Дорогой гровер. Не секрет, что ключевым фактором хорошего гровинга является освещение. Специально для тебя мы представляем статью, где вся необходимая информация собрана воедино. О неотъемлемой части выращивания читайте ниже.

Спектр света и расположение ламп

В общечеловеческом понимании, свет – это та часть электромагнитного излучения, которая видна человеческому глазу. Длины волн ~380-780нм. Волны разной длины в оптическом диапазоне воспринимаются глазом как отдельные цвета, все вместе – как белый свет.

Однако в биологии и других естественных науках, этот термин понимается гораздо шире - к этому излучению также примыкают невидимые части спектра. И все части цветового диапазона играют важную роль в существовании любых видов организмов.

Свет является одним из самых главных условий существования и развития растений, благодаря ему в зеленых листьях растений проходят фотохимические реакции фотосинтеза. В ходе процесса фотосинтеза из воды и углекислого газа синтезируются сложные органические вещества, которые крайне необходимы для роста и развития растений.

Свет должен быть необходимого спектра и интенсивности для обеспечения быстрого роста растений. Свет состоит из разных цветовых диапазонов. Различные цвета в спектре, влияют на различные процессы.

Наиболее подходящим для биосинтеза и цветения являются диапазоны в красной области спектра (длина волны около 640-660 нм) и синей (440-450 нм)

Для того, чтобы растение цвело, необходимы соответствующие части спектра и длина светового периода. Эти условия называются фотопериодом.

График интенсивности поглощения растением света различной длины

То, что растениям не нужен зелёный свет – это ошибка из-за того, что кривая фотосинтеза в зелёном спектре имеет прогиб по отношению к красному и синему свету. Установлено, что зелёный свет полезен для фотосинтеза плотных листьев, стеблей. Благодаря своей высокой проникающей способности, зелёный свет хорошо проникает к листьям нижних ярусов, густых посевов растений

Фотосинтез, PAR

Фотосинтез у растений - это процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды под воздействием света и при участии хлорофилла.

Хлорофилл – это зелёный пигмент растений, участвующий в процессе фотосинтеза (поглощения двуокиси углерода из воздуха) и превращения солнечной энергии в такие химические связи, как образование углеводородов (сахаров и крахмала). В результате такого процесса фотосинтеза происходит выделение кислорода.

Как уже говорилось выше, флора воспринимает свет иначе, чем люди.

На графике интенсивности поглощения видны эти различия, которые прослеживаются достаточно четко, и существует огромная разница между видимым для людей спектром и теми его частями, которые необходимы растениям для роста и цветения.

Световые волны, которые нужны растениям, именуются фотосинтетически-активной волной спектра. При этом человеческие органы зрения видят только центр спектрального диапазона, а растения используют более широкий диапазон.

Цветовая температура

Функция длины волны в оптическом диапазоне называется цветовой температурой. Измерение цветовой температуры происходит по шкале Кельвина в промежутке конкретного сегмента светового спектра.

Понятие «цветовая температура» дает лишь примерное представление о преобладании той или иной части видимого спектра. Точную информацию дают спектральные графики конкретной лампы. Лампы с одинаковым обозначением цветовой температуры могут иметь разный спектральный состав излучаемого ими света, обусловленный технологией производства.

Шкала Кельвина

800 К– начало видимого темно-красного свечения раскалённых тел
1800 К– свет восхода и видимая часть света от свечи
1900–2200 К– натриевые лампы высокого давления
2360 К– лампы накаливания
2700–3200 K– люминесцентные, металлогалогеновые лампы (Warm light) тёплый свет, с преобладанием вкрасном диапазоне 52CRI
2800 К– Северное небо
3000 К– Галогенные лампы
4000–4200 К– люминесцентные, металлогалогеновые лампы (Cool light) холодный свет 62CRI
4200 К– белый дневной свет
5200–5500 К – металлогалогеновая лампа дневного света 100 CRI
5500 К – обычный солнечный свет
6200–6500 K – люминесцентные лампы (Day light) дневного света
Выше 8000 К– ультрафиолет (Black light) – ультрафиолетовое излучение

Температура цветокоррекции, K

Нейтральная

Холодная

Лампа

Температура в кельвинах

Прохладная белая

Светло-белая

Тёплая белая

Насыщенного дневного света

Живого света

Дневного солнечного света

В данной таблице показана зависимость между активностью хлорофилла, цветовой температурой и типами ламп.

