Синий спектр для растений что стимулирует
Синий спектр и его влияние на развитие растения
Введение
Чем растение видит синий свет?
Влияние на интенсивность фотосинтеза
На графике поглощения различных световых спектров видно, что хлорофиллы а и b больше всего усваивают область в диапазоне 425-460 нм, то есть, синий свет. Коэффициент поглощения в красной области значительно ниже. Исходя из этого, встает закономерный вопрос: почему традиционно основной вклад в фотосинтез приписывают красному спектру?
Причина в особенности работы светособирающей системы. Дело в том, что синий свет более энергоемкий. То есть один квант в области 400-500 нм будет вмещать в себя больше энергии, чем квант 600-700 нм, который соответствует красному спектру. Молекула хлорофилла, получив за раз такую концентрацию энергии, не может достаточно эффективно ее использовать. Поэтому излишек поступившей энергии рассеивается в окружающем пространстве в виде тепла.
Развитие организма под воздействием синего спектра
Кроме непосредственного участия в фотосинтезе синий свет, попадая на растение, запускает ряд генетических программ. И наиболее характерным откликом является ингибирование ростовых процессов. В том же опыте с земляникой было продемонстрировано, как изменяется габитус, то есть форма растения, в зависимости от доли синего спектра в облучении. Самые низкие экземпляры были получены на варианте с соотношением красного к синему 2:1. И здесь доля синего была максимальной. Помимо сокращения высоты, растения в целом становились более компактными. Это происходило за счет уменьшения длины черешка и площади листьев. По мнению Н.Н. Протасовой причина в том, что синий свет усиливает синтез ингибиторов роста, таких как абсцизовая и оксикоричная кислоты.
С другой стороны наблюдалось увеличение удельной поверхности плотности листа (УППЛ). Иначе говоря, лист формируется более толстым под воздействием синего спектра. Это, своего рода, компенсация в ответ на сокращающуюся площадь светособирающей поверхности. Ведь с утолщением листа увеличивается количество клеток, способных фотосинтезировать. А значит, интенсивность фотосинтеза тоже становится выше.
При выращивании важно, чтобы растения использовали воду наиболее эффективным образом. По сосудам ксилемы вода поднимается от корней к другим частям растения. Исследования из США, проведенные в конце 90-х годов, демонстрируют положительное влияние синего света на формирование вторичной ксилемы у перца. Это значит, что проводящая система становится более разветвленной, что улучшает снабжение органов растения в целом. Вместе с этим повышается эффективность водопотребления.Важно понимать, реакция растений на синий свет, ровно как и на другие спектры, носит видо- и сортоспецифичный характер. Но чтобы подобрать оптимальные световые условия для выращиваемой культуры, можно опираться на описанные выше сведения.
Не как у всех
Накопление минеральных веществ
Так, микрозелень брокколи, выращенная на синем свету, аккумулировала в тканях листьев больше P, K, Ca, Mg и Fe в сравнении с вариантами на смешанном красном и синем спектрах. Несколько иная картина складывается при световой обработке растения салат-латук. На синем спектре повышалось накопление K и Ca, когда на красном и смешанном спектре увеличивалось содержание Fe, P, Mg, и N.
Синтез вторичных метаболитов
Соединения, без которых растение способно завершить жизненный цикл, относятся к вторичным метаболитам. Организм в основном использует их, чтобы защищаться и размножаться. Синий спектр по длине волны очень близок к ультрафиолету А (300-400 нм), который, в свою очередь, воздействует как стрессор на живые объекты. И поэтому синий свет способен вызывать светозащитные реакции, такие как синтез антоцианов или стимулирование роста новых трихом.
На примере растения арабидопсис была выявлена закономерность накопления антоцианов в зависимости от уровня облученности синим спектром. Тот же эффект, как отмечают исследователи, был характерен и для многих других видов растений. Что немаловажно, антоцианы имеют медицинский потенциал. Употребляя их с пищей, организм человека лучше справляется со свободными радикалами. А это помогает предотвратить целый ряд заболеваний. Таким образом, с помощью синего спектра возможно регулировать синтез целевых соединений, которые особенно важны при выращивании медицинских растений.
