Освещение для растений: Lumen, PAR, PPF
Нужно ли вашим растениям больше света? Вам может казаться, что ваш дом хорошо освещен, но весьма вероятно, что ваши растения практически умирают от недостатка света.
Выращивание растений в помещении предполагает решение множества непростых задач, одна из самых серьезных – это, конечно, недостаточное количество света. Сложно поверить, но большинство жилых домов слишком темные для растений – хоть и кажутся довольно светлыми для людей – а многие начинающие садоводы не понимают разницу между достаточным освещением для человека и растения.
Растениям требуется большое количество света, без него они могут буквально умереть от голода, даже если в помещении достаточно светло для повседневной человеческой деятельности, например, для чтения. Это все происходит потому что растения воспринимают свет не так как люди.
Выращивание под искусственным светом
Может показаться, что выращивание под искусственным светом – это какая-то новая идея, но это не так. Более чем 50 лет назад ученые в Государственном Университете Огайо получили прекрасные результаты по выращиванию растений под люминесцентными лампами без вообще какого-либо солнечного света.
Томаты под искусственным светом
Сегодня же современные люминесцентные, светодиодные и газоразрядные лампы специально разрабатываются, чтобы излучать тот спектр света, который необходим растениям, чтобы развиваться в условиях недостаточного солнечного освещения. На практике, в помещении можно выращивать широкий круг декоративных и плодоносящих растений.
Чтобы понять какие возможности дает конкретная лампа для выращивания, нужно понимать, как измеряется свет. Традиционная единица измерения яркости света – люмен. Обычная лампа накаливания в 100 ватт излучает примерно 1300 люмен света. Освещенность измеряется в люксах, 1 люкс – это свет яркостью 1 люмен, падающий на площадь в 1 квадратный метр.
Надо понимать, что люмены и люксы относятся к видимому спектру. Так как растениям нужен свет не всего видимого диапазона, а только тот, что составляет фотосинтетически активную радиацию (ФАР), то люмены не всегда являются точной характеристикой пригодности лампы для выращивания, но дают более-менее приемлемую примерную оценку.
Кроме того, освещение измеряется по его цветовой температуре. Это показатель внешнего вида (спектра) света, а не количества тепла. «Холодный» свет – это свет в синей и желто-зеленой части спектра, а «теплый» — это свет в красной части светового спектра. Спектральные характеристики света измеряются в нанометрах, что означает длину световой волны.
Видимый свет – это свет с длиной волны от 400нм (фиолетовый) до 700нм (красный). Для того, чтобы растение могло фотосинтезировать, ему нужен свет с основными длинами волн 450нм (синий свет – вегетативный рост) и 650нм (красный свет – цветение). Красный свет необходим для запуска процесса цветения растения, а синий свет позволяет растению развиваться вегетативно.
Влияние разных спектров на развитие растения
Именно с помощью света растение производит пищу из воды и углекислого газа в своих пигментах-хлорофиллах.
Яркий свет необходим для быстрого роста и цветения
На открытом воздухе растения могут получать больше, чем 100000 люксов света ярким летним днем, а опыт подсказывает, что какие-то виды растений лучше всего растут и плодоносят, только если получают максимальное количество солнечного света. Другие виды, напротив, лучше растут в более затененных условиях.
В помещениях мы получаем контроль над видом и распределением искусственного света для растений. Для таких популярных для выращивания в помещениях растений как розы, гвоздики и хризантемы лучше всего включить свет на максимум, а для любящих тень сенполий, глоксиний, орхидей и лиственных растений нужно не более 11000 люксов света. Томатам и другим плодоносящим растениям требуется не менее 20000 люксов света.
В доме обычно не получится найти освещенность больше, чем 400 люксов, разве что около окна без препятствий снаружи. Обычно свету, попадающему в окно, мешают деревья, другие здания, карнизы, жалюзи, занавески или шторы. В результате получается, что окно дает достаточно света для человека, но для растения это будет считаться слишком затененной зоной.
Несмотря на все эти различия между условиями внутри помещения и снаружи, растения могут крайне успешно расти в доме. Как правило, те растения, что предпочитают затененные места снаружи, будут хорошо расти и внутри, конечно, если температура и влажность оптимальны, но перечень этих растений крайне мал – это такие растения, как, скажем Сансевиерия трёхполосная, остальным же нужно дополнительное искусственное освещение.
