Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?Большую часть года, света для растений очень мало. И те, кто выращивают их круглогодично в закрытых помещениях, а не по сезонно на улице, сталкиваются из-за этого с большими проблемами.

Единственный выход их решить — это использовать искусственные источники света. Какие из них лучше выбрать и на что ориентироваться?

КПД, безопасность и расход энергии

В первую очередь, рядовой обыватель обращает внимание на уровень потребления электроэнергии. Чем больше у вас будет растений, тем больше потребуется светильников и лампочек для них.Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

Неохота платить за электричество больше стоимости урожая. Поэтому при покупке светильников, большое внимание уделяют такому параметру как КПД лампочки.

Всем известные лампочки-груши с нитью накаливания, в процессе работы очень сильно нагреваются. Связано это с тем, что в них большая часть эл.энергии преобразуется не в свет, а в бесполезное тепло.Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

Поэтому постепенно от них начали отказываться и стали переходить на энергосберегающие лампы. Их КПД примерно в 4 раза выше, чем у обычных.Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

Однако по факту, мы получили те же самые люминесцентные лампы, хоть и меньшего размера, но содержащие ртуть. Если такая лампочка разобьется, вам придется срочно принять меры безопасности и провести так называемую демеркуризацию всего помещения.

Не только сама ртуть, но и ее пары ядовиты для человека. И даже в сверхмалых концентрациях могут вызвать тяжелые последствия.Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

Поэтому впоследствии им на замену пришли более безопасные светодиодные источники света. А специально для растений были разработаны фитолампы.Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

У светодиодов также высокий КПД и минимальный нагрев. А самое главное, они по-прежнему совершенствуются и улучшают свои характеристики год от года.

Какой цвет лучше для растений

Однако как оказалось, КПД лампочки это не главное в правильном выращивании растений. Самое важное — это их спектр и насколько он отличается от естественного солнечного излучения. Ведь именно к нему привыкли все цветы, овощи, фрукты, ягоды.

Что же прячется за таким научным названием как спектр излучения? Чтобы понять это, придется вспомнить что такое свет? А свет — это не что иное, как электромагнитная волна.Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

Причем каждый цвет имеет определенную длину волны, отсюда и получается радуга. Однако разная длина означает не только разный цвет, но самое главное — разное количество энергии.

Волны с меньшей длиной содержат в себе больше энергии.

Если все цвета условно представить не в виде привычной прямой линии, а в виде шариков, то синий шарик будет самым большим по размеру. Зеленый поменьше, а красный окажется самым маленьким.Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

Все цвета всегда упрощают именно до этих трех видов R-G-B:

Почему синий шарик окажется самым объемным? Потому что длина его волны самая маленькая. Она меньше чем у зеленого цвета. А у зеленого в свою очередь, меньше чем у красного.Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

В итоге и получается, что красный цвет несет в себе меньше энергии, а синий больше всего.Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

И тут у многих может возникнуть логичный вопрос: “А есть ли разница в том, каким именно спектром освещать растения?” И если есть, можно ли эти знания как-то применить с пользой для дела?

Ведь если какой-то цвет окажется более эффективным, то нет ничего проще, как направить всю энергию на растение только от него. Если синий цвет самый “жирный”, достаточно засвечивать растения только им и получать шикарный урожай круглый год.

Однако все оказывается не так просто. Здесь нужно учитывать еще одну характеристику света – его качественный или спектральный состав.

Поглощение света растениями и фотосинтез

Чтобы понять как отдельные цвета влияют на эффективность фотосинтеза, проводились научные эксперименты. Из целого листа выделялись отдельные чистые хлорофиллы. После чего, в течение длительного времени, их засвечивали светом различного спектра и проверяли результаты.

При этом в первую очередь, смотрели на эффективность поглощения СО2, то есть интенсивность фотосинтеза. Ниже представлен итоговый график такого эксперимента.

Из него видно, что хлорофилл в основном поглощается в синей и красной областях. В зеленой области эффективность минимальна.

Однако на этом не остановились и провели еще один эксперимент. В растениях также содержатся каротиноиды. Они хоть и играют незначительную роль, но и про них забывать не стоит.