Влияние синего света на рост растений.
Влияние синей части спектра на растения.
Синим светом называют часть спектра излучения с длинами волн от 400 до 500 нм. Этот диапазон волн в пределах видимого спектра, имеет относительно высокую энергию, и обладает выраженным эффектом на рост растений и цветение. Наше восприятие синего света, особенно на более коротких длинах волн (например, от 400 до 425 нм), является низкой по сравнению с зеленым и желтым.
Однако, голубой свет считается более эффективным, чем зеленый или желтый свет для процесса фотосинтеза. В то время, как синий свет может показаться нам несколько тусклыми, он имеет высокую энергию и полезен для роста растений.
При низкой интенсивности освещения (1-2 мкмоль ∙ м-2 ∙ с-1), голубой свет не регулирует цветение большинства культур, чувствительных к световому дню. Тем не менее, при более высокой интенсивности ( 20 мкмоль ∙ м-2 ∙ с-1 или выше), синий свет может способствовать расцвету растений длинного дня и ингибировать цветение растений короткого дня.
Синие светодиоды стали очень эффективными и недорогими, так как они используются для изготовления белых светодиодов (теоретически они должны стоить дешевле белых). Тем не менее, из-за высокой энергии света, излучаемого из синих светодиодов, вредно смотреть прямо на синие светодиоды.
Как выбрать фитолампу для растений
Сейчас, в конце зимы, почти в каждом доме окна светятся розовым светом фитоламп. В феврале многие садоводы начали выращивать рассаду, а короткий световой день заставляет искать варианты с подсветкой. Без фитолампы крепкую рассаду не вырастить, но далеко не всякое досвечивание даст нужный результат. Рассмотрим, какие фитолампы для растений годятся только для оранжерей, какие можно использовать для рассады, как их правильно выбирать и как применять максимально эффективно.
Содержание
Как правильно досвечивать рассаду
При выборе фитолампы для рассады проще всего определиться с ее формой. Тут все просто. Если горшочки с рассадой рядком стоят на полке специального стеллажа, или на подоконнике, или на другой узкой и длинной поверхности (а рассаду обычно выращивают именно так), то нужна фитолампа линейного типа.
Иногда ряды рассады досвечивают двумя цокольными лампами (или несколькими).
Сложнее определиться с выбором источника освещения. Смысл досвечивания в том, чтобы ламп искусственного освещения в том, чтобы до начала светового дня или по его окончании они заменяли растениям солнечный свет, который состоит из волн разного цвета и разной длины. Для роста и развития растений наиболее важны красный и синий цвета спектра, поэтому для выращивания растений годятся далеко не все лампы.
Розовый «фито» просто эффективен в плане затрат на электроэнергию, так как там нет дополнительного спектра. Для растений 100 ват розового сопоставим с 200 ватт белого, а для вас дешевле в два раза.
Лампы накаливания – наихудший выбор для подсвечивания рассады и для растений вообще. Спектр излучения ламп накаливания ограничен, в основном, желтым и зеленым спектром; синего в нем нет. Вторая проблема в том, что значительная часть электроэнергии в этих лампах превращается в тепло. Приходится отодвигать их от растений как можно дальше, от этого и так невысокая эффективность досвечивания падает еще. Растения, которые выросли под обычной лампой накаливания, легко распознать: они тянутся к свету и всегда чрезмерно вытянутые.
С люминесцентными лампами обратная история, в их спектре преобладает синий, но они излучают мало света в красной и оранжевой областях, а красный рассаде все-таки нужен (а комнатным растениям просто необходим, особенно тропическим экзотам вроде лимонов и кофе).
Иногда в оранжереях комбинируют «люмки» холодного света и лампы накаливания, которые нагревают воздух.
