Выращивание зелени при искусственном освещении

Искусственное освещение растений. Зачем это нужно и как реализовать

Для того чтобы цветы радовали глаз круглый год, необходимо оптимальное количество света, тепла, влаги, удобрений. Но иногда свету не придают должного значения, а между тем надежное, экономичное и эффективное освещение теплиц, зимних садов и оранжерей способно творить настоящие чудеса. С этой целью обязательно для досветки используется искусственное освещение для растений, о чем и пойдет сейчас речь.

Свет и фотосинтез растений

Процесс фотосинтеза – образование органических веществ из воды и углекислого газа – играет одну из важнейших ролей в жизни растений. Возможен он только при наличии солнечного или искусственного света. У растений фотосинтез происходит с участием хлорофилла – фотосинтетического пигмента, через который поглощается световая энергия. И чем лучше освещение, тем активнее продвигается этот процесс, тем лучше чувствуют себя растительные культуры, активнее их рост, цветение, плодоношение. Конечным этапом фотосинтеза является выделение кислорода.

Но чтобы растение нормально росло, важна не только энергия света сама по себе, спектр тоже играет большую роль. Дело в том, что по спектральному составу свет не однороден.

Человеческому глазу это не видно, но приборы показывают, что световые лучи имеют разную длину электромагнитной волны (измеряется в нанометрах – нм) и разный цвет.

Оранжевые и красные лучи – важней всех остальных для растений, длины их волн составляют 620-595 нм и 720-600 нм соответственно. Лучи этих спектров поставляют энергию для фотосинтеза и несут ответственность за скорость роста, развитие корней, цветение, созревание плодов.

Кроме оранжевых и красных участвуют в фотосинтезе фиолетовые и синие лучи (490-380 нм), в функции которых входят регулировка скорости роста и стимуляция синтеза белков. Пигменты растений, поглощающие в основном энергию синего спектра, отвечают непосредственно за рост листвы. Недостаток синего заставляет растения тянуться за ним вверх, делаясь более тонкими и высокими.

Лучи с волнами 315-380 нм отвечают за производство витаминов и не позволяют стеблю слишком вытягиваться, ультрафиолет с длиной 280-315 нм повышает устойчивость к холодам — таким образом, у каждого спектра есть свое предназначение в развитии растительных культур.

Лампа для выращивания зелени

Эти знания широко используются при выращивании растений при искусственном освещении в теплицах, зимних садах, квартирах с учетом потребностей растений в отдельном световом спектре. Так, например, некоторым из них на стадии вегетативного роста нужен холодный белый свет фитоламп, на стадиях цветения, плодоношения, они больше нуждаются в теплом световом спектре.

Как определить недостаток или избыток освещения для растений

Свет нужен всем растениям, но одни могут прекрасно существовать при его недостатке, в то время как другие в таких условиях долго не проживут. Условно растительные культуры делятся по степени своей потребности в световой энергии на три основные группы:

• светолюбивые – требуют хорошего освещения, без него плохо растут, могут погибнуть;
• теневыносливые – способны выносить небольшое притенение, расти и развиваться на небольшом отдалении от источника света;
• тенеиндифферентные (тенелюбивые) – нуждающиеся в свете гораздо в меньших количествах, чем первые две группы.

Определить недостаток света у растения легко – это сразу начинает отражаться на внешнем виде: зелень листьев тускнеет, стебель начинает вытягиваться, цветоносы отпадают, декоративность комнатных цветов теряется. Адаптируясь к недостаточному количеству света, листья отдельных растений могут не только побледнеть, но и приобрести темно-зеленый оттенок, увеличиться или, наоборот, уменьшиться. Междоузлия вытягиваются, становясь менее прочными. Без достаточного освещения домашних растений светолюбивые цветущие растения перестают цвести.

Все эти явления являются ничем иным как следствием недостаточного фотосинтеза.

Признаки недостатка света

Но переизбыток света тоже вреден для растений. Он может являться причиной разрушения хлорофилла. Это явление можно отследить по желто-зеленому или бронзовому оттенкам листьев, которые при этом становятся короче и шире, чем были раньше, и по более коротким междоузлиям. Само растение становится более приземистым.

Признаки избытка света

Создание искусственного освещения

Для того чтобы создать для растительных культур наиболее благоприятные световые условия с учетом их индивидуальных потребностей, разработаны специальные фитолампы. Пользоваться обычными лампами накаливания в этом случае нельзя: слишком сильно нагреваясь, они могут причинить ущерб растениям, и к тому же, выделяя тепло, они меняют температурный режим помещения.

Выбор специализированного фито освещения для растений сегодня огромен: галогенные, натриевые, энергосберегающие, светодиодные — иногда их комбинируют. Например, галогенные лампы чаще всего используют на этапе вегетативного роста растений – они дают синий и желтый цвета. Натриевые используются на репродуктивной фазе — их излучение красноватого оттенка способствует цветению и плодообразованию, о чем читайте здесь.