Металлогалогеновая лампа (ДРИ) дневного света с цветовой температурой 5500К отлично подходит для вегетации.

Натриевая лампа высокого давления (ДНАТ) с температурой 2200К -лучшая лампа для цветения.

Измерение силы света

В физике присутствуют различные единицы измерения световой энергии: люкс, люмен и фут-свеча.

В люксах измеряется видимая освещенность для человеческого глаза. Люкс (Lux)

Световой поток измеряется в люменах (Lm)

Все эти величины не интересны для нас, так как они относятся к общим физическим величинам, а не к конкретным спектральным частям, которые нужны растениям.

Поэтому, мы возвращаемся к той единице, которая нам нужна - к PAR, то есть фотосинтетическому активному излучению. Но так как не все виды излучения равны по характеристикам выделяемой энергии, то измерения в Ваттах PAR не всегда достаточно, чтобы объяснить все тонкости. Наша с вами задача дать растениям больше синего цвета во время вегетативной стадии, а затем красный и желтый во время цветения и плодоношения, тем самым обеспечив флору тем, что они получают в природе во время смены сезонов: летом спектр в основном синий, а осенью – красный.

Фотометры (люксметры)

Большая часть фотометров (или люксметров), доступных на данный момент в продаже, измеряют свет в фут-свечах или люксах Lx. Однако, как уже говорилось выше, подобные единицы не сильно помогают при работе с растениями, так как улавливают лишь ту часть, которая видна человеческому глазу и не показывают количество PAR Ватт и не измеряют фотосинтетическую реакцию. Но говорят об общем уровне освещённости и интенсивности источников излучения света.

Интенсивность

Интенсивность (она же напряжение) влияет на яркость ламп: чем выше интенсивность, тем ярче светят лампы. При правильном использовании этой характеристики, можно получить больше качественного урожая на один Ватт энергии.

Называется величина световой энергии на единицу площади.

Другими словами, растения которые находятся на расстоянии 60 см от ламы, получают четверть того света, которое получало бы растение, находясь на расстоянии в 30 см. Если взять другие единицы, то лампы высокого напряжения, излучающие 100 000 люменов, доносят лишь 25000 люменов на расстоянии 60 см. 1 000 ваттные лампы высокого напряжения, излучающие 100000 исходных (начальных) люмен, доносят 11 111 люмен на расстоянии 90 см. Из этих цифр следует простой вывод: чем ближе растение находится от источника освещения. Тем больше PAR Ватт оно получает. Однако и здесь есть свои подводные камни – ни в коем случае нельзя ставить представителей флоры слишком близко. Это может нанести ожог листьям и, в конечном итоге, погубить растение.

Использование искусственных источников освещения несет за собой определенный вывод: лампы утрачивают мощность обратно пропорционально квадрату расстояния. Это означает, что удвоение расстояния до лампы сокращает уровень освещенности в четыре раза. Об этом мы уже говорили, но возникает вопрос: на каком расстоянии должна находиться лампа?

Лампа мощностью 400 ватт – на расстоянии 30 см, 600 ватт – 45 см, 1000 ватт – 60 см. Разумеется, эти величины приблизительны. Наличие поворачивающегося вентилятора, прямо обдувающего растения снизу, помогает создавать поток воздуха и рассеивать тепло.

Закон обратных квадратов

Закон обратных квадратов выводит интенсивность света в зависимости от расстояния

Данный закон определяет взаимосвязь между светом, излучаемым источником (лампой) и расстоянием. Согласно этому закону интенсивность света изменяется в обратной пропорции к расстоянию до источника, возведенному в квадрат.

Формула такова:

И (интенсивность) = С (Свет) / Р (Расстояние в квадрате)

Например: 100 000 = 100 000/1
25 000 = 100 000/4
11 111 = 10 000/9
6250 = 100 000/16

Зависимость мощности лампы и расстояния можно увидеть при сравнении ДНаТ 250 и ДНаТ 600

На расстоянии 1м 250 ДНаТ выдает - 120 PAR и 4500 Lux 600Днат соответственно - 340 PAR и 10000Lux

Получаемые люмены измеряются в ваттах на квадратный фут или в фут-свечах (fc). Одна фут-свеча равна количеству света, падающего на 1 м2 поверхности, расположенной на расстоянии 1 м от свечи.