Так вот, аналогичный опыт с каротиноидами показал, что ранее выделенные пигменты листа, поглощают в этом случае свет преимущественно в синей области спектра.

Посмотрев на это, все дружно решили что зеленый цвет абсолютно бесполезен и им можно пренебречь. Основной упор все специалисты предлагали делать только на синий и красный свет.

И соответственно более правильным считалось выбирать лампочки, которые излучают именно эти спектры больше всего.

Но как оказалось, изначальная ошибка экспериментаторов закралась в том, что они использовали не весь лист целиком, а выделяли из него пигменты и смотрели результаты только по ним.

На самом деле, в цельном листе свет очень сильно рассеивается. Провели еще опыты, но уже смотрели на весь лист и использовали разные растения. В итоге получили данные, которые более точно показывали насколько эффективно свет поглощается всем листком, а не его отдельными “кусочками”. 

С одной стороны, здесь опять доминируют синий и красный свет. Отдельные пики потребления фотонов доходят до 90 процентов.

Однако к удивлению многих, и зеленые лучи оказались не столь бесполезны как думали раньше. Дело в том, что благодаря своей проникающей способности, зеленый снабжает энергией более глубокие участки листвы, куда не долетают ни красный, ни синий.

Таким образом, если полностью отказаться от зеленого, вы можете ненароком погубить растение, и даже не будете понимать в чем причина.

Получается, что все цвета R-G-B нормально усваиваются листьями и нельзя выбрасывать какой-то один из них. Вот только необходимость энергии на разных цветах у разных растений не равноценна.

Какой свет больше всего нужен растениям

Для того чтобы объяснить это более наглядно и понятнее, проведем аналогию с чем-то съедобным. Допустим у вас на столе лежит спелый персик, ягода малины и груша.

Для вашего желудка все равно что вы съедите. Он одинаково хорошо переварит все ягоды и фрукты. Но это не означает, что для вас в последствии не будет никакой разницы. Разные продукты все равно по-разному влияют на ваш организм.

Съесть 10 ягод клубники это не то же самое, что 10 груш или персиков. Вы должны найти определенный баланс.

То же самое происходит и со светом для растений. Ваша задача грамотно подобрать, насколько каждого света должно быть в общем спектре. Только таким образом можно рассчитывать на быстрый рост.

Самый главный вопрос – какой свет будет считаться лучшим? Казалось бы, что тут гадать. Лучший вариант это солнечный свет и его близкие аналоги.

Ведь миллионы лет растения именно под ним и развивались. Однако посмотрите на картинку ниже. Вот как реально выглядит интенсивность солнечного света.

Видите, насколько здесь много зеленого. А как мы выяснили ранее, он хоть и полезен, но не в такой степени как другие лучи. Когда говорят, что солнечный свет самый эффективный и нечего отступать от матушки природы, не учитывают один простой факт.

В реальной жизни, а не в экспериментах, растения адаптируются не только к солнечному свету, но также и к условиям окружающей их среды, в которой они произрастают.

Допустим на глубине водоема, где растет какая-то зелень, доминирует синий цвет. А вот в лесу под кроной деревьев, уже победителем выходит зеленый.

Поэтому мнение, что солнечный свет самый лучший, в корне не верно. Здесь нужно больше говорить о том, что он самый универсальный и подходит абсолютно для разных условий.

А вот по поводу его эффективности в отдельных случаях возникают существенные вопросы. Вот оптимальное распределение спектров для двух самых популярных у нас овощей – огурца и помидора:

Всего на этих двух элементарных примерах между огурцом и томатом хорошо видно, насколько у них разная потребность. И если одной и той же лампочкой засвечивать оба овоща сразу, то результаты будут совершенно непредсказуемыми.

Кроме правильно подобранного спектра, важную роль играет еще два параметра – время и ритм освещения.

Все растения изначально произрастали на улице при естественном солнце. А солнце как известно не висит в зените 24 часа в сутки. Утром всходит, а вечером заходит. То есть естественная интенсивность освещения сначала постепенно растет, а во второй половине дня, достигнув своего пика, начинает падать.

Читайте также:  Когда срезать капусту на хранение: как и в какие сроки собирать урожай, где хранить овощи зимой

Это и есть так называемый ритм. И растения его хорошо чувствуют. Измените ритм, не меняя ничего другого, и ваши овощи могут начать болеть, почувствовав себя “не в своей тарелке”.

