1. Фотосинтетичний активна радіація, крива сприйняття рослин
2. Відео про виміри сонячного світла на підвіконні восени.
4. Вимірювання рівня освітлення для людей. Люмен (лм) і Люкс (лк)
5. Рівень Ватт фотосинтетичний активній радіації.
6. Фотосинтез і фотоморфогенез
7. Проектуємо простий освітлювальний макет.
8. Коментарі:

Після того, як важливість використання штучного освітлення при вирощуванні рослин була обгрунтована науково, виробництво спеціальних ламп для садівників і фермерів було розпочато з широким розмахом. В

Тій статті будуть обговорюватися різні типи освітлення, широко застосовуються в технології вирощування рослин та гідропоніці. Тип освітлення - один з основних факторів, що впливають на результат зростання. Решта - це рівень вуглекислого газу, вода, мінеральні добрива, екологія і якість світла. Наведені нижче відомості будуть корисні для створення і налагодження свого висвітлення, використовуючи стандартну класифікацію типів електричного освітлення.

Останнім часом використання штучного світла стає все більш і більш економічно вигідним. Вартість покупки і обслуговування ламп стає все нижче, а джерела освітлення все більш потужними. Все це, укупі з можливістю транспортування представників флори, а також розвитком ринку спеціальних гідропонних продуктів, робить можливим вирощування рослин взагалі без грунту.

Штучне освітлення може використовуватися в садівництві та фермерстві в трьох випадках:

1. Для повного забезпечення отримання світла, в якому потребує рослина.

2. Для доповнення сонячного світла, в якому потребують рослини. Особливо актуально це в зимові місяці - період скорочення годин світлового дня.

3. Для збільшення тривалості світлового дня. Актуально для досягнення спеціального ефекту зростання або цвітіння.

Фотосинтетичний активна радіація, крива сприйняття рослин

Подібно до того як люди потребують збалансованої дієти, рослини також відчувають потребу в збалансованому полноспектральном освітленні. Якість світла не менш важливо, ніж кількість. Рослини чутливі до світла приблизно в тому ж діапазоні, що і людське око. Ця порція світлового спектру співвідноситься з фотосинтетичний активній радіацією (ФАР) в спектральному діапазоні 400-700 нм. Проте, сприйняття рослин всередині цієї ділянки відмінно від аналогічного у людини.

Людина має пікове сприйняття жовто-зеленої частини спектру (близько 550 нм). Ця «оптична жовтизна» використовується для сприйняття відмінно видимих ​​явищ і об'єктів. Рослини ж значно ефективніше сприймають червоний і синій кольори, причому пік знаходиться в районі 630 нм. Графіки нижче демонструють криві сприйняття рослин і людей. Зверніть увагу на відмінності ліній.

Рівнозначно тому як для людини найкращим джерелом калорій є жир, для рослин найкраща їжа - це червоне світло. Однак, рослини освітлювані виключно червоним і помаранчевим світлом здебільшого не виростуть належним чином. Причина цього в тому, що для повноцінного росту листя (особливо важливо для овочів) і маси вкрай важливий синє світло. Багато інших комплексні процеси залежать і від інших спектральних діапазонів. Визначення правильної спектрально порції світла залежить від виду рослини. Ухвалення рішення про кількість необхідного світла також має враховувати частині спектра вже задіяні при освітленні. При підборі освітлення для рослин не можуть застосовуватися ті ж стандарти, що і при виборі джерела світла для людей. Деякі принципи відповідності та відмінностей можуть бути використані для визначення необхідної заходи світла в гідропоніці.

Відео про виміри сонячного світла на підвіконні восени.

Вимірювання рівня освітлення для людей. Люмен (лм) і Люкс (лк)

Як ми оцінюємо кількість світла, необхідне людям? Очевидний спосіб - визначення того, наскільки яскравим є джерело світла і наскільки «добре» очі бачать при ньому. Оскільки людське око найбільш чутливий до сприйняття «жовтого» ділянки спектра, найбільша увага приділяється саме йому, в той час, як синій і червоний кольори кілька «обділені». Це все є основою для вимірювання загальної кількості одиницею виміру, званої люмен.