Чем меньше растение получает люменов (или фотосинтетического излучения, как мы договорились обозначать интересующую нас часть спектра), тем медленнее оно растет, цветет и созревает. Это можно наблюдать как на открытом грунте, так и в индоре.

Расположение ламп

Три 400-ваттные лампы могут освещать на 30–40% больше площади выращивания, чем одна 1000-ваттная лампа. Также 400- ваттные лампы можно подвешивать ближе к растениям.

Три 600-ваттные лампы обеспечивают больше света, чем две 1000-ваттные лампы высокого напряжения.

Лампы меньшей мощности означают большее количество источников света, поэтому их можно размещать ближе к растениям. На каждый 15 см приближения к растениям, интенсивность света удваивается. Чем ниже эта интенсивность, тем больше растения тянутся к источнику света. При плохом освещении растения теряют эстетические свойства: редкая листва и тонкие ветки, раскиданные по стеблю, не только плохо смотрятся, но и показывают плохое самочувствие растения, что может привести к снижению урожая и плохой генетике в дальнейшем.

Увеличить выработку урожая можно, обеспечив всю площадь выращивания равномерным светом. Если освещение будет неоднородным, то какие-то листья будут находиться в тени, создаваемой другими листьями. А это, опять же, приводит к снижению выработки урожая. Поэтому, такие ветки стоит либо обрезать, либо перепланировать освещение.

Листья всегда тянутся к свету

Листва сильных, хорошо освещенных растений всегда получает максимальное количество энергии. Определить положение лампы помогают рефлекторы, с помощью наблюдения можно рассчитать расстояние между самими источниками освещения и расстояние над растениями. Также можно наблюдать места на лампах, которые имеют более сильные показатели свечения – именно к ним тянутся ветки.

Опытные садоводы выбирают высокомощные лампы – 400, 600, 1000 ватт, так как такие лампы выделяют больше люменов на Ватт и их PAR-показатели гораздо выше, чем у маленьких ламп, что вполне логично.

Хотя 400-ваттные лампы при правильной установке, производят меньше люмен на ватт, чем 1000-ваттные лампы, они доставляют больше полезного света растениям. 600 ваттная лампа обладает самой высокой способностью преобразования люмен на ватт (150 люмен на ватт), и может быть расположена ближе к растению, в отличие от 1000 ваттных ламп. Если 600 ваттная лампа находится близко к растениям, они получат максимум света.

1000 ваттная лампа высокой интенсивности (HID) излучает много света. Но при этом, она излучает много тепла, что может стать причиной ожогов листвы, если растение находится слишком близко к источнику освещения. Во многих случаях применение ламп с меньшей мощностью эффективнее. Например, две 400-ваттные лампы можно расположить ближе к растениям, чем одну 1000-ваттную, тем более, что две лампы источают свет с двух точек, что уменьшает площадь тени, а значит, повышает количество листьев, получающих свет.

Боковое освещение

Не всегда получается удачно разместить лампы так, чтобы они вертикально давали максимальное количество света, необходимого густой листве. В таких случаях необходимо дополнительное размещение источников света вдоль стен, сбоку от растения. Таким образом, свет попадает даже туда, куда не может пробиться освещение с помощью рефлекторов. При этом стоит подходить к вопросу с тщательностью: те же компактные флуоресцентные лампы для этого попросту не подходят (особенно, если основным источником являются лампы высокого напряжения).

Поворачивание растений

Один из вариантов решения проблемы с недостаточным количеством света – поворачивание растений. Такие действия необходимо проводить раз в два дня. При этом угол поворота не должен быть меньше, чем 90°, но и не больше 180°, что позволит обеспечить полноценный рост и развитие стебля и листьев. Также для этого необходимо выбирать лампы разного уровня выделения света, чтобы можно было создать различные уровни освещения.

Если поворачивать растения вручную, то они будут расти более однородно. Чем больше растения находятся на стадии цветения, тем в большем количестве света они нуждаются. Во время первых 3–4 недель цветения растения потребляют немногим меньше света, чем на протяжении завершающих 3–4 недель. Цветущие растения во время последних трех-четырех недель размещаются прямо под лампу, где свет ярче. Растения, которые только что были помещены в комнату цветения, могут находиться по периметру сада, а затем более зрелые растения сдвигаются к центру оранжереи. Такая хитрость поможет увеличить урожай на 5–10%.