Поэтому опытные садоводы выделили три группы растений – короткого, длинного и нейтрального дня.

Вот их некоторые разновидности:

Длинный день – это когда интенсивность света наблюдается более 13 часов. Короткий – до 12 часов. Растениям для нейтрального дня все равно когда созревать, хоть при коротком, хоть при длинном.

Не будете соблюдать заданный природой цикл и у вас упадет урожайность. Сами растения будут какими-то карликовыми.

Поэтому мало просто купить супер разрекламированные сорта, правильно их высадить, удобрять и поливать.

Как оказывается, еще нужно их правильно освещать. Причем и здесь нет универсального светильника для больших групп растений, везде требуется индивидуальный подход.

Только в этом случае результат вас порадует и вкусом и размером.

Что такое яркость источника света и яркость отражающей поверхности

Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

Если, к примеру, рассмотреть расположенный вдалеке светящийся шар, и сравнить его с другим светящимся шаром, с точно такой же силой света, но другого диаметра, то окажется, что хотя шары и создают на равных расстояниях одинаковую освещенность, тем не менее для наблюдателя они выглядят по разному: шар меньшего диаметра выглядит более ярким, чем более крупный шар.

Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

Причина данного явления заключается в том, что хотя сила света у шаров и одинакова, один из них обладает большей излучающей поверхностью, а другой — меньшей. Значит сила света, излучаемого с единицы площади у данных источников не одинакова, и у маленького шара этот параметр очевидно больше.

  • Но даже если мы станем рассматривать какой-нибудь источник света с некоторого расстояния, то для нас будет иметь значение не столько реальная площадь излучающей свет поверхности, сколько видимая площадь, то есть ее размер в проекции на плоскость наблюдения, перпендикулярную направлению нашего взгляда.
  • Таким образом, чтобы наблюдателю достаточно полно охарактеризовать реальный источник света, обладающий размерами и формой, ему необходимо знать и силу света источника, и величину силы света, приходящейся на единицу площади видимой поверхности источника.
  • Это соотношение и называется яркостью L источника сета, и если сила света равна I, а видимая площадь равна s, то яркость источника света будет равна (силу света можно здесь расписать через световой поток и телесный угол, тогда яркость будет равна световому потоку, испускаемому с единичной площади видимой поверхности источника света внутри единичного телесного угла):

Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

У источников света яркости разных их участков отличаются: у люминесцентной лампы края колбы более темные, а пламя свечи более ярко в ореоле вокруг фитиля и т. д. Еще яркость сильно зависит от того, с какой стороны мы смотрим на источник.

Если, например, случайно посмотреть на сварочную дугу, то в перпендикулярном разряду направлении она окажется более яркой, чем при взгляде на ту же дугу сбоку.

То есть яркость характеризует излучающую свет поверхность в выбранном, строго определенном направлении.

Это очень важная характеристика, поскольку именно на яркость (сила света на единицу площади) реагирует наш глаз, а вовсе не на силу света как таковую.

Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

Сила света измеряется в канделах, соответственно яркость — в канделах на квадратный метр. Одна кандела на квадратный метр — это такая яркость, которой обладает светящаяся плоскость, отдающая с каждого квадратного метра свет силой в 1 канделу (Кд) в направлении, перпендикулярном плоскости. Для примера, вот приблизительные яркости некоторых распространенных источников света:

Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

По действию на наши глаза источники света могут оказаться опасными. Если яркость будет выше 160000 кандел на квадратный метр, то это вызовет болезненные ощущения в глазу. Чтобы избежать пагубного действия яркого света, человечество научилось разным ухищрениям.

Колбы мощных ламп накаливания делают матовыми и большого размера, чтобы как-бы рассеять свет, сделать его излучаемым не с маленькой площади нити накаливания, а с большой площади поверхности колбы или плафона. Так яркость снижается до безопасной для глаз, а освещенность остается почти полностью неизменной.

Если говорить об отражающих поверхностях, таких как окрашенные стены, проекционные экраны, декоративные изделия и т. д., то они проявляют по отношению к источнику света диффузно-отражающие свойства. Это значит, что они частично отражают падающий на них свет, и сами теперь выступают в роли источников света средней яркости, но обширной площади.

Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

Это играет нам на руку, поскольку стандартные источники света (лампа, светильник, свеча, люстра, фонарь) обладают значительной яркостью, но малой площадью поверхности. Между тем, освещенная поверхность станет обладать яркостью, пропорциональной ее освещенности Е, ведь чем большей световой поток на отражающую поверхность падает, тем выше будет и ее яркость.

И яркость этой поверхности будет пропорциональна ее альбедо r (от лат. albus — белый) — характеристике диффузной отражательной способности поверхности. Чем больше альбедо r, то есть чем большая часть падающего светового потока рассеивается поверхностью, – тем больше и яркость такой поверхности.

Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

Так, яркость освещенной поверхности пропорциональна произведению альбедо и освещенности, причем в разных направлениях яркость будет различной – в зависимости от диаграммы рассеяния освещенной поверхности.

Если поверхность равномерно рассеивает падающий на нее свет, то яркость в любом направлении вычисляется достаточно просто. Если диаграмма рассеяния сложная — вычисление яркости превратится в довольно сложную задачу.

Для равномерного рассеяния достаточно воспользоваться формулой (освещенность — в люксах, яркость — канделах на квадратный метр):

Допустим, есть проекционный экран с альбедо 0,8, а освещенность равна 60 Лк, тогда яркость будет равна 0,8*60/3,14 = 15,3 канделы на квадратный метр. Вот примеры весьма распространенных поверхностей и их яркостей:

Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

  1. Смотрите также у нас:
  2. Типы электрических ламп – какие лучше и в чем разница
  3. Световая отдача ламп разных типов
  4. Как выбрать светодиодную лампу по мощности
  5. Андрей Повный 

Градации яркости

Обычно изображение, передаваемое по ТВ, является полутеневым. Это означает, что, кроме ярких и темных мест, соответствующих Вмакс и Вмин, в изображении еще имеется много промежуточных градаций яркости, так называемых полутеней.

Наличие большого количества этих полутеней делает изображение более художественным, живым и сочным и увеличивает разборчивость очертаний. Поэтому правильная передача градаций яркости является важным фактором в создании высококачественного ТВ изображения.

Бывают случаи, когда нет необходимости в передаваемом изображении иметь полный набор градаций яркости, когда можно обойтись только двумя крайними значениями яркости: Вмакс и Вмин. К таким случаям можно отнести, например, передачу надписей (черные буквы на светлом фоне), технических чертежей и пр.

Но передачи из студии, передачи художественных фильмов и т. п. обязательно требуют хорошего воспроизведения полутеней.

Передача и воспроизведение большого числа градаций связаны с повышением требований к ТВ аппаратуре.

Поэтому существенно выяснить предельное число различимых градаций, превышение которого приводит только к усложнению аппаратуры без улучшения качества изображения.

Как и во многих других случаях, прибором, определяющим разумную границу максимального числа градаций яркости, является человеческий глаз.

Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

Для того чтобы определить максимальное число градаций, надо найти тот порог, при котором человек замечает разницу в двух соседних значениях яркости. Представим себе два смежных светящихся поля (рис. 2.18.а). Перед этими полями находится группа зрителей.

В начале опыта В1=В2. Затем при постоянной, например, яркости В1 будем медленно изменять яркость В2.

Зрители независимо друг от друга, не сговариваясь, должны сообщить момент, когда каждый из них заметил, что В2 стала отличаться от В1.

Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

Таким образом, определяется минимальная величина, при которой зритель замечает разницу в этих двух яркостях (здесь DВn – индивидуальные показания зрителей, а n – число зрителей).

Подобные опыты проводились неоднократно, и они установили с очевидностью следующий для практики факт: минимальная величина приращения яркости DВ зависит от величины начальной яркости В1.

Чем больше В1, тем больше оказывается DВ = çВ2 – В1ê. Поясним это обстоятельство примером. ТВ экран имеет яркость 40 кд /м2 (на белом).