Типы ламп для выращивания
Лампы накаливания не подходят для выращивания, так как 95% энергии, потребляемой лампой накаливания, излучается в инфракрасном диапазоне (тепловое излучение), бесполезном как для людей, так и для растений. Кроме того, лампы накаливания совсем не излучают свет в синей части светового спектра, без которого растения не могут полноценно развиваться, а тепло от такой лампы будет замедлять и без того слабый рост. От лампы накаливания можно ожидать 10-15 люмен/ватт.
Газоразрядные лампы работают за счет электрического разряда внутри лампы, который либо светится самостоятельно, либо заставляет светиться люминофоровое покрытие. Лампы первого типа, обычно используемые для выращивания растений – это лампы высокого давления ДНаТ (Дуговая Натриевая Трубчатая) и МГЛ (Металлогалогенная Лампа), последние также называются ДРИ (Дуговая Ртутная с Излучающими добавками). Разница между этими лампами заключается в доминирующем спектре излучаемого света – МГЛ лампы излучают более холодный (синеватый) свет, а ДНаТ лампы – более теплый (желто-оранжевый) свет. Выбор между этими лампами будет зависеть от типа растений, которые вы выращиваете: цветущим культурам, вроде томатов, больше подойдет ДНаТ лампа, а зеленым насаждениям, таким как салат, необходимо больше синего – им предпочтительней МГЛ. ДНаТ – более универсальная лампа, так как она тоже излучает некоторое количество синего (хоть и не так много), но салат будет успешно расти и под ней, а вот томаты под МГЛ вырастить проблематично.
Многие годы серьезные садоводы полагаются на газоразрядные лампы высокого давления для получения больших урожаев в помещениях, эти лампы проверены годами: они дают хорошую световую отдачу (до 150 люмен/ватт), а их спектр хорошо подходит растениям. Однако, не обходится и без недостатков – такие лампы очень горячие, в условиях закрытого пространства им нужна хорошая система охлаждения, кроме того, растение может обжечься, если проявить неосторожность и позволить ему дорасти до лампы.
Гидропонные томаты в гроутенте под лампой ДНаТ
Второй тип газоразрядных ламп – люминесцентные лампы, их также называют ЭСЛ (Энергосберегающие Лампы). По конструкции – это газоразрядные лампы низкого давления, покрытые специальным люминофором, который и светится от электрического разряда. Люминесцентные лампы хорошо подходят для мелкомасштабного выращивания, так как они обычно бывают небольшой мощности – до 150 ватт – и не разогреваются до высоких температур при использовании. Люминесцентные лампы бывают разных цветовых температур – холодного и теплого света, подбирать их нужно соответственно вашим культурам – холодный свет для лиственных, теплый – для цветущих культур.
Люминесцентные лампы хорошо подходят для нетребовательных к свету растений – зеленых салатов, трав и других лиственных видов, а также для проращивания молодых кустов, которым не требуется освещение высокой мощности.
Очень важно выбирать только самые современные люминесцентные лампы, разработанные специально для выращивания – старые модели ламп отличаются плохой светоотдачей и неподходящим спектром. Например, среди длинных трубчатых ламп самыми современными и эффективными являются лампы Т5 (Т – это мера толщины трубки лампы, равна 0,125 дюйма). Стандартные офисные Т8 проигрывают им по светоотдаче, а потому не являются хорошим выбором. Кроме того, можно выбрать современные мощные компактные люминесцентные лампы, если ваше пространство не позволяет установить длинные лампы Т5. Светоотдача современных люминесцентных ламп – не менее 100 лм/Вт.
Люминесцентные лампы Т5
Чтобы перевести люксы в фотосинтетический фотонный поток (PPF), который является единицей измерения фотосинтетически активной радиации (ФАР) – той части светового спектра, которая необходима растениям – воспользуйтесь этим калькулятором. Данные нужно вводить в фут-свечах, 1000 люксов = 93 фут-свечи. Данные по ФАР даны для различных типов ламп, так как их спектры различны. Вот пример расчета для яркости света в 50000 люксов (4645 фут-свечей):
Все газоразрядные лампы – ДНаТ, ДРИ, люминесцентные – не могут подключаться напрямую в розетку, так как для запуска им необходимы импульсные разряды высокого напряжения, а также строгий контроль рабочего тока. Такие лампы должны подключаться к специальному балласту, который должен соответствовать выбранной лампе. Такие балласты называются ПРА (Пускорегулирующий Аппарат), их нужно подбирать под тип и мощность купленной лампы. У некоторых моделей компактных люминесцентных ламп ПРА уже установлен в цоколе, дополнительных комплектующих для них не требуется. Прочитайте про разные типы балластов в этой статье.