Светодиодные фитолампы
В последние годы растет популярность фитолпамп, в которых используют светодиоды. Долгое время они считались «хорошими, но дорогими», но несколько лет назад светодиоды резко подешевели. В спектре таких фитолап есть и синий, и красный, их называют биколорными. На упаковке обычно размещается спектограмма, которая показывает длину волн и в синем спектре, и в красном. Оптимальной для рассады считается длина волн:
На FORUMHOUSE вопрос о спектакльном соотношении для досветки рассады и для освещения зимних садов дискутировался несколько лет. Кажется, теперь в этом вопросе поставлена точка, и оптимальная картина выглядит так:
Соотношение цветов в спектре фитолампы
Применение
Досвечивание растений в оранжереях и зимних садах на протяжение всего срока их жизни. Большое количество красного цвета стимулирует рост зеленой массы, ускоряет и облегчает цветение, повышает урожайность.
Обеспечивает быстрое прорастание и цветение, идеально подходит для выгонки луковичных.
Для выращивания зелени и листовых зеленых овощей. Красный цвет в спектре обеспечивает быстрый рост зеленой массы, синий тормозит цветение и наращивает корневую массу.
Для выращивания рассады томатов и перцев. Благодаря высокому содержанию синего, развивается корневая система, а рост зеленой массы тормозиться. Рассад получается коренастой, с короткими междуузлиями. Такие лампы применяют и для того, чтобы затормозить вытягивание рассады.
Значение цветов спектра для растений
Хотя синий и красный – главные цвета в спектре для нормального роста и развития растений, но другие цвета в диапазоне от УФ-С (370- 410 нм) до ближнего ИК-А (700-780 нм) важны каждый по-своему. Чтобы успешно решать задачи выращивания рассады и комнатных растений при помощи фитоламп, надо знать, как воздействуют на них разные участки спектра.
Главное преимущество светодиодных источников в том, что из них можно составлять любой спектр, задавать любые режимы и управлять ими. Здесь важно еще не ошибиться с мощностью диода. Продаются диоды мощности 1 Вт, 3 Вт или 5 В, и 3 Вт для рассады предпочтительнее – на освещение квадратного метра рассады уходит 10-20 таких светильников.
На квадратный метр для досветки нужно таких 10-20 с расстоянием до рассады не более 10-15см. Либо на все ваши 2м2 4-8 длинных люмок (которые по 36 Вт), с таким же расстоянием до листа. Можно до 20 см, смотрите по состоянию растишек.
Пользователь FORUMHOUSE Лифтанутый, большой эксперт в вопросе досвечивания рассады, эмпирическим путем вывел формулу:
Как рассчитать расстояние от рассады
Освещенность высчитают так: она обратно пропорциональна квадрату расстояния от лампы до поверхности, и если передвинуть лампу, которая висела в 25 см от рассады, на 50 см, то освещенность уменьшится в 4 раза. Также здесь важен угол расположения лампы: можно провести аналогию с солнцем, которое в зените светит ярче, чем повиснув над горизонтом. Корректировать расстояние фитолампы нужно, сверяясь с самочувствием рассады, но вот это вполне рабочая таблица:
Расстояние до растений
Охват площади (диаметр)
В среднем, досвечивать рассаду фитолампами рекомендуют по 8-13 часов в день. Чтобы весь свет доставлялся по назначению, над светильниками приклеивают фольгу.
Выводы
В климатебольшинства российских регионов досвечивание необходимо и рассаде, и комнатным растениям. Для рассады важны в первую очередь синий и красный цвета спектра. Светодиодные светильники позволят подбирать нужный спектр и подобрать оптимальный режим.
Фитолампу для рассады можно сделать своими руками, и такой прибор будет в несколько раз дешевле покупного. На FORUMHOUSE мы подробно рассказывали, как своими руками сделать бюджетную фитолампу. Узнайте, как правильно высаживать рассаду в теплицы и ОГ. Присоединяйтесь к обсуждению фитоламп, ламп накаливания и светодиодов для подсвечивания растений. Посмотрите видео о том, как правильно закалять и подкармливать взрослую рассаду.
