Искусственная досветка

1.

Институт садоводства и ландшафтной архитектуры
Кафедра садоводства и газоноведения
Искусственная досветка
Выполнила: студентка группы Д-С 223,Карловская Софья Викторовна
Москва, 2023

2.

• Природа света носит корпускулярно-волновой характер. Т.е., свет обладает
одновременно свойствами частицы и электромагнитной волны. Частица
света фотон может иметь различную частоту электромагнитной волны ѵ,
величина которой определяет энергию фотона Е:
• Е=hѵ, где h = 6.63×10-34 Дж×сек – постоянная Планка.
• Как правило, источники света излучают фотоны различных частот,
которые в совокупности формируют спектр излучения данного
источника света. Для удобства при рассмотрении спектра видимого света
оперируют не частотой фотона, а его длиной волны. В данном случае длина
волны измеряется в нанометрах. Диапазон фотосинтетической активной
радиации (ФАР – излучение, которое усваивается растениями в процессе
фотосинтеза) примерно совпадает с диапазоном видимой части света.
«Синие» фотоны имеют по сравнению с «красными» более короткую длину
волны. Т.е. имеют частоту выше и энергию больше. Разница энергий на
границах ФАР составляет почти двукратный размер.
2

3.

Средняя солнечная радиация на территории России
Рис. 1 Суммарная солнечная радиация на территории России в год
3

4.

Световые зоны России
4

5.

5

6.

Спектральные характеристики естественного освещения.
6

7.

Пример освещенности земной поверхности в безоблачную
погоду в различные периоды года и часы дня, %.
7

8.

Ориентировочно солнечная радиация и сумма ФАР при
средних условиях облачности на 600 с. ш.
8

9.

Ориентировочно солнечная радиация и сумма ФАР при
средних условиях облачности на 550 с. ш.
9

10.

Ориентировочно солнечная радиация и сумма ФАР при
средних условиях облачности на 470 с. ш.
10

11.

Ориентировочно солнечная радиация и сумма ФАР при
средних условиях облачности на 430 с. ш.
11

12.

• В высших растениях функционирует несколько сложных фоторецепторных белковых систем
для восприятия света различного спектрального состава: красного/дальнего красного
(фитохромы), синего/УФ-А (криптохромы, фототропины, ZTL/FKF1/LKP2) и УФ-В света
(UVR8).
• Наиболее быстро фотосинтез идет в красных и сине-фиолетовых лучах, потому что они
лучше поглощаются пигментами листа растения.
• При высокой освещенности больше образуется углеводов, при низкой – органических
кислот. Красный свет стимулирует образование углеводов и растяжение клеток, тормозит
образование боковых корней. Синиий свет стимулирует дыхание, образование аминокислот и
белков, стимулирует деление клеток, но тормозит их растяжение.
• Свет влияет также и на поглощение элементов питания: в темноте оно замедляется и,
постепенно, прекращается и усиливается на свету, особенно при возрастании
транспирационного потока. Сокращение светлого периода суток тормозит поглощение азота и
синтез аминокислот. Также при недостатке света плохо развивается корневая система.
12

13.

Фотосинтетическая активная радиация
13

14.

Влияние света на растения
• УФ-С 200–280нм Излучение губительно для жизнедеятельности растений. Практически
отсутствует в солнечном свете у поверхности Земли. Излучение вызывает фотолиз воды,
образуя свободные активные радикалы и перекись водорода, а последние, в свою очередь,
окисляют и разрушают органические молекулы – живые клетки начинают отмирать
• УФ-В 280–320нм Излучение может повышать холодостойкость у растений
320–350нм Излучение в малых дозах может усиливать пигментацию растений и приводить к
ускорению роста и увеличению продуктивности растений
• УФ-А 350–400нм Излучение задерживает «вытягивание» растений и стимулирует синтез
некоторых витаминов, увеличивает синтез алкалоидов и эфирных масел, что может вызывать
покраснение листьев салата
• Синий 400–500нм Излучение принимает непосредственное участие в фотосинтезе,
стимулирует образование белков и регулирует скорость развития растения. Синий свет,
образуя в листьях значительное количество ингибиторов роста, тормозит рост побегов и
приводит к формированию низкорослых растений, стимулируя цветение растений
короткого дня, замедляет развитие растений длинного дня.
14

15.