Газоразрядные лампы – хороший выбор для начинающего и продвинутого садовода, не требующий крупных денежных вложений, позволяющий получить хороший урожай.
Сравнительно новая и быстро развивающаяся технология – это светодиодное освещение. Светодиод – это полупроводниковый прибор, который испускает световой поток с одной конкретной длиной волны. Комбинируя светодиоды с разными длинами волн, можно получать светодиодные лампы, подходящие для выращивания растений. Светодиодные лампы обладают многими преимуществами, которые делают их довольно перспективной технологией в домашнем садоводстве – они выделяют не так много тепла (хотя им все равно требуется охлаждение), они долго служат и обладают отличной светоотдачей на ватт. Именно за счет своей высокой эффективности светодиодные лампы являются самыми экономичными источниками света.
Однако, они также не лишены недостатков: световой спектр светодиодной лампы уникален и зависит от типа светодиодов в ней и их количества. Более старые модели с красными и синими светодиодами не излучают света в желтом и зеленом спектре, а он необходим для правильного развития растения. Современные светодиодные лампы решили эту проблему – в них часто устанавливаются от пяти до десяти типов диодов различных спектров. Кроме того, светодиоды – это технология, очень требовательная к качеству – даже одного дефектного диода достаточно, чтобы вся лампа вышла из строя. При выборе светодиодной лампы необходимо очень тщательно выбирать производителя – важно, чтобы лампа тестировалась не только на качество светодиодов, но и на пригодность полученного спектра для выращивания именно вашего типа растений. Еще один недостаток светодиодных ламп – их высокая стоимость. Качественная лампа для выращивания может стоит в 5-7 раз дороже газоразрядной лампы схожей мощности.
Выращивание перцев под светодиодной лампой
Расчет мощности освещения
Прежде чем пойти и купить систему освещения, необходимо принять во внимание несколько важных вещей. Необходимое количество световой энергии для данной площади сада, тип отражателя для лампы, насколько будут пересекаться световые пятна нескольких ламп с отражателями – все это стоит знать прежде чем начать выбирать систему освещения.
Существует несколько методов расчета необходимой световой энергии для достаточного освещения садовой площади. Можно использовать хитрые приборы, которые помогут определить микро-моли PPF, а также оценят количество ФАР, но для большинства начинающих садоводов эта информация ни к чему. Конечно, если у вас есть доступ к подобным измерительным приборам, то, без сомнения, используйте их, но вам совершенно необязательно использовать что-то подобное, чтобы понять какая система лучше подходит для вашего сада.
Большинству садоводов для расчетов достаточно лишь знать примерную мощность освещения на квадратный метр для конкретного растения. Именно принимая во внимание потребность в свете каждого конкретного растения можно определить необходимую мощность лампы. Таким образом можно подобрать лампу под ваши нужны, не пережечь растения и добиться оптимального роста.
Если вы выращиваете салат и другие культуры с низкой потребностью в освещении, то для расчетов используйте значение в 200-300 ватт на квадратный метр площади. Так, лампа в 1000 ватт позволит осветить 3,5-5 квадратных метров сада. Если вы собираетесь выращивать более требовательные растения, например, томаты, то рассчитывайте мощность, исходя из 400-450 ватт на квадратный метр. Тогда 1000-ваттной лампы хватит примерно на 2,5 квадратных метра.
Имейте ввиду, что данный расчет – это непосредственно засаженная площадь, а не обязательно физические размеры самого помещения.
Если вы хотите получить максимальные урожаи, то вы можете поднять мощность до 650-750 ватт на квадратный метр, однако, для большинства однолетних растений отметка максимального урожая достигается на 450-500 ваттах на метр, а дальнейшее увеличение освещенности нецелесообразно.
Световую энергию можно максимизировать, используя подходящий отражатель – он позволит сократить количество энергии, которая не достигает растения – по факту, прямых потерь электричества. Для выбора оптимального отражателя ознакомьтесь с нашей статей о рефлекторах.
Источник
Светодиоды, PAR, Lm, Lux и другие. Что нужно растениям?