Рассада растений: свет и спектр
Много кто из цветоводов-садоводов, имеющих в своем «послужном списке» попытки выращивания рассады, стоял перед неприятной преградой для отличного урожая в виде «вытягивания» рассады (особенно актуально при посеве весной в условиях отсутствия хорошей освещенности).
Давайте разберемся в причинах проблемы и найдем пути для ее устранения.
Сначала немного теории.
Спектр дневного света
Видео о влиянии спектра света на рост растений.
Для цвета или спектральной составляющей главной характеристикой является длина волны, измерением которой производится в нанометрах. Белый цвет характеризуется длиной волны, равной 400 — 800 нм. В частотном диапазоне фиолетовый цвет находится внизу (короткие волны, 400 нм), а красный вверху (длинные волны, 800 нм). В первом случае имеем дело с ультрафиолетовым излучением, во втором с инфракрасным излучением ). Хотелось бы заметить сразу, что в случае с растениями красный цвет делится на просто красный (660 нм) и дальний красный (730 нм ), причем оба имеют важное значение.
Фотосинтез
Давайте рассмотрим процесс жизнедеятельности взрослого растущего зеленого растения. Обязательными условиями для существования являются: солнце, воздух и вода (а также минеральное питание из почвы).
Солнечный дает растению необходимую энергию, воздух (а точнее диоксид углерода, т.е. углекислый газ)—углерод, главный строительный материал,а вода—кислород, содержащийся в ней на молекулярном уровне.
В результате взаимодействия перечисленных трех компонентов в процессе фотосинтеза при помощи специального пигмента хлорофилла образуются органические соединения—углеводы.
При свете дня происходит разделение воды на кислород и водород, а также запасание энергии.
В ночной же темноте благодаря запасам энергии наблюдается соединение углекислого газа с водородом, что имеет следствием образование углеводов.
Важной деталью является то, что кислородом, выделяющимся при дневной фазе фотосинтеза дышат все живые существа на земле.
Фотоморфогенез
Фотоморфогенез—это совокупность процессов, которые можно наблюдать в растении под воздействием освещения, которому характерны разнообразная спектральный состав и интенсивность.
В данном случае свет является не столько источником энергии, сколько сигнальным средством, которое регулирует процессы жизнедеятельности растения, в частности, рост и развитие.
Это можно сравнить с работой светофора на перекрестке. Разве что в управлении задействованы не красный- желтый-зеленый, а иные цвета: синий, красный и дальний красный.
Рассмотри процесс прорастания семени более внимательно.
Проснувшись в темном грунте, семя начинают прорастать, стремясь вверх, к солнцу.
Следует заметить, что даже посеянные поверхностно семена и вообще рассада, стоящая на светлом месте делает скачок в росте исключительно в ночное время суток, в темноте. Именно поэтому любоваться массовыми всходами можно лишь по утрам.
До получения светового сообщения росток будет находится в этиолированном состоянии, для которого характерны бледноватый вид и крючкообразная форма.
Наблюдаемый крючок —это не что иное, как эпикотиль или гипокотиль, т.е. способ защиты почечки (точки роста), нужной в его непростом пути к солнцу.
Вышеописанное состояние будет сохранятся до того времени, пока рост продолжается в темноте.
Для того, чтобы вывести растение из этого состояния следует проводить ежедневное кратковременное освещение длительностью 5-10 мин.
Красный цвет
Давайте подробнее рассмотрим причины описанного явления. Оказывается, что помимо хлорофилла, каждое растение содержит в себе еще один чрезвычайно важный пигмент—фитохром, белок многократно усиливающий способность растения улавливать свет и его спектральные оттенки.