• Зелёный 500–600нм Излучение по классическим представлениям не является абсолютно
необходимым для обеспечения фотосинтеза растений, но благодаря своей высокой
проникающей способности полезно для обеспечения фотосинтеза оптически плотных
листьев и густых посевов растений. В последние годы в фотобиологических исследованиях
практической направленности появляется всё больше данных о значительной роли этого
диапазона спектра при выращивании растений по технологии светокультуры.
• Красный 600–700нм Излучение имеет наибольшее значение в жизнедеятельности
растений. Оно, безусловно, должно входить в состав общего излучения для обеспечения
эффективного фотосинтеза и достижения высокой продуктивности.
Однако,
квазимонохроматический красный свет может приводить к аномальному росту и развитию, а
в ряде случаев и к гибели некоторых видов растений.
• Дальний красный 700–800нм Излучение обладает ярко выраженным регуляторным
действием. Обязательно должно входить в состав излучения в количестве нескольких
процентов.
• Инфра- красный >800нм Излучение не может инициировать фотохимические реакции.
Инфракрасное излучение некоторых длин волн поглощается молекулами воды,
содержащихся в растениях, и, таким образом, может повышать температуру растений
15

16.

• Плотность ФАР потока (аналог освещенности или облученности)
измеряют PAR-радиометром в Вт/кв.м или мкМоль/(с×кв.м).
• Изменяя составляющие излучения синей, зеленой и красной
части спектра, можно влиять на прорастание, рост или
торможение разных биологических процессов и стадий
фотосинтеза.
16

17.

• Максимальные значения КПД фитоценозов в расчете на
хозяйственно полезную биомассу основных светокультур
овощеводства закрытого грунта находятся в диапазонах
облучённости:
• ➢ огурец 100-150 Вт/м2
• ➢ томаты 150-180 Вт/м2
17

18.

• В рассадных отделениях (теплицах) овощных теплиц минимальная
суммарная (естественная + искусственная) облученность должна быть не
менее 25 Вт/м2 ФАР (120 мкмоль/м2•с). Суточное количество ФАР не менее
250 Вт x ч/м2 ФАР (0,9 МДж/м2•дн или 4,5 моль/м2•дн).
• В овощных теплицах облученность должна быть не менее 70 Вт/м2 ФАР
(320 мкмоль/м2•с), суточное количество ФАР для овощных культур в период
плодоношения составляет не менее 900 Вт x ч/м2 ФАР (3,2 МДж/м2•дн или
15 моль/м2•дн).
• При выращивании растений в условиях искусственного облучения для
сеянцев и рассады рекомендуется принимать облученность 80 Вт/м2 (350
мкмоль/м2•с), для овощных культур 80 – 160 Вт/м2 ФАР (350 – 700
мкмоль/м2•с)
18

19.

Рекомендуемые дозы облучения растений
19

20.

20

21.

Характеристики для выбора светильников
• Мощность (Ватт) – энергопотребление прибора за час непрерывной работы.
• Световой поток (люмен) – владея информацией о количестве света, излучаемого каждой лампой, удастся организовать
систему освещения с оптимальным числом светильников.
• Цветовой спектр света – электромагнитные волны разной длины, воспринимаемые пигментами растения. К примеру,
вещества, улавливающие световые волны красного сегмента спектра, отвечают за полноценное развитие корней и
плодов. На лучи синего спектрального диапазона реагируют пигменты зеленой биомассы растения. Для стимуляции
фотосинтеза в листьях нижнего яруса необходимы желто-зеленые световые волны. Еще один важный фактор, который
нужно учесть при организации искусственного освещения теплицы, это ультрафиолет. Невидимая, но важная часть
светового излучения препятствует излишнему вытягиванию стебля, делает растения устойчивыми к воздействию холода
и микроорганизмов. Оптимальная система освещения теплицы должна состоять из приборов с излучением широкого
спектрального диапазона – в этом случае светильники будут стимулировать и вегетативное развитие растений, и
созревание плодов.
• Экономичность – тепличная система освещения должна иметь оптимальное соотношение мощности и потребления
электричества. Энергоемкое осветительное оборудование приводит к значительным затратам на оплату энергии,
снижает рентабельность агропромышленного предприятия и сводит на нет все выгоды высокой урожайности.
• Уровень защиты от пыли и влаги (IP) – светильники, защищенные от негативного воздействия внешних факторов,
являются лучшим вариантом для тепличных сооружений, где грунт выступает источником пыли, а регулярный полив
приводит к высокому уровню влажности. Здесь наиболее подходят приборы с IP67, которые имеют непроницаемый
корпус и дополнительную герметизацию элементов освещения и питания.
21

22.

