Применение искусственного света в растениеводстве

Содержание статьи:

СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ

Для активизации фотосинтеза

На широтах примерно 45 севернее и южнее экватора средние показатели природной освещенности незначительные, а день большую часть года короткий. В этих регионах, в течение порой почти полгода растения страдают в развитии от недостатка света. На помощь приходит дополнительное облучение, эффективность которого во многом зависит от доли его в общем объеме радиации, получаемой растением.

Есть два способа решения проблемы: создание высокого уровня облучения на короткое время либо более низкий уровень, но подлиннее. Второй способ часто результативнее.

Правильный фотосинтетический тип досвечивания сокращает производственный цикл, оздоровляет растения, повышает их устойчивость, ускоряет цветение. Оно компенсирует неравномерное природное освещение и позволяет цветоводу точнее планировать и сроки культивации, и качество продукции.

Типичные уровни облучения, необходимые для фотосинтеза, лежат между 5000 и 20000 мВт/м2, что обычно требует применения газоразрядных ламп с большой светоотдачей. При этом преимущественная часть энергии должна находиться на участке спектров с длинами волн от 400 до 700 нм. С целью получения оптимального развития культур, необходимо и другие факторы (температура, влажность, доступность удобрений) привести в соответствие с интенсивностью и продолжительностью искусственного облучения.

Продление дня и фотопериодизм

Досвечивание можно относительно просто и дешево применять для продления светового дня. Требуется всего 150—400 мВт/м2, чтобы регулировать сроки цветения. Экономически выгоднее, если искусственное освещение нужно и чтобы активизировать фотосинтез. При этом обычно используют люминесцентные лампы.

Тут имеется два варианта: включают лампы в сумерки на определенное время или же «разбивают» ночь, давая свет небольшими промежутками.

Во втором случае энергозатраты меньше (пригодны лампы накаливания или компактные газоразрядные). Усовершенствованный вариант — так называемое цикличное, или импульсное, досвечивание, когда ночное время работы ламп, в свою очередь, разбивают на периоды света (20—30 %) и темноты. Если эти краткие включения дублировать как минимум через полчаса, растения будут отзываться на это так же, как при непрерывном освещении.

Нередко в хозяйствах для более равномерного распределения электроэнергии делят теплицу на 3—5 секций, которые ночью освещают поочередно.

Импульсное досвечивание дает прекрасные результаты, в частности, при выращивании хризантем.

Замена дневного света

Применяется в глухих, или вегетационных, камерах, куда лучи солнца вообще не проникают. Из соображений экономики целесообразно выращивать здесь культуры, отвечающие хотя бы одному из следующих условий:

  • низкая потребность в уровне освещения;
  • относительно высокая температура возделывания, поддерживать которую в теплицах с их плохой изоляцией невыгодно;
  • быстрый рост и соответственно недолгое пребывание в закрытом грунте; небольшие размеры; высокая ценность (редкие растения, несезонная продукция);
  • необходимость культивации в зимние месяцы, по строгому графику или в связи с экстремальными климатическими условиями.

Поэтому в вегетационных камерах практикуется:

  • выгонка луковичных, веток кустарников (в частности, сирени);
  • выращивание посадочного материала глоксинии, кальцеолярии, левкоя, бромелиевых, бегоний, хризантем, сенполии;
  • укоренение черенков гвоздики, хризантемы, пеларгонии и др.; культура тканей.
  • в фитотронах

Культивационные помещения с искусственно регулируемыми условиями, или фитотроны, обеспечивают полный контроль за окружающей средой и служат для агрономических и биологических исследований. От осветительных приборов здесь могут потребоваться уровни, эквивалентные солнечному свету в летнее время (приблизительно 100 000 лк, или 300 000 мВт/м2), а спектральное распределение должно отвечать самым разнообразным требованиям.

Декоративная подсветка

В учреждениях, торговых залах, цветочных магазинах подсветка комнатных культур нужна не только для поддержания и стимуляции их роста, но и для украшения интерьера. Спектральную композицию света согласуют с кривой светочувствительности данного растения (или их группы), а зрительный эффект обеспечивается, если листья и цветы выглядят ярче.

Декоративные осветительные приборы выпускают, как правило, висячего типа с использованием концентрированных источников света. Лампы накаливания обязательно сочетают с газоразрядными или люминесцентными. При этом первые монтируют на должном расстоянии от растений, чтобы жар от ламп не высушивал их.

Минимальный уровень освещенности (естественное вместе с искусственным) — примерно 1000 лк.