При этом крупные растения бывает весьма затруднительно поворачивать. Для упрощения этого процесса можно приобрести блочные конструкции (об этом поговорим далее), либо поместить контейнер на телегу с колесами.

Расположение растений

Самая большая интенсивность света – непосредственно под лампой. Для стимулирования равномерного роста расположите растения таким образом, чтобы они получали свет одинаковой интенсивности

Точно также обстоит дело с гровингом: листья на верхушках растений получают более интенсивный свет, чем листья у основания. Верхние листья затеняют нижние и поглощают световую энергию, в результате нижним листьям достается меньше световой энергии. Если нижние листья не будут получать достаточно света, они пожелтеют и отомрут, либо будет необходимо их обрезать еще до созревания. Высокие растения (1.8 метра), требуют больше времени для роста и дают больше урожая, чем более низкие, метровые растения. При этом урожай с самих макушек будет примерно одинаковый. В связи с недостатком света, высокие растения имеют больше соцветий ближе к верхушке (90–120 см) и меньше ближе к основанию стебля.

Высокие растения имеют тенденцию к образованию тяжелых шишек, чей вес стеблю сложно удерживать. Эти растения нуждаются в постоянной подвязке. Низкие растения лучше держат вес макушек, и у них больше цветочного веса, чем листового.