Когда я начал изучать тему фитоламп и раскрыл для себя светодиоды, понял, что в России к сожалению специалистов по этой теме очень мало. Нет, крупные агрокомплексы и тепличные хозяйства уже во всю применяют специальные LED светильники, но они не обсуждают это на форумах! Например, недавно узнал от друга, что один крупный агрокомплекс закупил светодиодный фитоламп на несколько сотен миллионов рублей! Вот и думайте потом, какие лампы эффективнее, там то люди умеют считать прибыль, расходы, эффективность. Мне же в итоге пришлось многое осваивать из опыта зарубежных коллег, которые активно развивают эту тему и делятся опытом и ведут научные исследования и лабораторные изыскания, а не пустословят.
Видео обзор типичной LED лампы для рассады и растений
Теперь о сути, в этой статье я хочу рассказать про два фактически важных вопроса:
1) На что смотреть в лампе в плане эффективности для роста растения?
2) И сколько нужно света растению?
На что смотреть при выборе лампы и почему?
Если Вы хоть немного читали о светодиодных фитолампах, то уже знаете, что нужен красный и синий диапазон спектра, т.к. он поглощается лучше и дает дольше эффекта для фотосинтеза.
Т.е. в лампе нам важна не просто мощность светового потока, а в определенном спектре!
Именно поэтому не стоит обращать внимание на Люксы (Lux) и Люмены (Lm) в характеристиках светодиодных ламп. Нам нужен другой параметр – PAR (Photosynthetically Active Radiation), показатель фотосинтетической активной радиации. PAR относится к спектральному диапазону света от 400 до 700 нм. Который и участвует в фотосинтезе.Наиболее важными являются два участка спектра: в районе 660 и 450 нм. (именно поэтому используют красные и синие светодиоды). Выражается он (ПАР) в микромоль на метр квадратный в секунду (umol\m2*s). PAR является наиболее точным показателем мощности света в отношении фотосинтеза растений, противопоставление Люменам в которых измеряется яркость в отношении видимого спектра для человеческого глаза. Это очень важный момент! В итоге заблуждается тот, кто меряет люксы или люмены и сравнивает тем самым разные лампы. Именно спектральный состав и показатель PAR – определяет как эффективно работает для растения та или иная лампа и на сколько хорошо (быстро) будет происходить рост!
Сколько нужно света растению?
В безоблачный летний день, где ни будь около теплого моря, растения получают до 2000 микромоль. Но большинство растений не в состоянии поглотить столько света, подобно тому как они могут поглотить только определенное количество воды и СО2. Есть предел, сколько света может поглотить растение – он называется «точкой светового насыщения» LSP (Light Saturation Point). Во многих случаях было замечено, что у каждого растения есть оптимальный диапазон PAR, наиболее оптимальный для роста растения. Недостаток – плохо, превышение, тоже плохо. Кроме того, растение может получать «ожог» и засыхать, испытывать «стресс», если света слишком много. В итоге со светом, как и со всеми другими компонентами растениеводства – тоже нужен баланс! Ниже я привожу результаты исследований американских ученых, дающих рекомендации по диапазону Photosynthetically Active Radiation для разных групп растений:
А вот пример значений PAR светодиодной фитолампы 100Ватт, среднего класса (экономичной и достаточно не дорогой):
Отсюда мы видим, что например, для выращивания томатов и клубники ее нужно разместить на высоте 0,6 м, а для выращивания зелени и специй можно подвесить ее на высоту 1,2 метра (увеличив площадь зоны освещения). А если взять лампу помощнее, и классом повыше, то показатели будут еще лучше! Но еще очень важно — наличие светоотражающей пленки. Используя зеркальную или ярко-белую пленку можно увеличить показатели на 50% и более.
Для примера замеры наших двух тестовых ламп (ДНаТ 100 Вт и светодиодного светильника такой же мощности):
И светодиодная лампа (по фитосвету она почти втрое эффективнее лампы ДНаТ):
Заключение
Многие производители светодиодных ламп для растений уже делают дорогостоящие тесты параметра PAR в зависимости от высоты установки лампы над растением. Смотрите на это значение при выборе и проектировке своего домашнего сада и теплицы или гидропонной установки. Но будьте внимательны, я встречал у некоторых отечественных производителей значения ПАР, сделанные «на коленке», они условно переводили Люксы в микромоль. На самом деле, для определения этого параметра нужен специальный агрегат, с анализом спектра!
На многие светильники с хороших китайских заводов мне удалось получить результаты тестов PAR, Вы можете посмотреть в нашем каталоге.
С наилучшими пожеланиями,
Андрей Борисов.
Источник