Люминесцентные лампы, очень популярные до недавнего времени, из-за постепенного ослабевания светового потока и недолговечности постепенно отходят на второй план. Об их применении в теплицах читайте тут.

Подсветка рассады люминесцентными лампами

Есть наиболее экономичные и долговечные, создающие синие, красные лучи светодиодные лампы, которые хорошо себя зарекомендовали в разных условиях выращивания растений. Они удовлетворяют не только потребность в определенном количестве света, но и в световом спектре, протяженности светового дня. Как подобрать светодиоды для освещения растений, подскажет эта статья.

С помощью таких ламп можно управлять фазами роста, регулировать время, когда растение отдыхает или бодрствует. Многие ошибочно считают, что чем дольше горит свет, тем лучше для растений, но это в большинстве случаев не так: им также, как и людям, нужно время для сна и желательно в одном режиме. Лампы led освещения для растений выпускаются с длиной волн 400 нм, 430 нм, 660 нм, 730 нм.

Такое искусственное освещение улучшает поглощение хлорофилла, ускоряет обменные процессы, содействует росту корней, стимулирует защитные функции.

«Растительная» специфика подразумевает следующие типы освещения:

• постоянное – например, для овощных культур, которые лучше всего растут при естественном дневном свете, им в качестве постоянного освещения подходят спектральные галогенные, люминесцентные лампы;
• периодическое – может применяться в определенный период года (зимой, осенью, ранней весной) в целях поддержания растений, когда световой день становится для них слишком коротким;
• циклическое – обмен веществ у растений имеет циклический характер, поэтому освещение может быть настроено в соответствии с этими циклами, оно должно включаться/выключаться с помощью таймера-реле и зависит от предпочтений растения (короткие дни и длинные ночи или наоборот);
• краткосрочное – досветка в определенные часы, соблюдать спектр не обязательно;
• декоративное – контурная или подсветка снизу для придания растению или группе растений наибольшего декоративного эффекта.

Расстановка источников света в теплице, зимнем саду и для комнатных растений

При расстановке фитосветильников необходимо учитывать следующие показатели:

• размер площади;
• длительность освещение;
• цикличность освещения;
• необходимый световой спектр;
• безопасность расстояния от ламп до растений (не менее 20 см от верхнего листа);
• возможность сокращать/увеличивать расстояние от лампы до растения по мере необходимости;
• угол светового излучения.

Для начала необходимо провести тщательную сортировку растений по видам, их индивидуальным особенностям и периоду вегетации, продумать компактное, удобное размещение растений и лампы – оно не должно мешать перемещению людей, домашних питомцев, техники (если это производство), требуется также соблюдение правил пожарной безопасности.

По отношению к растительным культурам фитолампа может устанавливаться по-разному – это зависит от того, является цель освещения декоративной или имеет вспомогательную функцию.

Искусственное освещение для комнатных растений, размещенных на маленькой площади, и имеющих одинаковую высоту формируется компактными лампами, для высоких растений-одиночек — прожектора одиночного типа. Для растений, стоящих на стеллажах, подставках, подоконниках — светодиодные или компактные лампы, могут также быть использованы и удлиненные люминесцентные с рефлекторами. В больших зимних садах, теплицах и оранжереях целесообразно устанавливать потолочные светильники с мощными газоразрядными лампами.

Источник

Хилый Укроп и рукотворное солнце

UPD: Как и обещал, перезалил изображения на habrastorage, и дополнительно исправил ошибку в изображении с графиками (там была некорректная легенда к графикам) .

«Ты помнишь как все начиналось…»

А началось все с желания удовлетворить научное любопытство, и проверить смогу ли я замахнуться на замысел творца и вырастить растение не хуже, чем под лучами светила нашего небесного.
Для этого было куплено несколько упаковок «петрушки кучерявой» от производителя Happy Plant, растения были из одной партии как заверял меня продавец, следовательно при более ли менее одинаковой температуре в комнате и схожем режиме полива, можно было рассматривать освещение как основной фактор различающий 2 посаженных образца.

В декабре на солнечный и теплый подоконник был посажен образец №1 который тихо мирно рос себе без дополнительного досвечивания, образец успешно вырос средние параметры освещенности были записаны процесс роста запротоколирован.
И пришло время сажать второй образец, который должен был вырасти исключительно в условиях искусственного освещения, со смещенными циркадными ритмами (растение освещалось ночью, а утром находилось в темноте)

«Мы рождены чтоб сказку сделать былью!»