Для того чтобы было хотя бы чуть-чуть заметно увеличение (или уменьшение) этой яркости, ее нужно будет изменить на 0,8кд/м2, т. е. яркость в 40,8 кд/м2 или 39,2 кд/м2 будет на глаз едва заметно отличаться от яркости в 40 кд/м2. Яркость лампы накаливания составляет 5×106 кд /м2.

Читайте также:  Кто-то съедает листочки всходов огурца до стебля, стебли живые. Что делать?

Изменение этой яркости на 0,8 кд/м2 никак не будет заметно на глаз. Чтобы получить ощущение хотя бы небольшого изменения яркости, в этом случае DВ должно составлять 2,5×105 кд /м2.

Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?
Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?
Рис. 2.6.4. Контрастная чувствительность глаза: а) два соседних испытательных поля разной яркости; б) график зависимости контрастной чувствительности от яркости
  • Экспериментами установлен следующий закон (закон Фехнера):
  • В/В= δ ≈ const , (2.21)
  • где DВ – приращение яркости, едва заметное на глаз; В – начальная яркость; d – контрастная чувствительность глаза.

Контрастная чувствительность глаза мало меняется в широком диапазоне яркостей. На рис. 2.18,б представлен график зависимости контрастной чувствительности глаза от яркости наблюдаемого источника. Для яркостей, наблюдающихся на экране телевизора (примерно от 40 до 1 кд/м2), – контрастная чувствительность меняется от 0,05 до 0,02, т. е. в среднем dср»0,03.

Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?
Рис. 2.19. К определению числа градаций яркости

Чтобы подсчитать максимальное число различимых градаций яркости на экране кинескопа, представим себе изображение в виде полос с постепенно увеличивающейся яркостью (рис. 2.19), причем яркость каждой полосы отличается от соседней на минимальную величину DВ, определяемую контрастной чувствительностью глаза d.

Будем считать контрастность изображения b = Вмакс /Вмин заданной. Яркость первой полосы В1 = Вмин, второй полосы В2 = В1 + DВ1 =В1+dВ1=В1(1+d),

третьей полосы В3 = В2 + DВ2 = В2 + dВ2 =В2(1 + d) = В1(1 + d)2,

Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

m-й полосы Вm = Вm(1 + d)m-1.

Имея в виду, что В1 = Вмин, а Вm = Вмакс, то получим: β=Вмаксмин=(1+δ)m-1,

Пока ЮБКшные специалисты в сети! Определите яркость! Какое это растение?

При d

Ответы на Тотальный тест «Доступная среда в сфере культуры» 2022

  • К участию в акции приглашаются работники сферы культуры, представители региональных и муниципальных исполнительных органов власти, молодежной политики, а также обучающихся детских школ искусств и училищ ожидается, что «Тотальный тест «Доступная среда в сфере культуры» охватит свыше 30 субъектов Российской Федерации.
  • По итогам мероприятия все участники получат электронные сертификаты о прохождении «Тотального тест «Доступная среда в сфере культуры».
  • Ключевая цель акции – повысить уровень осведомленности граждан России в области инклюзии и привлечь внимание к вопросам создания доступной и комфортной среды для людей с инвалидностью в сфере культуры.
  • Выберите наиболее корректную формулировку для использования в общении.
  • Отличаются ли жестовые языки разных стран?
  • Да, в каждой стране может быть свой жестовый язык
  1. Можно ли в сопровождении собаки-проводника пройти в любое учреждение культуры?
  2. Нет, доступ собак-проводников разрешен, но только в некоторые учреждения культуры
  3. В учреждение культуры пройти можно, но в зрительный зал или буфет с собакой нельзя
  • Да, доступ разрешен в случае наличия документа, подтверждающего специальное обучение собаки-проводника

человек с собакой-проводником обязательно должен иметь с собой паспорт собаки, документ, подтверждающий инвалидность по зрению. Перед посещением культурного мероприятия хозяину лучше позвонить в учреждение и предупредить, что с ним придет собака-поводырь. Собаку необходимо выгулять перед длительным мероприятием. У самого поводыря, который приходит с хозяином в общественное место, должна быть шлейка с надписью «собака-поводырь», ошейник, поводок, намордник.

Кто такой сурдопереводчик?