КАКОЙ УРОВЕНЬ ДОСВЕТКИ НЕОБХОДИМ?
• необходимый уровень досветки может охватывать диапазон от
единиц до нескольких десятков ватт на квадратный метр в
области ФАР. Все зависит от многих факторов, присущих проекту
той или иной конкретной теплицы, выбора практики ее
использования (сезонное или круглогодичное выращивание,
культивируемые виды и сорта растений)
22

23.

23

24.

24

25.

Для получения урожая необходимо обеспечить получение
определенного уровня лучистой продуктивной энергии (ФАР) в
течении суток (кВт×ч/м2×день).
1.15-30 Вт/м2 – низкая интенсивность ФАР (минимально допустимая): рост
вегетативных органов происходит, но не образуются полноценные генеративные
органы.
2.40 Вт/м2 – согласно разработкам Института Гипронисельпрома такая ФАР с
фотопериодом 14 часов (0.56 кВт×ч/м2×день) является оптимальной нормой
облученности в теплице для выращивания рассады.
3.65-90 Вт/м2 – на высокоэффективных фитокомплексах круглогодичного
интенсивного производства растительной продукции разработки Агрофизического
института достигается высокая урожайность. Разработчик сообщает, что на
установках можно получать несколько урожаев в год (томат – 4, перец – 3, огурец –
4÷6, сельдерей листовой, укроп, петрушка – 12÷14, листовая горчица – 16÷18,
кресс-салат – 20÷24). Продукция имеет высокие качественные показатели по
содержанию витаминов, минеральных элементов и по другим характеристикам
пищевой ценности. Содержание нитратов в ней значительно ниже установленных
санитарных норм (табл.), полностью отсутствуют пестициды и другие загрязнители.
25

26.

4. 100 Вт/м2 – согласно разработкам Института Гипронисельпрома такая ФАР
с фотопериодом 16 часов (1.6 кВт×ч/м2×день) является оптимальной
нормой облученности в теплице для выращивания на продукцию.
5. 150-220 Вт/м2 – согласно многим источникам считается оптимальной
интенсивностью ФАР, при которой наблюдается максимальное накопление
биомассы в единицу времени. Фотосинтез и рост хорошо сбалансированы
при фотопериоде 16 часов (2.4÷3.52 кВт×ч/м2×день).
6. 280-300 Вт/м2 – верхний разумный предел применения досветки. В
зависимости от метода управления искусственным освещением реализуется
соответствующий алгоритм отключения досветки.
7. 400 Вт/м2 (фотопериод 16ч.-6.4 кВт×ч/м2×день) и более – насыщенная
интенсивность ФАР, при которой достигается выход фотосинтеза на плато
светового насыщения, т.е. максимальный фотосинтез. Растения
приобретают низкорослую форму.
26

27.

Спектр солнечного света и различных искусственных источников
27

28.

Лампы накаливания
28

29.

• Лампы накаливания – исключены из промышленного
применения и пользуются все меньшей популярностью у
владельцев частных теплиц. Подобная тенденция обусловлена
тем, что лампы накаливания имеют множество недостатков – это
высокое потребление энергии, недолговечность (лампы
сохраняют работоспособность около 1 000 часов), низкая
светоотдача (не более 20 лм/Вт), отсутствие синего излучения.
Единственное достоинство – низкая цена – не компенсирует
расходы на регулярную покупку новых ламп и оплату
электроэнергии.
29

30.

Люминесцентные
30

31.

Люминесцентные лампы – в современных теплицах используются редко. Такие
приборы экономичнее ламп накаливания, но имеют свои недостатки – низкий
уровень светоотдачи, крупногабаритный корпус (ограничивает доступ
естественного света), стробоскопический эффект (мерцающий свет утомляет
зрение персонала), трудоемкий монтаж, затратное обслуживание. Но главное,
спектральный состав излучения практически не ускоряет роста и развития
растений.
31

32.