Світло, взятий з джерела, поширюється по всьому приміщенню для створення освітлюється простору. Рівень освітлення визначається одиницею виміру «люкс», яка показує як багато люменів доводиться на один квадратний метр простору. Освітлення в 1000 лк означає, щоб 1000 лм доводиться на кожен квадратний метр площі.
Аналогічно «люмен на квадратний фут (лм / фут²)» - одиниця виміру, яка показує кількість люменів на один квадратний фут.

Як би там не було, і люмен, і люкс відображає виключно людське сприйняття світлового спектру, тому як рослини сприймають все зовсім інакше.

Яким же чином слід вимірювати рівень світла для рослин? Є 2 основних способи для визначення цієї величини: вимірювання рівня енергії або підрахунок кількості фотонів.

Рівень Ватт фотосинтетичний активній радіації.

Ватт - об'єктивна міра для вимірювання кількості енергії, що виділяється лампою щомиті.

Енергія у вільному стані вимірюється в Джоулях, і один Джоуль в секунду називається Ватт.

Лампа розжарювання потужністю 100 Вт генерує 100 Дж енергії кожну секунду. Однак, як багато світлової енергії виробляється при цьому?
Близько 6 Дж в секунду = 6 Вт.
Ми бачимо, що потужність складає всього лише 6%. Більшість же залишилася енергії виділяється в теплової формі.

Багато газозарядние лампи, наприклад, натрієві газозарядние лампи або металогалогенні лампи значно ефективніші в порівнянні з лампами розжарювання, тому як, відповідно, 30 і 40% енергії, що виділяється перетворять в світло.

Оскільки рослини використовують енергію в діапазоні 400 - 700 нм, то світло на цьому спектральному ділянці називається фотосинтетично активною радіацією або просто ФАР. Для вимірювання енергії, що виділяється в цьому діапазоні в секунду використовується величина Вт ФАР. Це об'єктивна міра для рослин на противагу суб'єктивної міру, яка вимірюється у люменах, для визначення впливу на сприйняття людини. Ватт ФАР прямо вказує на кількість енергії, яку рослини можуть використовувати в реакції фотосинтезу.
Вихідні 400 Вт лампи розжарювання рівнозначні 25 Вт світла, а з 400 Вт енергії, випромінюваної металлогалогенной лампою, близько 140 Вт припадають на світло. Якщо взяти до уваги той факт, що на ФАР припадає основна "видима" частина спектра, то логічним висновком є ​​те, що металогалогенні лампа виробляє 140 Вт ФАР. Газозарядние лампи мають дещо менший показник: 120-128 Вт, тому що світло жовтий і містить більшу кількість люменів.
"Освітлення" вимірюється в Вт ФАР на метр квадратний, проте це не зовсім вірне поняття для визначення ефективності світла при вирощуванні рослин, тому в садівництві частіше використовується термін "опромінення", яка вимірюється в Вт / м2 або Ватт на метр квадратний.

Наступний важливий принцип, який слід зрозуміти для того, щоб визначити точну кількість світла, необхідне рослинам - це усвідомлення того, що світло поширюється не чимось цілісним, але пучками, які називали "фотонами". Ці пучки є мінімальними носіями енергії, шляхом якої світло і передається. Оскільки реакція фотосинтезу протікає шляхом поглинання атома фотона, то доцільно буде підрахувати їх кількість, яке щомиті приймає на себе рослина.

Оскільки тільки фотони світла ФАР ділянки спектра є активатором реакції фотосинтезу, то має сенс виміряти тільки їх кількість. Теоретично лампи могли б бути налаштовані на кількість фотонів, випромінюваних щомиті, але на сьогоднішній день такі лампи не виробляються.

Біологи-дослідники говорять про фотонному потоці, яким опромінюється поверхню, - важливої ​​частини досліджуваного питання, що позначається ФФП ФАР (Photosynthetic Photon Flux, PPF), де ФФП не що інше, як фотосинтетичний фотонний потік-величина, що показує кількість фотонів приземлятися щомиті на 1 квадратний метр опромінюваної поверхні.

