страница загружается

Системы освещения для растений: ФОТОСИНТЕЗ

Дата публикации: 2018-09-26 18:32:38

Контроль роста растений с помощью светодиодов

Свет - это самая важная переменная в окружающей среде, касающаяся роста растений. Растения - это автотрофы, которые развили способность использовать световую энергию солнца для производства источника пищи в процессе фотосинтеза. Процесс довольно сложный, но мы можем использовать это упрощенное определение фотосинтеза: использование световой энергии для расщепления воды (H 2 O) и фиксации углекислого газа (CO 2 ) с образованием углеводов (CH 2 O) и кислород (O 2 ) (рис. 1). 

Целью данного руководства является не обсуждение биохимических световых реакций фотосинтеза, а обсуждение различных свойств света и их влияния на фотосинтез. Качество (спектр), количество (интенсивность) и продолжительность (фотопериод) - это отдельные, но связанные свойства света, которые влияют на фотосинтез. Давайте более подробно рассмотрим применение перечисленных свойств в отношении систем освещения для растениеводства.

Рисунок 1. Реакция фотосинтеза.

СПЕКТРАЛЬНОЕ КАЧЕСТВО СВЕТА

Фотосинтетически активная радиация (ФАР) является основным фактором фотосинтеза у растений. Однако не все длины волн света одинаково эффективны для стимулирования фотосинтеза. В 1970-х годах два ученых-биолога по имени доктор МакКри и доктор Инада провели несколько исследований, чтобы определить влияние световых спектров на фотосинтез. Это исследование привело к созданию кривой фотосинтетического отклика, которая теперь соответственно известна как кривая МакКри. Если вы ссылаетесь на кривую МакКри (рис. 2), вы заметите, что красный свет (600-700 нм) почти в два раза эффективнее синего света (400-500 нм) при проведении фотосинтеза, с зеленым (500-600 нм) светом между ними. До этого исследования было распространенным заблуждением, что, поскольку хлорофилл поглощает свет в основном в красной и синей частях спектра видимого света (что приводит к зеленому цвету листьев растений), зеленый свет не использовался растениями для фотосинтеза.

Риc.2 Средняя реакция растения на фотосинтетически активную радиацию (PAR)

Тем не менее, точные и независимые измерения фотосинтетической активности при различных длинах волн МакКри и Инада продемонстрировали, что свет в зеленом спектре (500-600 нм) почти так же эффективен, как синий свет для значительного числа видов растений.

Краткое объяснение этого экспериментального факта состоит в том, что у высших растений появились как биохимические, так и биофизические растворы (например, вспомогательные пигменты) использовать зеленый свет. Эти вспомогательные пигменты (в основном, каротиноиды) можно рассматривать как молекулы-хранилища для фотонов, которые непосредственно не поглощаются хлорофиллом.

Качество спектрального света является ключевым компонентом, который входит в разработку систем освещения для садоводства, особенно в системах с единственным источником освещения (полное отсутствие солнечного света). 

Традиционные системы освещения с интенсивным разрядом (HID) (натриевые и металл-галогенные лампы высокого давления) всегда имели ограничение, когда речь шла об изменении спектрального качества света. Использование светодиодов в системах освещения для растениеводства позволяет производителям создавать настраиваемые спектральные характеристики освещения наряду со многими другими преимуществами по сравнению с традиционными системами освещения, включая: высокую эффективность фотоэлектрического преобразования, низкую тепловую мощность и регулируемые интенсивности света. Качество света не только влияет на фотосинтез, но также влияет на морфологию растений, которая известна как фотоморфогенез.

ИНТЕНСИВНОСТЬ СВЕТА

Количество фотонов, которые поглощаются специализированными фоторецепторами, известными как хлоропласты, напрямую влияет на скорость фотосинтеза. По мере увеличения интенсивности света (PPFD) увеличивается скорость фотосинтеза, пока не будет достигнута точка насыщения. У каждого вида растений есть своя точка насыщения светом, на которой плато фотосинтетических уровней основано на освещенности, в которой они развивались. Насыщение света происходит при гораздо меньшей интенсивности у растений, которые развивались в условиях тени, чем те, которые развивались в условиях полного солнца. Однако насыщение светом обычно происходит (особенно у солнечных растений), когда какой-либо другой фактор (обычно CO2) ограничен (Рис. 3).

Риc.3 Кривые фотосинтетического светового отклика.

Другое важное соображение относительно интенсивности света известно, как точка компенсации света. Растения имеют минимальную интенсивность света, необходимую для стимулирования роста и поддержания жизни. Как и следовало ожидать, точка компенсации света возникает при более высокой интенсивности света для солнечных растений, чем для теневых растений. Обеспечение адекватной интенсивности света при правильном спектральном качестве света имеет решающее значение для стимулирования роста новых растений.

Системы освещения для садоводства можно использовать двумя способами:

- для увеличения интенсивности света;

- для стимулирования фотосинтеза. 

Дополнительный свет может обеспечиваться системами освещения в тепличных условиях. Как правило, в условиях ограниченного освещения (например, зимние месяцы в северных широтах, облачные условия или их сочетание) или в качестве единственного источника фотосинтетического света в контролируемых помещениях, например, камера для выращивания, склад, палатка для выращивания и т. д., где солнечный свет не используется в качестве источника для фотосинтеза. 

Одним из ключевых преимуществ использования светодиодов для любого применения является низкая тепловая мощность на поверхности диода. Достижение очень высокого PPFD с помощью HID-ламп всегда ограничивалось расстоянием, на котором лампы должны находиться от навеса, поскольку эти лампы излучают большой процент энергии в виде инфракрасного (ИК) света. Инфракрасный свет не фотосинтетически активен и значительно повышает температуру растений, поэтому одним из способов смягчения этого отклика является увеличение расстояния между светом и пологом урожая (что приводит к снижению интенсивности света и ограничивает среду, в которой они могут использоваться, для помещений с высокими потолками). 