Отличительной чертой фитохрома является то, что он способен принимать две формы, которые отличаются друг от друга, и зависят от воздействия красного света (660 нм) и дальнего красного света (730 нм) соответственно. Поэтому поочередное облучение 2 типами красного света равнозначно манипулированию переключателем, имеющим значения «вкл/выкл».
Именно описанные черты фитохрома отвечают за соблюдение «режима дня» растениями и управлением периодичностью жизненных циклов.
Кроме того, за цветение растений также отвечает этот пигмент. Ну и как уважаемый читатель уже мог догадаться, теневыносливость и светолюбивость растений также связаны с фитохромом.
Теперь становится понятен принцип явления, благодаря которому в нашем ростке, оказавшемся на поверхности и получившем даже кратковременную долю освещения, запускается процесс деэтиоляции.
Все это происходит благодаря лучам обычного красного света, которых в в дневных солнечных лучах значительно больше, нежели дальнего красного.
Синий свет
Прояснив ситуацию с красным светом, давайте расставим точки над i с вопросом синего света—нашим фазаном из приведенной детской считалки в начале статьи, которые непосредственно воплощают фиолетово-синюю часть спектра—и выясним, как же он влияет на жизнедеятельность растений.
Следует заметить, что наличие или отсутствие желто-зеленого цвета никак не влияет на развитие растения.
Итак, синий свет имеет крайне важное значение, потому как он содержит в себе другой пигмент—криптохром, который очень чувствителен к освещению в диапазоне 400-500 нм.
У взрослых растений синий цвет отвечает за регулирование ширины устьиц листьев, за вытягивание листьев вслед за солнцем и подавление прорастания семян и роста стебля. Последний пункт очень важен для предотвращения «вытягивания» рассады.
Еще одно интересное наблюдение связанное с подавлением роста стебля: со стороны освещения рост клеток тормозится, поэтому стебель становится изогнутым в сторону источника света.
Пожалуй, все имели возможность видеть рассаду изогнутую в сторону окна.
Так вот, это благодаря синему свету. Данное явление имеет название фототропизма.
Ультра-фиолетовая часть спектра, которая также относится к синему цвету имеет следствием влияния торможение растяжения клеток, но ускорение их влияния.
Именно поэтому альпийские растения имеют низкорослую форму, а их «сородичи», растущие в теневых местах или под стеклом наоборот—вытягиваются.
Практические выводы
1) На свету.
Преимущество—сразу же после прорастания, побег гарантировано получит дозу необходимого красного света для выхода из этиолированного состояния.
Недостаток—возможно наблюдение тормозящего действия на развитие семян.
2) В темноте.
Преимущество—больше шансов на прорастание, поскольку исключено возможное угнетающее действие синего и красного света.
Недостаток—возможное появление «вытянутой» рассады, при отсутствии своевременной реакции на появившиеся всходы.
Первый вариант выглядит более предпочтительным, если нет возможности все свободное время уделять рассаде.
Но следующий вариант будет наилучшим решением. Днем рассада находится в темном месте, а ночью, во время роста растений, помещать ее на подоконник к свету. После ночного прорастания, вот оно утреннее солнце. Тогда будет как в пословице: «И волки сыты, и овцы целы».
Есть еще вариант на любителя: в пасмурную погоду 10 минут светить на рассаду по утрам искусственным светом.
Второй немаловажный вопрос: каким светильником пользоваться.
Тут прежде всего следует учитывать спектральную характеристику прибора, а мощность и другие параметры уже второстепенна. Несмотря на то, что, порой, информация может быть несколько приукрашена производителем, нужные данные без проблем можно найти.
Разумеется, здесь речь идет не о профессиональном оборудовании.
Обычные лампы накаливания совершенно не подходят, потому как они содержат слишком большое количество инфракрасного и желтого излучения, но крайне мало синего. На этом фоне применение люминесцентной лампы дневного света выглядит куда как более целесообразным по причине достаточного количества синего цвета при малом облучении красным спектром гаммы.