Ввиду моей практически полной некомпетентности в электронике было принято следующее решение. Взять Arduino, взять макетную плату, натыкать в нее светодиодов типа «пиранья», установить микросхему часов реального времени, собрать все это, растение запихнуть в коробку из под сока и накрыть сверху макетной с лампочками.
Сказано – сделано, но для начало необходимо было прикинуть, сколько диодов необходимо и как это все будет работать.
Первым критерием было мое нежелание усложнять схему, транзисторными ключами и питать светодиоды прямо от портов Arduino, Из расчета 1 «Пиранья» на 1 порт.
Вторым критерием было желание не просто освещать растение, а с имитировать смену времени суток.
Третьим критерием была необходимость соответствия освещенности при искусственном и естественном освещении.
В итоге было принято условно симулировать следующие режимы времени суток:

Цветовая температура была прикинута на глазок на основании данных гуляющих в интернете.

Чтобы посмотреть насколько освещение будет соответствовать этим режимам было проведено моделирование. В первом приближении в качестве кривой естественного освещения была принята модель АЧТ. График искусственного освещения строился на основе даташитов на светодиоды, излучение светодиода рассматривалось, как Гаусова кривая, которые потом складывались между собой. В итоге получилсь вот такие графики.

Как видно из графиков, кривые мягко говоря, не соответствуют друг другу, но я решил сделать допущение, предположив что для фотосинтеза главное красный и синий цвет, а остальные не так важны, как покажет практика допущение сыграло со мной плохую шутку, но об этом позже.

«Я его слепила из того, что было»

По итогам моделирования было установлено точное количество светодиодов.
Был произведен процесс поскребания по сусекам, и найдены следующие светодиоды, (безусловно можно было придумать, что-то лучше но это то что у меня было под рукой.

• BL-760RUWC, светодиод «пиранья» ультра-белый 160″ 5000мКд — 4 шт.
• BL-760RURC, светодиод «пиранья» ультра-красный 160″ 1000мКд 660нМ — 2 шт.
• BL-760RUBC, светодиод «пиранья» ультра-синий 160″ 2000мКд 470нМ -1 шт.
• BL-760RUEC, светодиод «пиранья» ультра-оранжевый 160″ 1500мКд 630нМ — 2 шт.
• BL-FL7660UVC, светодиод «пиранья» ультра-фиолетовый 75″ 220мКд 405нМ — 1 шт.
• АЛ102БМ, светодиод красный 30” 0.2 мКд 700 нМ — 4 шт.

При максимально включенном режиме освещения (условное солнце в зените), освещенность отличалась от усредненной естественной освещенности не более чем на 10%.

Как видно из списка помимо пираньи есть еще светодиоды АЛ102БМ, они должны были симулировать дальний красный свет, который должен был сообщать растениям, что пришла ночь, но во первых светили они очень слабо, а во вторых длинна волны была короче необходимой примерно на 50 нм, но я решил что пусть будут, благо есть не просят.

В итоге все это «счастье было собрано (спойлер):

Как видно из последнего фото, растению было явно не скучно, у него была своя собственная дискотека 🙂

В процессе сборки я открыл для себя несколько прописных истин.
1) Не использовать витую пару для соединений чего-то длиннее чем перемычка.
2) Не использовать макетные платы для устройств срок эксплуатации которых составляет больше 1 дня
3) Не доверять собранной с учетом первых двух факторов электронике периодически её проверяя.
Так или иначе отступать было уже поздно и после нескольких пересборок схема смогла отработать назначенный ей срок в 20 дней.
Если кому-то интересно, то схема принципиально выглядит вот так

Сделать хотел грозу, А получил — козу.

Что же получилось в итоге? В итоге по окончании 20 дней было произведено сравнение растений.

На фотографии слева, растение, которое росло под естественным светом на подоконнике, справа то что росло в развеселой коробке из под сока.
Несложно заметить, что растение выращенное под естественным освещением, так и пышет здоровьем, а вот его собрату повезло значительно меньше. Всхожесть получилась меньше, рост медленнее к тому же растения выросли утонченными и вытянутыми. Чему виной служил неправильно подобранный свет, с избытком красного, еще возможно смещение биоритмов тоже могло негативно сказаться на росте. Тем не менее, растение выросло, и даже показало, что с помощью освещения можно управлять его морфологическими параметрами, а это тоже результат.
Отдельно хочу отметить, что в процессе проведения эксперимента ни одно растение не пострадала, хилая петрушка была переставлена на балкон и уже через пару дней начала бурно расти.

P.s Возможно вас могло немного смутить название статьи. Действительно: «почему статья называется хилый Укроп, хотя росла петрушка?» — спросите меня вы. Просто за время эксперимента эти кучерявые пушистые создания стали мне почти как дети и я дал им имена Укроп первый и соответственно второй. Любите природу друзья мои и хорошей вам пятницы.

Источник