Друга важлива величина - конверсія фотонного потоку (YPF PAR or Yield Photon Flux). Цей показник виразно демонструє нам наскільки ефективно рослина використовує отриманий фотонний "капітал". Оскільки "червоні" кольору більш активно сприяють запуску фотосинтезу, дані вимірювання приділяють увагу перш за все підрахунку саме їх.

Оскільки фотони вкрай малі за своїми габаритами, то в науці, замість чисел виду 1 000 000 000 000 000 000, використовується позначення "1.7 микромоль фотонів" (знак μмоль). Микромоль містить в собі 6 x 1017 фотонів, а 1 моль 6 x 1023 фотонів.
Освітленість (або "опромінення") вимірюється кількістю Ватт на квадратний метр або кількістю микромоль на квадратний метр.

Незважаючи на те, що всі три величини (Ватт на метр квадратний, фотосинтетичний фотонний потік, конверсія фотонного потоку) дозволяють виміряти кількість світла, яке отримують рослини, людське око не здатне сприйняти криву спектра ФАР - 400-700 нм. Слід зауважити, що деякі вчені пропонують інші показники: 350-750 нм. але принципової різниці для садівників любителів в цьому немає.

Фотосинтез і фотоморфогенез

Рослини отримують недостатньо світла, виробляють слабкі, витягнуті листя і страждають загальним недоліком маси. Інші ж рослини, навпаки, отримують надмірну кількість світла, виглядають ісушенно-мляво і мають знебарвлену листя через руйнування хлорофілу.

Також рослини можуть бути пошкоджені надлишкової ультрафіолетовою радіацією

Однак, всередині допустимої норми рослини прекрасно відгукуються на потрібну дозування світла, показуючи гарні результати в зростанні і наборі маси. А відносна квантова ефективність є тією мірою, яка демонструє максимальну роботу кожного фотона.
Крива залежності відносної квантової ефективності від довжини хвилі називається кривою реакції рослин до фотосинтезу, про що було сказано раніше.

Також надається можливим побудувати графік, що демонструє ефективність певних ділянок спектра на здійснення реакції фотосинтезу. Факт того, що фотони синього світла виробляють більше енергії, ніж фотони червоного кольору обов'язково повинен бути прийнятий до уваги, і тоді крива може бути запрограмована на вимір виключно "люменів рослин" або "люменів людини". Це і повинно статися в найближчому майбутньому. Наприклад, вже сьогодні компанія Venture Lighting International пропонують встановлені Вт ФАР лічильники на серії ламп Sunmaster, призначених спеціально для ринку рослинницьких технологій.

Головною складовою частиною рослин, що забезпечує фотосинтез є хлорофіл. Деякі вчені витягували його з рослин для визначення реакції на світлове випромінювання різної довжини хвиль і спектральної частотності, чекаючи, що його реакція буде аналогічною реакції фотосинтезу рослин. Однак, дослідження показали, що реакція інших компонентів (зокрема, каротиноїдів і фикобилинов) не менш важлива для протікання нормальної реакції фотосинтезу. Таким чином, крива відгуку рослин являє собою збірну величину, що складається з значень реакцій всіх необхідних пігментів, і характерну для більшості рослин (хоч і не для всіх, тому що різниця, часом, досягає 25%). Хоча в газозарядних лампах і лампах розжарювання спектральна величина випромінюваного світла залишається незмінною, металлогаллогенние лампи надають можливість вибору температури та спектрального діапазону освітлення.

На додаток до фотосинтезу, який має наслідком матеріальний ріст, інші функції (проростання, цвітіння та ін) викликані наявністю або відсутністю світла. Ці процеси називаються фотоморфогенезом і залежать не стільки від інтенсивності світла, скільки від опромінення в строго класифікованих спектральних рамках (синій, дальній червоний або просто червоний), а також від дії спеціальних рецепторів (фітохромів і кріптохроми).

Рослини "бачать" світло інакше, ніж люди. Саме тому люмени, люкси і футсвечі не завжди є величинами, які показують достатній рівень освітленості, так як це заходи, перш за все за все відображають рівень видимості. У випадку з рослинами краще використовувати значення Вт ФАР, фотосинтетического фотонного потоку і конверсію фотонного потоку.
Крім того, важливим є не тільки кількість, але і якість світла.