Конечно, лучше всего пользоваться искусственным освещением в ранние утренние и/или поздние часы, предоставив растениям насладиться солнечным светом из окна в дневное время.
Подытоживая все написанное, позволю себе адаптировать считалку про радугу на иной манер, характерный нам, садоводам.
Спектры в агрофотонике
Выращивание овощей и фруктов в искусственных условиях не является принципиально новой технологией. Однако, интенсивный рост населения планеты в последние годы приводит к повышению уровня потребления продуктов. Это делает актуальными вопросы повышения производительности и эффективности систем искусственного выращивания растений.
Введение
Производительность всей системы выращивания определяет количественный критерий оценки – например, полезная масса сухого вещества или объем целевого экстракта из листьев/корней. Для качественной оценки можно анализировать химический состав растений и морфология (отклонение формы и размеров стебля/листьев/плода).
Для большинства культур лучший урожай и качество продукции могут быть получены при обеспечении растениям комфортных условий, где все основные физиологические потребности максимально приближены к естественным уровням.
Таким образом, в большинстве практических задач за эталон для сравнения и оценки результатов искусственного выращивания можно брать растение, выращенное в естественных условиях. Естественные условия для конкретной культуры, как правило, соответствуют климату в регионе его изначального происхождения.
Основы
Рассматривая процесс выращивания растений как замкнутую систему, можно выделить следующие основные факторы, влияющие на результат (см. рис. 1):
Оптимальная температура фотосинтеза для большинства растений средней полосы составляет примерно 20—25°С. Например, для подсолнечника повышение температуры в интервале от 9 до 19°С увеличивает интенсивность фотосинтеза в 2,5 раза. [1]
Так, при фотосинтезе за счет энергии света происходит образование органических веществ (углеводов) при участии хлорофилла. Хлорофилл (от греч. χλωρός, «зелёный» и φύλλον, «лист») — зелёный пигмент, окрашивающий хлоропласты растений в зелёный цвет [1].
Таким образом, количество света является важным фактором, влияющим на интенсивность роста растений. [2]
Также на протяжении многих лет эволюции этот процесс адаптировался к суточному циклу “день/ночь”. Днем под воздействием света вода разделяется на кислород и водород, а растение запасает энергию и питательные вещества. Ночью, в темноте углекислый газ под воздействием запасенной энергии соединяется с водородом, образуя молекулы углеводов, т.е. происходит собственно рост культуры.
Таким образом, при искусственном выращивании растений важно обеспечить не только высокую освещенность, но и правильную цикличность включения света, чтобы получить лучший результат.
О спектрах
Современные светодиодные технологии позволяют форматировать сложные спектры освещения растений. Рассмотрим, каким образом спектр влияет на процесс роста.
На рис. 2 детально показаны энергетические спектры поглощения базовых пигментов растения.
Видно, что помимо традиционно упоминаемых пигментов хлорофилла с пиками поглощения в диапазоне 400-500 нм и 650-700 нм, на процессы роста также влияют вспомогательные пигменты из семейства светособирающих фикобилипротеинов.
В некоторых исследованиях спектры поглощения основных пигментов суммируются для формирования “универсального” спектра, форма которого показана на рис. 3.
Спектр эффективности фотосинтеза показан на рис. 4.
Кривая весового коэффициента для фотонов (Photon-weighted) позволяет перевести PPFD в YPF; кривая весового коэффициента энергии (energy-weighted) позволяет сделать то же самое для ФАР, выраженной в ваттах или джоулях.
Рассмотрим подробнее, как влияет на растения излучение в различных участках этого диапазона.
Облучение растений таким излучением имеет негативные последствия, может приводить к гибели клеток и обесцвечиванию листьев/плодов.
Ультрафиолет B (315- 380 нм)
Это излучение не имеет видимого эффекта на растения.
Передозировка ультрафиолетового излучения может быть опасна для листвы, однако малые дозы излучения поглощаются в процессе цветения и созревания плодов и влияют на цвет и биохимический состав (вкус). Как правило, дозы, получаемые растением под воздействием естественного света, достаточны для поддержания этих процессов.
