного випромінювання на рослини:
а -поглощеніе фоторецепторами рослин;
b - поглинання короткохвильового фотопігмент;
з - поглинання червоної форми фотохроми;
d - поглинання далекого червоною форми фотохроми;
е - ефективність фотосинтезу рослин
Що стосується впливу інфрачервоного випромінювання (ІК) на формування врожаю, то ряд експериментів дозволяє говорити про несуттєвою ролі ІК в області довжин хвиль (750-1200 нм) через слабке їх поглинання водою і тканинами рослин. Для λ> 1200 нм, але ситуація складніша і вимагає уточнення. Проте, в загальному випромінюванні облучательних світлотехнічних установок, використовуваних в теплицях, мабуть, доцільно дотримуватися співвідношення ФАР / ІК на рівні, близькому до 1: 1. Джерела ОІ, які знаходять різне застосування в светокультуре рослин, наведені в табл. 2 і табл. 3.
Таблиця 2. Джерела випромінювання для світлокультури рослин
Мал. 2. Спектр люмінесцентних ламп для опромінення рослин.
Люмінесцентні лампи або як їх інакше називаю лампи для розсади знайшли застосування для опромінення рослин на стелажах і лотках, в боксах і камерах, а також при вирощуванні розсади або квіткових культур в офісних і домашніх оранжереях, в акваріумах з використанням водних рослин. Вони мають ККД ФАР до 28%, дешеві, довговічні, доступні; однак для них характерна низька концентрація потужності, що не дозволяє створити в фітоустановке високі рівні опромінення. Спеціальні люмінофори, які використовуються для підвищення ефективності випромінювання цих ламп (див. Рис. 2), істотно розширюють область їх використання як ламп для розсади.
Значне застосування в промислових і селекційних теплицях отримали спеціальні ртутні лампи високого тиску з виправленою кольоровістю в еліпсоїдної колбі, внутрішня поверхня верхньої (до цоколя) половини якої покрита люмінофором з переважною червоною люмінесценцією. Робоче положення цієї лампи вертикальне (для освітлення-опромінення горизонтальної поверхні рослин) і горизонтальне для опромінення вертикальної поверхні. Їх гідність - велика концентрація потужності, високий термін служби і низька вартість. Основний недолік ламп - підвищений випромінювання в ближній ультрафіолетовій частині спектру і низький ККД ФАР. У сучасних теплицях ці лампи витісняються НЛВД і МГЛ.
Ксенонові трубчасті лампи типу ДКсТЛ, завдяки великої потужності, забезпечують високі опромінення ФАР. До гідності цих ламп є їхня екологічна чистота, а до недоліків - низька середня тривалість горіння (менше 1000 год), великі габарити, а також невелике значення ККД ФАР (
12%). У теплицях ці лампи використовуються рідко.
Натрієві лампи високого тиску і МГЛ мають найбільш високий ККД ФАР, підвищений термін служби, сприятливий спектр, що забезпечує їм розширюються масштаби використання в светокультуре рослин. ККД ФАР натрієвих ламп досягає
(25-35)%. Завдяки цьому параметру, а також великий середньої тривалості горіння, НЛВД отримали широке застосування в теплицях, в основному, в період недостатнього сонячного (природного) випромінювання. Основний недолік натрієвих ламп - мале випромінювання в синій частині спектра, що не перевищує 8%.
Металогалогенні лампи позбавлені цього недоліку. Так, на рис. 3 приведено спектральний розподіл випромінювання МГЛ з йодидами Sc і Na. В спектрі міститься випромінювання натрію (жовто-оранжева частина спектра), скандію (синє, червоне) і ртуті (синє, зелене і жовте). Широкий спектр випромінювання МГЛ, регульований відповідними світяться добавками, високий ККД ФАР (25-30%), великий діапазон потужностей (від 250 Вт до 3,5-4 кВт) дозволяють ефективно використовувати їх при великомасштабному вирощуванні овочевої, квіткової та іншої сільськогосподарської продукції як лампи для розсади. а також в селекційно-генетичних дослідженнях.
Мал. 3. Випромінювання МГЛ з йодидами натрію, скандію (РЛ = 1000 Вт).
Перші облучатели лампою для розсади представляли собою зчленування розрядної рефлекторної лампи з ПРА. Такий опромінювач, володіючи дифузійної кривої сили випромінювання, забезпечував рівномірне опромінення розсади. Іноді для захисту лампи від крапель конструкція такого опромінювача доповнюється козирком, а якщо врахувати, що до 30% потоку випромінювання рефлекторних ламп йде в верхню півсферу і не потрапляє на розсаду, доцільно робити в вигляді відбивача з кутом охоплення не менше 180 °.
Для штучного регулювання світлового дня і управління процесом цвітіння найчастіше використовують або дзеркальні лампи розжарювання, або компактні люмінесцентні лампи.
Одним з варіантів вирішення просторового перерозподілу потоку ламп для розсади є облучательниє протяжні комплекси. У цих облучательних установках лампи розміщуються уздовж оптичної системи, що складається із сукупності протяжних поворотних відбивачів, які забезпечують направлення променистих потоків ламп на опромінюється поверхню рослин. Ці комплекси дозволяють здійснювати додаткове опромінення рослин, обігрів верхнього скління теплиць взимку, а також часткове затінення при надлишку опромінення.
У табл. 4 представлені кращі рівні опромінення для ряду культур при вирощуванні їх без використання природного світла.
Таблиця 4. Перевага рівні опромінення при інтенсивній светокультуре
* В УФ-області спектра (300-400 нм) доцільно мати опромінення не більше 4% ЕФАР, в ІК-області: при 0,7-1,2 мкм не більше 100-120% ЕФАР; при 1,2-3 мкм менше 25% ЕФАР; при 3-40 мкм менше 25% ЕФАР.
Наведені в цій таблиці відомості можуть бути використані при проектуванні камер штучного клімату.
Регулювання тривалості світлового дня (фотопериодизм) особливо велику роль відіграє в квітникарстві. У табл. 5 дані деякі відомості з регулювання світлових характеристик приміщень при вирощуванні ряду квіткових культур.
Табл. 5. Умови опромінення різних видів квіткових культур
Опромінення, мВт / м2 (ФАР)
Річний період опромінення