ЛАМПЫ

Накаливания

Легко монтируются, не требуют особого ухода, так как не нужны ни балласт, ни стартер. С другой стороны, имеют довольно небольшой КПД. Малопригодны для фотосинтетического досвечивания: высокое содержание в их спектре красных оттенков вызывает сильное вытягивание растений. Главная сфера применения в теплицах — фотопериодическое облучение (удлинение дня либо включения в ночное время) на довольно невысоком уровне 200—800 мВт/м2. Используются также для местного освещения. В декоративных висячих приборах они дополняют лампы дневного света.

Люминесцентные трубчатые

Рекомендуются преимущественно для фитотронов и многоярусных теплиц (установок). Благодаря большой световой поверхности и низких температурных показателях стенок могут монтироваться вблизи растений, что обеспечивает их эффективность. Используются для фотопериодической подсветки, в основном горшечных. От ламп этого типа в теплицах трудно получить высокий уровень облучения, необходимый для усиления фотосинтеза.

компактные газоразрядные

Такие источники света со встроенным миниатюрным балластом и стандартным винтовым цоколем иногда применяют вместо ламп накаливания, например, для фотопериодического облучения или в висячих декоративных приборах. Они обладают вдвое большим к. п. д., потребляют вчетверо меньше энергии и служат до 6000 часов, что значительно выше среднего срока службы ламп накаливания. Это снижает затраты как на электроэнергию, так и на замену оборудования.

Другой вариант (PL) — две параллельные люминесцентные трубки с общим штырьковым цоколем. Это дает широкие возможности для декоративной и выставочной подсветки. Характеризуются высокой светоотдачей, мгновенным включением, долговечностью. Теплый и приятный свет позволяет успешно конкурировать с лампами накаливания. Используются в сочетании с последними или вместо них, чтобы избежать перегрева воздуха. Работают с автономным балластом и оснащены нестандартным цоколем, поэтому их можно монтировать лишь в специальных светильниках.

Ртутные высокого давления

До недавнего времени широко использовались как в теплицах, так и в вегетационных камерах (особенно популярен был рефлекторный вариант, пригодный для самых простых осветительных приборов). Однако в наши дни уступают место другим, более совершенным.

Металло-галогенные высокого давления

Конструкция их предусматривает благоприятное спектральное распределение, меньшие размеры, высокий к.п.д. излучателя (214 мВт/Вт). Это особенно выгодно для теплиц, вегетационных камер и фитотронов. Благодаря сильному лучистому потоку (91 000 мВт при мощности 400 Вт) такие лампы идеальны, когда требуются значительные уровни облучения, например для активного фотосинтеза.

Смешанного света

В качестве балласта здесь использована нить накала, поэтому возможно применение вместо лампы накаливания.

Вариант с встроенным рефлектором (MLR) подходит для декоративного освещения растений. Ведь за счет добавления ртутной лампы с высоким давлением синяя часть спектра испускаемого света предотвращает излишние вытягивания стеблей, чего нельзя достичь с помощью обычной лампы накаливания.

Натриевые высокого давления

Трубчатая лампа этого типа сочетает высокий к.п.д. излучателя (250 мВт/Вт) с таким спектральным распределением энергии, которое подходит для самых разнообразных культур. Другие достоинства — малый размер, продолжительность службы и постоянство лучистого потока. Вот почему данной лампе отдается все большее предпочтение как с технологической, так и с экономической точки зрения. Предприятие может получить уровни облученности от 3000 до 60 000 мВт/м2.

Большинство современных осветительных аппаратов как для лабораторий, так и для промышленных цветочных теплиц оснащено именно натриевыми лампами высокого давления (SON — Т 400W). Для дополнительного облучения они лучше всего.

В районах с низкой зимней освещенностью рекомендуется сочетать эти лампы с металлогалогенными, которые увеличивают в спектре долю синего света (он необходим некоторым растениям в период роста).

ДРУГАЯ АППАРАТУРА

Электронная люминесцентная система высокой надежности (HF)

Наиболее экономична для культуры тканей, требующей многочасового освещения. Сберегает 25 % энергии по сравнению с обычной люминесцентной аппаратурой, таким образом дополнительные капиталовложения быстро окупаются.

Регулирование освещенности существенно упрощается. Простым поворотом ручки ее можно изменять в диапазоне от 100 до 25 % номинальной величины, причем последняя позиция дает дополнительную экономию электроэнергии 60 %. Операция выполняется вручную с помощью светочувствительного датчика или автоматически (ЭВМ).

Другие преимущества системы — стабильная работа ламп, автоматическое отключение при перегорании, высокий к.п.д., малый вес.

Светильники

Их можно сгруппировать по принципу сферы применения и типа ламп.

Для декоративной подсветки годится, по существу, любой домашний прибор или аппаратура с лампой накаливания, люминесцентной или смешанным светом.