Синий свет (430-450 нм)
Как показано выше, эта часть спектра хорошо поглощается большинством основных пигментов растения. Эта часть спектра может влиять на морфологию растения: размер и форму куста/листьев, длину стебля. Ряд исследований показывает лучшую эффективность синего цвета на раннем этапе развития растения (вегетативная фаза).
Синий свет способствует открытию устьиц, увеличению количества белка, синтезу хлорофилла, делению и функционированию хлоропластов, сдерживанию роста стебля.
Зеленый свет (500-550 нм)
Значительная часть этого диапазона отражается от листьев, однако нельзя недооценивать роль и этого участка спектра на полноценное развитие растений. Так, например зеленое излучение, отражаясь от верхних листьев растения, обладает лучшей проникающей способностью и способствует более равномерному развитию листьев, на нижних уровнях, находящихся в тени более крупных соседей (рис. 5) [5].
Также, управление уровнем зеленого в спектре облучения позволяет контролировать время наступления и длительность фаз прорастания и цветения.
Оранжевый свет (550-610 нм)
С точки зрения рассмотренных выше спектров поглощения хлорофиллов, этот диапазон имеет незначительный уровень отклик. Однако, успешный опыт применения натриевых ламп, излучение которых в основном лежит в этом диапазоне, подтверждает, что фактически растения способны развиваться даже при не оптимальном спектральном составе освещения.
Красный (610-720 нм)
Наиболее эффективный диапазон, с точки зрения количества фотонов, поглощаемых растением в процессе на всех этапах развития.
Красный свет способствует цветению, прорастанию почек, росту стеблевых листьев, опадению листьев, спячке почек, этиоляции и т.д.
Дальний красный (720-1000 нм)
Несмотря на незначительный отклик в спектрах поглощения основных пигментов, дальний красный диапазон выполняет своего рода “сигнальную” функцию – как и в случае с зеленым цветом, корректировка уровня дальнего красного позволяет повлиять на время наступления и длительность фазы цветения и плодоношения.
Инфракрасный (1000 нм и выше)
Все излучение в этом диапазоне конвертируется в тепло, дополнительно влияющее на температуру растения.
Следует помнить, что для естественного солнечного света более 50% энергии излучается именно в инфракрасном диапазоне. Если растение в искусственных условиях облучается только в диапазоне 400-700 нм, то нужно дополнительно предусмотреть запас мощности в системе отопления для поддержания комфортной температуры.
Потребности растения на разных этапах роста
Как было отмечено выше, свет является не только источником энергии, контролирующим фотосинтез. Различные участки спектра воспринимается растением как сигналы, влияющие на многие аспекты роста и развития (прорастания, деэтиоляция) Изменения в развитии растений, связанные со светом являются результатом фотоморфогенеза.
На схеме на рис.6 показаны основные эффекты, стимулируемые различными цветами на протяжении жизненного цикла растения.
Рассмотрим более подробно влияние света на различных этапах
Синтез хлорофилла
Для светолюбивых растений подходит синий свет, для тенелюбивых растений подходит красный свет.
Цветение
Соотношение между длительностью светового периода и периода темноты называется фотопериодом. Общая протяженность суток – 24 часа, однако в зависимости от разной широты и времени года, протяженность дня и ночи неодинаковая. В зависимости от разных климатических условий и места произрастания, фотопериод у разных растений неодинаков. Цветение, опадение листьев, спячка почек – всё это является реакцией растения на изменение фотопериода.
Растения, которые готовы начать цвести, зацветут при наступлении подходящего фотопериода. Количество дней до начала цветения определяется возрастом растения. Чем старше растение, тем оно быстрее зацветет. Под воздействием фотопериода оказываются листья растений. Чувствительность листьев к изменению фотопериода связана с возрастом растения. Чувствительность старых листьев и молодых листьев неодинаковая. Наиболее чувствительными к изменению фотопериода являются растущие листья.