Свет солнечный или от специальных ламп, применяемых для выращивания овощей, не является однородной субстанцией, а представляет собой соединение электромагнитных волн с различной длиной, плавно переходящих друг в друга. Соединение это носит название спектра света, а составляющие - спектральные части.
На растения свет воздействует прямо или косвенно всеми частями спектра - видимыми глазом и невидимыми. Видимый свет носит название белого, а невидимые составляют инфракрасную и ультрафиолетовую части. Весь видимый свет с ближними отрезками считается физиологически (или фотосинтетически) активной радиацией (ФАР).
Каждая часть солнечного спектра имеет свою длину волны, которая измеряется в миллимикронах, или нанометрах (нм). Ультрафиолетовая часть лежит ниже 380 нм, фиолетовая - в зоне 380-430 нм, синяя - 430-490 нм, зеленая - 490-570 нм, желтая - 570-600 нм, красная - 600-780 нм, инфракрасная - выше 780 нм. Кроме видимой части (380-780 нм) на рост и развитие растений оказывают существенное влияние ультрафиолет до 295 нм и инфракрасные лучи до 2500 нм.
С увеличением высоты Солнца происходят изменения в процентном отношении отдельных составляющих спектра. Так, увеличивается количество лучей ультрафиолетовых и снижается количество инфракрасных. В видимом свете все части растут, а красная часть резко сокращается. В начальной стадии подъема Солнца над горизонтом в его лучах отсутствует свет от синего до ультрафиолетового.
Овощные растения в любом месте возделывания испытывают на себе постоянно меняющийся спектральный количественный и качественный состав света. Более полный свет во всех отношениях получают культуры в открытом грунте. В теплицах света по количеству может быть до 30% меньше, из-за ограждающих материалов и степени их чистоты. Через стекло не проходят лучи с длиной волны менее 340 нм, а пленка пропускает длинноволновые инфракрасные лучи.
Попытки улучшить световые условия под пленками выражались созданием специальных материалов, окрашенных в синий и красный цвета. Широкого применения такие пленки не нашли.
Затруднительно точно спрогнозировать урожаи разных культур от получаемого ими света. Это связано с постоянно меняющимися по интенсивности и спектру его характеристиками. Если одну и ту же овощную культуру выращивать в разных условиях среды, то минимальный урожай будет в открытом грунте. Здесь, кроме резких изменений освещенности, накладываются дополнительно и не менее резкие колебания температуры, влажности, скорости ветра. В теплицах урожаи всегда будут выше, так как можно отчасти регулировать другие параметры микроклимата, хотя и при общем ослаблении освещенности. На максимально возможные урожаи можно рассчитывать только в специальных камерах искусственного климата, где в течение светового дня стабильны интенсивность освещения и спектр света растениеводческих ламп. К этому добавляется ежесуточная однотипность других показателей среды.
Камеры для овощей не нашли до сих пор распространения в силу не только дорогостоящего по сравнению с любыми теплицами оборудования, но и потому, что даже самые эффективные лампы имеют КПД не более 40%, а остальная электроэнергия не преобразуется в световой поток, а теряется в оборудовании. Кроме того, требуется дополнительно тратить энергию на понижение температуры от нагревательного действия ламп.
Спектр естественного света изменяется не только в течение дня, но и от разной облачности. Свет, проходящий через легкие облака, бывает беден ультрафиолетовой, сине-фиолетовой и инфракрасной радиацией. В рассеянном свете гораздо больше, чем в прямом, оранжево-красных лучей. Такой свет является более полезным для фотосинтеза растений.
Для тепличных огурцов в целом свет более благоприятен от южных районов к северным. Именно в северной зоне, включая приполярную, теоретически и практически возможно получение более высоких урожаев огурцов.
Это объясняется тем, что в северных широтах преобладает свет рассеянный. Хотя его количество составляет одну десятую часть интенсивности прямых солнечных лучей, зато он поглощается растениями почти полностью. От такого света нет перегрева листьев, стабильны фотосинтез, дыхание и транспирация растений.
Каждому участку спектра света предназначена своя роль в жизнедеятельности растений.
Ультрафиолетовое излучение менее 280 нм является гибельным для растений. От 10-15 мин такого воздействия теряют структуру растительные белки и прекращают деятельность клетки. Внешне это проявляется в пожелтении и побурении листьев, скручивании стеблей и отмирании точек роста. Но солнечная часть жесткого ультрафиолета не достигает земной поверхности, задерживаясь озоновым слоем. Такое облучение растения могут получить только от треснувших облучательных ламп.
Длинные ультрафиолетовые лучи (315-380 нм) необходимы для обмена веществ и роста растений. Они задерживают вытягивание стеблей, повышают содержание витамина C и других. Средние лучи (280-315 нм) действуют наподобие пониженных температур, способствуя процессу закаливания растений и повышая их холодостойкость. На хлорофилл ультрафиолетовые лучи практически не действуют, но у растений, перемещенных из темноты на свет (этиолированных), он интенсивно образуется.
Лучи фиолетовые и синие тормозят рост стеблей, листовых черешков и пластинок, формируют компактные растения и более толстые листья, позволяющие лучше поглощать и использовать свет в целом. Эти лучи стимулируют образование белков, органосинтез растений, переход к цветению короткодневных растений, замедляют развитие растений длиннодневных. Сине-фиолетовая часть спектра света почти полностью поглощается хлорофиллом, что создает условия для максимальной интенсивности фотосинтеза.
Зеленые лучи практически проходят через листовые пластинки, не поглощаясь ими. Последние под их действием становятся очень тонкими, а осевые органы растений вытягиваются. Уровень фотосинтеза - самый низкий.
Красные лучи в сочетании с оранжевыми представляют собой основной вид энергии для фотосинтеза. Наиболее важной является область 625-680 нм, способствующая интенсивному росту листьев и осевых органов растений. Этот свет очень полно поглощается хлорофиллом и увеличивает образование углеводов при фотосинтезе. Зона красно-оранжевого света имеет решающее значение для всех физиологических процессов в растениях.
Ученые установили особенность красных лучей (600-690 нм) низкой интенсивности (не выше 620 лк) активно воздействовать на физиологические процессы в растениях, чувствительных к смене света темнотой и обратно (фотопериодических). Это в первую очередь относится к тепличным томатам и огурцам. При облучении их в вечерние сумеречные часы указанным светом специальных ламп был получен эффект ускорения развития, усиления ростовых процессов и повышения урожайности.
Инфракрасные лучи различно воздействуют на растения. На ближний инфракрасный свет (до 1100 нм) слабо реагируют томаты и довольно сильно огурцы. Этот диапазон света действует на растяжение подсемядольного колена, стеблей и побегов. Ближнее излучение при низких температурах может частично поглощаться хлорофиллом и не перегревать лист, что будет полезно для фотосинтеза. Более длинные лучи только повышают температуру листа. По мере возрастания их длины лист начинает завядать с конечным результатом его гибели, как и всего растения.
Точно зная действие каждого участка солнечного спектра на овощные и другие культуры, ученые создают растениеводческие лампы с оптимизированным светом для выращивания рассады в теплицах и культур в условиях камер.