Ртутные лампы высокого давления (ДРЛ)
Существуют специальные модели таких ламп,
предназначенных
непосредственно
только
для
освещения теплиц. Но даже они производят слишком
сильное УФ-излучение, которое приостанавливает
процесс развития растений. Нередко такие лампы
используются в ситуации, когда рассада склонна к
перерастанию. Но в целом лампы ДРЛ имеют
положительные характеристики: высокая светоотдача,
низкое потребление энергии, простой монтаж.
32

33.

Натриевые лампы (ДНаТ)
33

34.

• Натриевые лампы (ДНаТ) – наиболее распространенный вид
тепличного освещения. Благодаря световому излучению красножелтого спектрального диапазона такие лампы прекрасно
подходят для стимуляции цветения, но из-за отсутствия синих
лучей их не стоит использовать для развития корнеплодов и
наращивания биомассы растений. Преимущества натриевых ламп
– высокая светоотдача и долговечность (не менее 20 000 часов).
Главные недостатки – неполный цветовой спектр света и
тепловой эффект, вызывающий вытягивание стебля, ожоги
листьев и цветов (при слишком низком размещении
светильников). Кроме того, натриевые лампы отличаются
длительным периодом остывания (более 5 минут) – если
практиковать немедленное повторное включение, источники
света будут быстро перегорать и требовать частой замены.
34

35.

В случае с ДНаТ мощностью 600 Вт
расстояние от светильника до верхушек
растений должно составлять 2–2,5 м. В
данном случае было выбрано минимальное
рекомендованное расстояние в 2 м
Расположение ДНаТ и шпалер с
растениями
35

36.

Металлогалогенные лампы (МГЛ, ДРИ)
36

37.

Металлогалогенные лампы (МГЛ, ДРИ). Считаются идеальными для
теплиц, т. к. у них широкий диапазон излучения, максимально
приближенный к солнечному, много ультрафиолета. Выделяют
значительное количество тепла, поэтому часто используют для
отопления построек. Их нельзя располагать низко над растениями,
чтобы не обжечь листья. Образцы мощностью до 250 Вт располагают на
высоте 30-60 см от верха растения. Более мощные приборы крепят на
расстоянии 90 см. Однако стоят они дорого и имеют ограниченный срок
эксплуатации. Еще один крупный недостаток — изделия не переносят
влагу. Достаточно капли воды — и они взорвутся.
37

38.

Светодиодные лампы
38

39.

• Светодиодные лампы. Очень экономичны, работают при малом
напряжении, дают много света. Равномерно освещают всю
площадь теплицы, при необходимости различными цветами. В
скором будущем ожидается производство изделий белого цвета,
полностью воспроизводящих спектр солнечных лучей. Остаются
холодными после многочасового использования, поэтому можно
размещать на любой высоте над растениями. К недостаткам
можно отнести высокую стоимость и сложную конструкцию
светильника.
39

40.

Светильник светодиодный FLORA LED
40

41.

41

42.

42

43.

Рекомендации по установке
• Светильники
FLORA
LED
рекомендуется устанавливать в
теплице линиями по оси симметрии
лотков (рядов) с растениями. Для
монтажа светильников в теплицах
рекомендуется применять лотки,
тросы, шинопроводы, используя
кронштейны светильников.
43

44.

44

45.

Выращивание растений в стеклянных или плёночных
теплицах
45

46.

Выращивание растений в закрытых культивационных
сооружениях без солнечного света
46

47.

МЕЖРЯДНАЯ ДОСВЕТКА В ТЕПЛИЦЕ
• Ценозная досветка – это
освещение «внутри куста».
Светильники идут сквозь
грядку
и
освещают
внутреннюю поверхность
на которую не попадает
свет от верхней досветки.
47

48.

• Межрядная досветка – это
освещение между грядками.
Светильники располагаются
с внешней стороны куста и
освещают
его
боковые
поверхности. (по аналогии с
ценозом)
48

49.

Расположение ДНаТ и СД в случае однорядового расположения
49

50.

Расположение светильника Philips GreenPower LED interlighting в два ряда (а); двухрядовое расположение
ДНаТ и СД (б)
50

51.

• Стеллажная досветка –
это
освещение,
применяемое
в
вертикальных теплицах.
Светильники
располагаются
под
потолком «следующего
этажа».
51

52.

52

53.

Спасибо за внимание!
53