Накопление питательных веществ и рост растений регулируются излучением в красном и дальним красном диапазоне. Размножение определяется, синим светом. Фитохром, содержащийся в листьях, может принимать сигналы красного света и дальнего света. Растение готовое к цветению, зацветет, если последнее излучение будет красным дальним светом.
На рис. 7 показаны спектры поглощения растений при синтезе хлорофилла, фотосинтезе и фотоморфогенезе.
Светодиоды
Современные мощные светодиоды, применяемые в искусственном освещении растений, позволяют сформировать монохромное излучение фактически в любой части спектра, рассмотренной выше.
Примеры спектров светодиодов показаны на рис. 8
Стоит отметить светодиоды с длиной волны 450 нм (“глубокий синий”) и 660 нм (“дальний красный”), как составляющие, совпадающие с пиками поглощения хлорофиллов. Как было отмечено выше, наличие светодиодов пиком излучения в других частях спектра, позволяет дополнительно стимулировать другие участки спектра поглощения. Белые люминофорные светодиоды (серая кривая на рис. 8) имеют в составе своего спектра относительно широкую область излучения люминофора, а также синий пик непоглощенного люминофором излучения синего кристалла.
Комбинация светодиодов различных цветов в одном светильнике с возможностью независимого управления позволяет сформировать фактически любой спектр для конкретной культуры и фазы ее развития.
Примеры спектров, используемых в различных сценариях освещения растений,показаны на рис. 9
Отдельно стоит рассмотреть спектр облучения, получаемый растением, когда на него воздействует одновременно естественное излучение и излучение системы светодиодной досветки.
Предположим. что в светильнике для досветки используются синие и красные светодиоды в соотношении примерно 1:2 (по уровню энергии), для стимуляции хлорофиллов на стадии вегетативного роста.
Пример такого спектра показан на рис. 10
В реальности же на листья растений будет также воздействовать спектр солнечной радиации, и суммарный спектр облучения будет выглядеть следующим образом (рис. 11).
Видно, что в этом случае растение монохромная досветка в сочетании с широкополосным естественны излучением дает спектр, стимулирующий все основные зоны поглощения растений. Результирующий спектр по форме близок к суммарному спектру поглощения всех основных пигментов растения, рассмотренному выше.
Заключение
Подводя итоги данного обзора можно отметить следующее:
Спектральный состав света является важным фактором для продуктивного выращивания культур в искусственных условия, однако, не первичным. Получить прирост урожая за счет оптимизации спектра можно при обеспечении растению достаточного уровня базовых потребностей (температура, вода, CO2, вентиляция). Количество света также является более приоритетным параметром по сравнению с его спектральным составом.
Современные светодиоды позволяют эффективно сформировать излучение в спектральном диапазоне поглощения растений. Причем возможно применение т.н. монохромных светодиодов с различными цветами (длиной волны излучения) и традиционных белых “люминофорных” светодиодов, обеспечивающих равномерное широкополосное излучение.
Наличие в светильнике светодиодов с различными цветами и технологии независимого управления ими позволяет исследовать влияние спектра на эффективность выращивание отдельно взятой культуры в конкретных условиях и выработать оптимальный баланс цветов для лучшей урожайности.
Список литературы
Физиология растений. Н.И. Якушкина. Издательство: «Владос». Год: 2004
Исследования над образованием хлорофилла у растений. Монтеверде Н. А., Любименко В. Н. Известия Императорской Академии наук. VII серия. — СПБ., 1913. — Т. VII, № 17. — С. 1007–1028.
Создание эффективных светодиодных фитосветильников. Cакен Юсупов, Михаил Червинский, Екатерина Ильина, Владимир Смолянский. Полупроводниковая светотехника N6’2013
Contributions of green light to plant growth and development. Wang, Y. & Folta, K. M. Am. J. Bot. 100, 70-78 (2013).