Ассимиляционное освещение. Общие сведения
18.06.2007
Свет и растенияРеакция растений на свет отличается от реакции людей. Свет в диапазоне 400-700 нм способен стимулировать рост растений. Это так называемый PAR – диапазон (Photosynthetic Active Radiation – фотосинтетическое активное излучение). Около 45 % солнечного излучения находится в PAR – диапазоне. Таким образом, если лампа предназначена для стимулирования роста/цветения растений, основная часть её спектра должна находиться в этом диапазоне.
Фотосинтез – это фотохимический процесс поглощения световой энергии хлорофиллом и каротиноидами, содержащимися в листьях. Эта энергия используется для образования сахара в процессе поглощения углекислого газа. Реакцию можно условно записать так:
или другими словами
Существует модель света как потока световых частиц. Эти частицы получили название квантов или фотонов. Энергия фотона зависит от длины световой волны. Показатель числа фотонов, излучаемых в секунду в PAR – диапазоне, называется PPF (Photosynthetic Photon Flux – фотосинтетический поток фотонов) и измеряется в μmol/c. PPF как единицу измерения можно сравнить люменом (lumen), однако в основе PPF лежит реакция растений на свет. Энергия фотона света с длинной волны 400 нм (синий свет) в 1,75 раза выше энергии фотона с длиной волны 700 нм (красный свет), но оба фотона оказывают одинаковый эффект на процесс фотосинтеза. При этом избыток энергии «синего» фотона преобразуется в тепло.
Интенсивность фотосинтеза определяется не суммарной энергией фотонов в PAR – диапазоне, а их количеством, поглощаемым растениями. Число фотонов в секунду на единицу площади называется PPFD (Photosynthetic Photon Flux Dencity – плотность фотосинтетического потока фотонов) и наиболее точно характеризует свет, необходимый для фотосинтеза. PPFD сравним с люксом (lux=lumen/m²), однако с учётом чувствительности растений к свету. PPFD замеряется квантовым датчиком и измеряется в фотонах в секунду на квадратный метр (μmol/c·m²).
Рассматривая PAR – диапазон, нужно принимать во внимание энергетическую составляющую (Вт/m²) излучения в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм.
PPF – число фотонов в секунду в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм (μmol/c)
PPFD – число фотонов в секунду на один квадратный метр в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм (μmol/c·m²)
PAR – характеризует мощность излучения в диапазоне от 400 до 700 нм на 1 м² (Вт/м²)
Не все растения одинаково чувствительны к излучению различных длин волн даже в PAR – диапазоне. Помимо всего прочего, это обусловлено поглощающей способностью пигментов листьев, самым известным из которых является хлорофилл. Излучение зелёного цвета в наименьшей степени поглощается листьями, почти полностью отражаясь от них. По этой причине человеческий глаз воспринимает листья зелёными.
Поскольку фотосинтез наиболее важен для роста растений, мы пользуемся зависимостью скорости фотосинтеза от длины световой волны. Фотосинтетический действующий спектр определяется числом поглощаемых фотонов (квантов света), с определённой длиной волны. Эту зависимость называют «спектральной квантовой эффективностью». Исследования показали, что разброс значений спектральной квантовой эффективности для различных видов растений не превышает 5% от среднего. Также было доказано, что эффективность достигает максимума в оранжево-красной области спектра, иначе говоря, в оранжево-красной области свет обеспечивает наиболее интенсивный фотосинтез. Разумеется, это не означает, что растения нуждаются исключительно в таком свете. Для правильного развития чрезвычайно важно, чтобы растения получали сбалансированный по спектральным характеристикам свет. Для целей здорового развития огромную роль играет синяя область спектра. Недостаток синей составляющей приводит к гипертрофированному росту стебля и иногда к пожелтению листьев. Соотношение количеств красного/инфракрасного излучений также имеет большое значение для правильного развития растений. При низком содержании инфракрасного излучения происходит задержка роста стебля.
Свет для растений является не только источником энергии для фотосинтеза, но также и источником информации. Почти все растения извлекают необходимую информацию из продолжительности светлого и тёмного периодов суток. Механизм процессов, основанных на увеличении или уменьшении продолжительности светового дня, у некоторых растений поистине впечатляет. Например, то, что листья с деревьев опадают именно осенью, есть прямая реакция на уменьшение светлого времени суток. Многие растения в результате достижения определённой продолжительности светового дня начинают цвести или пускать побеги. Можно сделать вывод о том, что развитие растений управляется световыми периодами, или фотопериодами.
Способность растений реагировать на продолжительность светового дня называется фотопериодизмом.
Интенсивность процессов ассимиляции, или фотосинтеза, в наибольшей степени определяется числом фотонов в диапазоне от 400 до 700 нм. В зимнее время естественного освещения часто бывает недостаточно для нормального роста. Соотношение между количеством получаемого дневного света и потребностью в дополнительном искусственном освещении нуждается в тщательном изучении. Вместе с тем, нужно помнить, что количество света – не единственный фактор, определяющий уровень фотосинтеза. Другими факторами, влияющими на рост, являются вид растения, содержание хлорофилла, температура, доступность воды и питательных веществ, влажность и концентрация углекислого газа в воздухе. Сумма этих факторов определяет, насколько эффективно растение может перерабатывать световую энергию. Поэтому важно подобрать оптимальное сочетание всех факторов, которое обеспечит максимальную продуктивность растения. В регионах между 40-й и 80-й параллелями в зимнее время естественной световой энергии недостаточно для нормального развития. Дополнение естественного освещения искусственным ассимиляционным может вызвать значительный рост продуктивности. Искусственный свет, используемый в целях ассимиляционного освещения, должен удовлетворять двум важным критериям:
1. Источник света должен иметь высокий световой поток (Лм). Иначе говоря, количество фотонов, предназначенных для роста, должно быть максимальным по отношению к потребляемой энергии. Цветовая температура должна быть в районе 2000 К.
2. Свет должен иметь правильный спектральный состав во избежание нежелательных побочных эффектов.
< Последние статьи
< Рубрика «Освещение»