Специалист, который помогает с чтением плоскопечатных текстов и их озвучиванием незрячему человеку

  • Специалист, осуществляющий перевод устной речи для людей с нарушением слуха и обратный перевод в устную речь

Сурдопереводчик — это специалист по переводу устной речи на язык жестов и наоборот. Этот вид невербального общения сочетает в себе жесты, мимику и артикуляцию. В мире на языке жестов общаются миллионы людей, а в некоторых странах, например, в Исландии и Новой Зеландии, ему присвоен статус второго государственного языка.

  • Специалист, который описывает предметы, пространство или действия, непонятные слепому или слабовидящему человеку без специальных словесных пояснений
  • Каким категориям посетителей при прохождении музейной экскурсии необходим тифлосурдоперевод?
  • Людям с нарушением слуха (неслышащие, слабослышащие)
  • Людям с нарушениями зрения (незрячие, слабовидящие)
  • Людям с одновременным нарушением слуха и зрения (слепоглухим)

Тифлосурдоперевод – прямой и обратный перевод вербальной и зрительной информации, осуществляемый специалистом-переводчиком инвалидуимеющему нарушения функций слуха и зрения, на жестовом языке или посредством дактильной речи.

Как следует общаться с посетителем с нарушением речи:

  • Дождаться, пока человек договорит фразу, не перебивая его. При необходимости задать уточняющий вопрос
  1. Помогать человеку, договаривая фразы за него
  2. Говорить в ответ громко
  3. В каких случаях творческий коллектив может считаться инклюзивным?
  4. Если хотя бы один участник коллектива — это человек с инвалидностью
  • Если творческий коллектив создает художественные произведения, доступные для людей с инвалидностью
  • Если в составе творческого коллектива не менее 30% участников — это люди с инвалидностью
  • К кому следует обратиться, если Вы хотите сообщить какую-то информацию человеку с инвалидностью?
  • К сопровождающему или переводчику жестового языка, тифлосурдопереводчику
  • Непосредственно к человеку
  • В зависимости от вида инвалидности
  1. Какую формулировку лучше выбрать при общении с человеком с нарушением зрения?
  2. Посмотрите на эту картину
  3. Незрячему некорректно предлагать подобное

Спектры в агрофотонике

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):

– солнечный свет, основной источник энергии – содержание диоксид углерода (СО2) в воздухе (углерод – основной элемент, используемый для формирования новых клеток)  – вода, в основном, как источник кислорода, входящего в ее состав, необходимого для реакции фотосинтеза – температура окружающего воздуха.

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.

Рис. 2

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.

Рис. 3

Для количественной оценки светового воздействия на растения используется фотосинтетически активная радиация (ФАР). В англоязычной литературе – Photosynthetic Photon Flux (PPF). Поток ФАР/PPF измеряется как число фотонов, излучаемых источником света, которые могут быть поглощены растением при фотосинтезе (диапазон длин волн от 400 до 700 нм).

Величина PPF рассчитывается без учета неравномерного поглощения растением различных энергии различных длин волн. Поэтому в дополнение к PPF иногда используется величина YPF – Yield Photon Flux  – т.н. усваиваемый растением поток фотонов. Для расчета YPF используется взвешенное значение ФАР и спектр эффективности фотосинтеза как весовые коэффициенты. 

Читайте также:  Чем болеют кусты и деревья? Почему скручиваются, сохнут и опадают листья?

Спектр эффективности фотосинтеза показан на рис. 4.

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.

Ультрафиолет C (280 –  315 нм)

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.

Ультрафиолет A (380 –  430 нм)

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]. 

Рис. 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.

Рис. 6

Рассмотрим более подробно влияние света на различных этапах 

Синтез хлорофилла

Самое большое количество хлорофилла вырабатывается при синем свете, меньшее – при белом и красном, самое меньшее – при зеленом свете и в тени. При разном свете, соотношение хлорофилла A и B также не одинаковое. Самая большая разница в соотношении А и B при желтом и синем свете. Красный свет способствует большой выработке хлорофилла типа A.

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.

Рис. 7

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

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

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

Рис. 10

В реальности же на листья растений будет также воздействовать спектр солнечной радиации, и суммарный спектр облучения будет выглядеть следующим образом (рис. 11).

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).

Ссылка на основную публикацию