Светильники с люминесцентными лампами для фотопериодического облучения в теплицах, вегетационных камерах и фитотронах не должны пропускать пыль и влагу.
Аппаратура, для активизации фотосинтеза оснащена натриевыми лампами высокого давления (SGR) либо металлогалогенными (MGR). Широкий пространственный угол распределения света позволяет размещать приборы со значительным интервалом при ограниченной высоте подвески. Другие важные достоинства — равномерность освещения, легкость (чтобы не перегружать каркас теплицы) и небольшие габариты. Зеркальный рефлектор, поверхность которого рассчитана на ЭВМ, обеспечивает сверхвысокую светоотдачу (примерно 90 %).

Светильники различаются и по принципу распределения света (по кругу, прямоугольнику, эллипсу). Они должны изготовляться из прочного материала, дабы противостоять неблагоприятным атмосферным явлениям, и иметь встроенные регуляторы.

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

Установка осветительного оборудования дает дополнительную прибыль благодаря следующим основным факторам: повышение качества продукции; рост урожайности (на единицу площади); сокращение сроков вегетации; поставка цветов на рынок в период наивысших цен.

Есть и другие выгоды, какого: облегчение планирования производства из-за равномерного распределения трудовых затрат в течение года, лучшее регулирование процессов роста и, как результат, сжатые сроки сбора урожая и сортировки, а в конечном итоге — более эффективное использование теплиц и оборудования, оперативность действий.

Приступая к проектированию схемы облучения растений, необходимо проанализировать достоинства различных вариантов и предстоящие расходы. Это позволит выявить экономический эффект, прежде чем сделать соответствующий выбор.

Все затраты можно подразделить на: первоначальные (стоимость оборудования, электропроводки и монтажа установки); текущие (ежегодные амортизационные отчисления, за исключением стоимости ламп, оплата электроэнергии, замена, чистка и обслуживание оборудования).

Основная статья эксплуатационных расходов — электроэнергия. Поэтому очень важно провести тщательное исследование (лучше с помощью компьютера), какая именно осветительная система будет наиболее экономичной в конкретных условиях.

Потребление лампами электроэнергии нельзя рассматривать изолированно, ведь в конечном счете она будет способствовать и обогреву теплицы. Более того, поскольку при искусственном облучении производство меньше зависит от дневного света, можно сберегать оранжерейное тепло с помощью двойного остекления, зашторивания и других способов, что снизит энергетические расходы в целом. Недаром при рачительном хозяйствовании хорошо изолированная вегетационная камера, в которую не проникает дневной свет, успешно конкурирует с традиционной оранжереей, оснащенной дополнительным облучением.

Полная интеграция освещения и обогрева достигается, когда вся теплота и электроэнергия, необходимые для предприятия, генерируются единой силовой установкой наиболее экономичным образом.

Немалые расходы падают на замену перегоревших ламп. Отсюда, помимо их стоимости, следует учитывать и расчетную долговечность, которая далеко не равнозначна. Она вычисляется исходя из продолжительности работы (до момента, пока не перегорит определенный процент комплекта ламп) и времени горения (до того, как средняя светоотдача понизится до столь низкого уровня, что дальнейшая эксплуатация будет нецелесообразна).

Способы расчета осветительной аппаратуры для цветоводства обычно не отличаются от используемых в других отраслях. Однако, как уже упоминалось, вместо освещенности в люксах следует определять облученность в мВт/м2, то есть количество лучистой энергии в видимой части спектра (400— 700 нм), получаемое растением.

Для каждой модели ламп существует свой коэффициент пересчета этих величин. Например, для натриевой лампы высокого давления он составляет 2,3. Таким образом, чтобы получить с ее помощью 9000 мВт/м2, требуется эквивалентная горизонтальная освещенность

В растениеводстве очень важна однородность освещения. Рекомендуется, чтобы коэффициент равномерности (отношение излученности Emin/Emax) был равен или больше 0,7.

Поскольку зеркальная оптика рефлекторных приборов обеспечивает ровное освещение на большой площади, они целесообразны как с технологической точки зрения, так и с экономической.

Обычно при монтаже аппаратуры в теплицах используют удобные точки крепления (опорные стойки кровли, пазы, трубы и т. д.). Во многих европейских странах придерживаются стандартного расстояния между стойками — 3,2 м или же кратного этой цифре.

Как правило, светильники подвешивают на цепях, проволоке, кронштейнах. Однако не следует забывать, что некоторым растениям досвечивание требуется лишь в отдельные периоды вегетации. В таких случаях выгоднее монтировать оборудование на специальных каретках, которые легко передвигаются по направляющей от одной культуры к другой.

Автор: admin
Коментарии (0):

Добавить комменентарий к Применение искусственного света в растениеводстве

Имя:*
E-Mail:
Ваша оценка продукта:*
Ваш комментарий:
Введите два слова, показанных на изображении: *