Фитосветильники – помощники в борьбе за урожай?
Содержание
Популярность фитосветильников в среде российских любителей и профессионалов растениеводства с каждым годом растёт. Красно-фиолетовый свет на подоконниках домов в феврале-марте уже стал достаточно привычным и не вызывает ассоциаций с чем-то незаконным – просто очередной садовод готовится к посадочному сезону и решил дополнительно подсвечивать рассаду в условиях короткого светового дня.
Вырастить и накормить
По мере увеличения населения планеты всё более актуальной становится проблема производства и распределения продуктов питания. В некоторых районах Земли использование традиционных фермерских технологий просто не позволяет обеспечить жителей необходимым количеством овощей, фруктов, зерновых культур и т.п. Это может быть связано как с климатическими условиями – попробуйте вырастить абрикосы в условиях тундры – или же с отсутствием пространства – возьмём, например, Японию с её колоссальной плотностью населения и катастрофической нехваткой земель сельхозназначения.
Положительные примеры решения проблемы уже имеются. Например, компания Plantagon в настоящее время ведёт в Швеции строительство уникального сооружения, совмещающего в себе современное офисное здание и комплекс вертикальных теплиц. Оно получило название World Food Building и должно быть введено в эксплуатацию уже в 2020 году. Однако, оставим архитектурные решения за рамками этой статьи и вернёмся к тому, что нам ближе – к свету.
Естественный или искусственный? Влияние света на фотосинтез
Как известно из школьного курса биологии, основой жизнедеятельности большинства растений является процесс фотосинтеза – превращения воды и углекислого газа в углеводы (в частности – глюкозу) при поглощении солнечного света. Этот процесс идёт благодаря особому пигменту – хлорофиллу, придающему растениям их зелёный цвет. Помимо хлорофилла способностью улавливать свет обладают и некоторые другие пигменты – например, бета-каротин – благодаря ему у моркови такой красивый оранжевый цвет.
И здесь мы приходим к понятию ФАР – фотосинтетически активной радиации. Это условно выделенный участок диапазона излучений с длинами волн от 400 до 700 нанометров, который растения используют в процессе фотосинтеза. Большая часть видимого света соответствует именно этому диапазону, но использует его растение неодинаково. А всё потому, что хлорофилл способен поглощать далеко не любое излучение (иначе он был бы совершенно чёрным). Собственно, зелёный цвет – это и есть результат отражения им соответствующей части спектра. А значит, хлорофиллом поглощаются преимущественно красные и синие цвета.
Практика использования дополнительного освещения для усиления роста растений не нова и применялась задолго до появления светодиодных систем освещения. Логика здесь проста – чем больше света, тем интенсивней фотосинтез, чем больше питательных веществ, тем больше рост. Традиционно с целью стимуляции роста растений или в условиях недостаточного внешнего освещения или короткого светового дня использовали лампы ДНаТ и ДРЛ. При этом первые – с явным пиком в оранжевой части спектра, вторые – с куда большим разнообразием излучения, в том числе – в области ультрафиолета. Исследований их влияния на рост растений проводилось достаточно много, в том числе и в стенах известной в России Тимирязевской академии.
Результат везде одинаков – свет действительно влияет на рост растений. Причём его спектральный состав формирует и внешний вид посадок. Например, недостаток в искусственных источниках синего света (в естественных условиях его испытывают деревья и цветы, находящиеся в тени) заставляет их вытягиваться в поисках более подходящего освещения. Кстати, за фототропизм – поворот растений вслед за солнцем – отвечает именно синяя часть спектра его излучения.
Ученые экспериментируют
Появление коммерчески доступного светодиодного освещения, вопреки ожиданиям, лишь запутало ситуацию. Эксперименты с различными спектральными составами излучения показали, что влияние отдельных частей спектра на рост растения может изменяться не только между разными культурами, но и между разными сортами одного и того же растения. Более того, отсутствие в искусственном освещении определённых частей спектра, которые и к хлорофиллу то отношения не имеют и используются только вспомогательными пигментами, сказывалось на развитии растения в целом, а также на химическом составе урожая и вкусовых качествах. Так появились новые стандарты, которые расширяют спектральный диапазон, рекомендуемый для выращивания растения, как в сторону мягкого ультрафиолета, так и в сторону дальнего красного света, ограничивая его теперь уже 300-800 нанометрами.
Получается – нужно использовать белый свет, максимально близкий к естественному солнечному? В целом – скорее да, но есть нюансы. Например, исследования влияния светодиодного освещения на рост китайской капусты, проведённые в 2013-2016 годах Институтом медико-биологических проблем Российской академии наук, показали, что добавление к белому свету узкополосных красных светодиодов с длиной волны 660 нм хоть и не привело к значимому увеличению урожая, но существенно увеличило содержание в нём витамина С, а значит – улучшило качество. Хотя при этом потребовалось корректировать составы питательных смесей – использование нитратов, как традиционных источников азота, совместно с дополнительным освещением красным светом увеличивало их концентрацию в листьях капусты. А это потребовало корректировки состава удобрений в пользу соединений аммония.
Матрицы от отечественных производителей
Так каков же рецепт успеха? Как вырастить гигантские помидоры на зависть соседям в условиях кладовки и без солнечного света? Если вкратце, то это весьма проблематично. В зависимости от культуры и фазы развития растения его требования к спектральному составу света могут быть весьма разнообразными. Поэтому, как правило, при использовании фитосветильников приходится говорить не о замене естественного белого света или его полных с точки зрения спектра светодиодных аналогов, но именно о досветке, причём в зависимости от того, что мы хотим получить – вершки или корешки – с использованием различных типов матриц.
Например, компания Pandora LED в своих сериях фитосветильников (605, 615, 635, 670) предлагает комбинировать матрицы различного назначения в одном приборе. В сочетании с возможностью дистанционного управления это открывает неплохие перспективы в деле построения современных автоматизированных тепличных комплексов и оранжерей.
Другой отечественный производитель – компания ЛидерЛайт – предлагает для своих фитосветильников серий INDUSTRY PHYTO на выбор целых пять вариантов матриц. Причём четыре из них дают уже практически традиционное сочетание красного и синего излучения в различных пропорциях и предназначены для досветки растений в определённые периоды их роста. А вот пятый – особый – за счёт более полного спектрального состава излучения позволяет выращивать урожай вообще без солнечного света.
Светодиоды – лучшие друзья растений
Использование светодиодных светильников для систем искусственного освещения теплиц и оранжерей на данном этапе развития технологий выглядит весьма перспективно. Во-первых, наличие мощных и энергетически эффективных источников белого света с высокими показателями индекса цветопередачи (а именно он, напомним, показывает близость искусственного света к солнечному) позволяет без особых проблем создать общее освещение максимально приближенное к естественному. Во-вторых, разнообразие предлагаемых специализированных фитосветильников позволяет профессионалам отрасли максимально точно подобрать источник света для конкретного сочетания культуры и фазы роста и получить наилучший результат. В-третьих, спектр излучения традиционно используемых ламп (ДНаТ, например) приходится на участки кривой поглощения растений с невысокой эффективностью, а значит - значительная часть света расходуется впустую.
В сравнении же с традиционными лампами ДНаТ, ДНаЗ и т.п. светодиодный свет позволяет получить более качественный (с точки зрения растений) и экономически более выгодный свет. Помимо этого, отсутствие интенсивного нагрева светильника позволяет размещать его в непосредственной близости от растения без рисков ожогов. Добавим к этому больший срок службы и меньшую скорость деградации светодиодов и, соответственно, снижение эксплуатационных расходов – и получим закономерный вывод: за светодиодами – будущее.