При правильном управлении температурой светодиоды отводят большую часть своего тепла с задней стороны диода, поэтому осветительные приборы можно размещать на гораздо более близких расстояниях от навеса, что обеспечивает очень высокие уровни PPFD (≥ 1000 мкмоль / м2 / s) для растений. Одним из способов смягчения этого отклика является увеличение расстояния между осветительным прибором и пологом урожая (что приводит к уменьшению интенсивности света и ограничивает среду, в которой они могут использоваться, для помещений с высокими потолками). 

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ СВЕТА

Продолжительность света (фотопериод) - это период времени, в течение которого растение подвергается воздействию света в течение 24 часов. Продолжительность фотопериода может влиять на общую интенсивность света, получаемую растением за 24 часа, что, в свою очередь, влияет на общий рост. Это описывается как дневной световой интеграл (DLI), который определяется как совокупный PPFD, полученный в течение 24 часов, и выражается в моль/м2/сут. 

Фотопериод также влияет на переход от вегетативного к репродуктивному развитию у нескольких видов растений. Однако на самом деле именно темный период (скотопериод), а не фотопериод, определяет, когда определенные виды перейдут в репродуктивную стадию роста. Фоторецепторный фитохром в основном отвечает за сигнал о переходе к репродуктивному развитию и росту у фотопериодических культур.

Короткие дни (длинные ночи) растения цветут, когда фитохром воспринимает непрерывную длинную ночь (обычно ≥ 12 часов). Длинные дни (короткие ночи) растения цветут короткими ночами (обычно ≤ 12 часов). В качестве альтернативы, некоторые виды растений являются нейтральными в дневное время, где фотопериод не влияет на цветение.

В качестве альтернативы, некоторые виды растений являются нейтральными в дневное время, где фотопериод не влияет на цветение. Системы освещения для садоводства могут использоваться для обеспечения фотопериодического освещения для увеличения продолжительности светового дня, либо чтобы способствовать цветению растений с длинным днем, либо подавлять цветение растений с коротким днем ​​независимо от времени года и климата. Традиционно HID, лампы накаливания или флуоресцентные лампы использовались для обеспечения фотопериодического освещения в теплицах. Однако эти технологии относительно неэффективны при преобразовании электрической энергии в PAR. Системы освещения ProGrowTech преобразуют электрическую энергию в PAR более эффективно, чем другие технологии освещения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работы доктора МакКри и Инада были основополагающими в понимании влияния спектрального качества света на фотосинтез. Тем не менее, изучение фотобиологии все еще находится в зачаточном состоянии, и быстрое развитие светодиодных технологий позволило исследователям расширить возможности работы предыдущих ученых-исследователей.

 

Нам еще предстоит проделать большую работу по изучению фотобиологии, для создания по истине универсального освещения для растениеводства в закрытых помещениях. Однако уже сейчас мы с уверенностью можем рекомендовать свой революционный спектральный состав - спектр "INDOOR", "INDOOR +" и "INDOOR PRO" - для самых требовательных светолюбивых культур!

На сегодняшний день ProGrowTech работает с большим количеством тепличных хозяйств, изучает труды всемирно известных ученых биологов и сотрудничает с коммерческими производителями, чтобы продолжать изучение взаимодействия между жизнью растений и светом.

© ProGrowTech. При копировании наших материалов обязательна прямая открытая для поисковых систем гиперссылка.
Ссылка должна быть размещена в независимости от полного либо частичного использования материалов.

Последние публикации
22
фев
СПЕКТРЫ ФИТО-СВЕТИЛЬНИКОВ Модельный ряд (LGS v.1) на базе диодов 3535
21
янв
как сделать правильный выбор
В данной публикации, мы расскажем Вам, как выбрать качественные фито-светильники, на что стоит обратить внимание и как избежать подделок.
14
дек
как правильно измерять PPFD
Осветительные компании, которые публикуют PPFD только в центральной точке зоны покрытия, сильно переоценивают истинную интенсивность света светильника.
Заказать обратный звонок
Фотосинтетически активная радиация - PAR

Фотосинтетически активная радиация, или, сокращённо, ФАР (PAR) — часть доходящей до биоценозов солнечной радиации в диапазоне от 400 до 700 нм, используемая растениями для фотосинтеза. Этот участок спектра более или менее соответствует области видимого излучения.

Фотосинтетический фотонный поток — суммарное число фотонов, излучаемых в секунду в диапазоне длин волн от 400 до 700 нм (мкмоль/с). Иногда эту величину выражают в эйнштейнах, то есть, мкЭ м−2 с−1, хотя эта единица не является стандартной и её использование часто неоднозначно. PAR можно выражать в единицах энергии (интенсивность излучения, Ватт/м2); это актуально при рассмотрении баланса энергии фотосинтезирующих организмов, но поскольку фотосинтез является квантовым процессом, то в физиологии растений PAR чаще всего выражают в единицах PPFD.

на заметку:

- в зависимости от спектрального состава параметры PPFD изменяются +/- 20%;

- каждой осветительной системе выдается технический паспорт.

  наименование стоимость 1 шт. кол-во кол. × цена 1 шт.
            
            
id: ((+id)), артикул: ((+vendor_code))
((+title))

((+price_single)) грн.

-      ((+quantity)) + ((+price_total)) грн.
      всего: ((+price)) грн.
В вашей корзине сейчас пусто :(
Самое время что то выбрать!