Проектуємо простий освітлювальний макет.

Крок 1. Визначаємо рівень освітленості в Вт ФАР / метр квадратний.

Який рівень освітлення максимально добре підходить рослинам?
Це залежить від типу рослин, стадії росту, рівня освітленості приміщення і інших чинників. рекомендації, розміщені в технічних брошурах слід розглядати як важливе джерело інформації. У загальному і цілому, рослини однозначно ростуть швидше при більш якісному рівні світла, але це викликає додаткові витрати на електроенергію.

Так як лампи відрізняються один від одного, то і відповідно відрізняються настройки, що застосовуються до них, тому точний розрахунок параметрів обов'язковий для кожного окремого пристрою.

Наприклад, спеціальна технічна брошура рекомендує Вам ППФ ФАР в розмірі 400 μмоль на метр квадратний. Таблиця нижче рекомендує Вам 85 Вт ФАР на метр квадратний. Коефіцієнти конверсії між ППФ ФАР, Вт ФАР залежать від джерела світла. Наприклад, 400 Вт лампа розжарювання випромінює більше люменів, ніж 400 Вт металогалогенні лампа, але менше Вт ФАР. Також значення має колірна температура. Таблиця нижче допоможе Вам в налаштуваннях металогалогенних ламп.

Типовий рівень світла

Вт ФАР на метр квадратний

Микромоль на метр квадратний

Люкс (кількість люменів на метр квадратний)

Футсвечі

темний

коливається

коливається

коливається

коливається

низький

22

100

6,000

550

середній

45

200

12,000

1100

високий

75

350

21,000

1900

Дуже високий

135

600

36,000

3300

Для більшого поглиблення в технічну сторону питання коефіцієнтів між різними типами джерел світла рекомендуємо звернутися до наступних джерел: Langhans and Tibbits, "Plant Growth Chamber Handbook", North Central Regional Research Publication No. 340, Iowa State University (1997).

Однак майте на увазі, що технологія покращилась і ефективність джерел світла зросла, тому числа, наведені там, дещо застаріли.

Крок 2. Розрахуйте площа, яку Ви хочете освітити (в кв. М)

Приклад: 12м х 6м = 72 квадратних метра

Крок 3. Розрахуйте необхідну кількість Вт ФАР на всю площу.

Приклад: Потрібно 85 Вт ФАР на 1 квадратний метр. Всього 72 квадратних метра, значить в загальній сумі необхідно 6120 Вт ФАР.

Крок 4. Розрахуйте кількість Вт ФАР, які потрібно отримати з джерела. (Як правило на 50% більше, ніж в пункті 3)

Якщо близько 1/3 світлової енергії втрачається в просторі, то нам потрібно збільшити потужність ламп на 50% Вт ФАР.

Приклад: 1.5 х 6120 = 9180 ФАР

Я б рекомендував звернути увагу на 1000 Вт лампу з 400 Вт ФАР.

Крок 5. Вибір потужності лампи (400 Вт, 1000 Вт і т. Д.) І підрахунок Вт ФАР

400 Вт лампа може давати 140 Вт ФАР, 1000 Вт лампа 380 (420) Вт ФАР.
Високопотужні лампи вимагає насправді економічніші на макро рівні і дозволяють встановити освітлення високої якості, що має наслідком збільшений зростання рослин (на 20 і 30%)

Крок 6. Підрахунок необхідної кількості ламп

Розділіть загальну суму Вт ФАР на кількість Вт ФАР кожної лампи.

Приклад: 9180/400 = 22.95, т. Е. Нам потрібно близько 23 ламп.

Крок 7. Використовуйте сітку для розвішування ламп

Наприклад, 24 лампи можуть бути розділені по секторам 6 х4

Бажаємо успіхів!

Рекомендуємо до прочитання

1. Світлодіодні фітолампи проти ДНАТ >>
2. Дослідження щодо збільшення ККД люмінесцентних ламп >>
3. 10 переваг світлодіодних фітоламп >>
4. Вся правда про світлодіодних фітолампи >>

Коментарі:

Напишіть ваше запитання або коментар