Освещение растений, лампы для рассады и аквариумов

Облучательные установки для высших растений применяются в оранжереях и тепличных комбинатах, при ускоренном выведении новых сортов сельскохозяйственных культур и размножении ценного посевного материала в селекционных центрах, а также при теоретических исследованиях в области физиологии растений, биофизики, генетики. В табл. 1 представлены основные области применения оптического излучения (ОИ) в растениеводстве. В условиях светокультуры энергия ОИ, наряду с питанием, наличием диоксида углерода, влажностью и температурой воздуха является важнейшим фактором, оказывающим влияние на рост и развитие растений. Наиболее важны четыре основные характеристики излучения: спектральный состав, облученность, продолжительность суточного облучения (фотопериод) и пространственная структура светового поля.

Таблица 1. Основные области применения ОИ в растениеводстве

По современным представлениям, диапазон оптического излучения, имеющий у растений основное субстратно-регуляторное значение, находится в границах 280–750 нм. Внутри этих границ выделены спектральные диапазоны со следующими физиологически характеристиками: 280-320 нм – оказывает, как правило, вредное воздействие на рост и развитие растений; 320-400 нм – играет регуляторную роль в развитии растений, поэтому целесообразно присутствие этого излучения в небольших количествах (несколько процентов) в общем лучистом потоке; 400-500 нм («синий») – обладает как субстратным, так и регуляторным воздействием, должен входить в состав спектра фотосинтетически активной радиации (ФАР) для выращивания растений; 500-600 нм («зеленый») – не является абсолютно необходимым для обеспечения фотосинтеза растений, но благодаря своей высокой проникающей способности полезен для обеспечения фотосинтеза оптически плотных листьев и густых посевов растений;

Что касается влияния инфракрасного излучения (ИК) на формирование урожая, то ряд экспериментов позволяет говорить о несущественной роли ИК в области длин волн (750–1200 нм) из-за слабого их поглощения водой и тканями растений. Для λ >1200 нм ситуация более сложная и требует уточнения. Тем не менее, в общем излучении облучательных светотехнических установок, используемых в теплицах, по-видимому, целесообразно соблюдать соотношение ФАР/ИК на уровне, близком к 1:1. Источники ОИ, которые находят различное применение в светокультуре растений, приведены в табл. 2 и табл. 3.

Таблица 2. Источники излучения для светокультуры растений

Таблица 3. Параметры серии селективных МГЛ для фотобиологических исследований

Значительное применение в промышленных и селекционных теплицах получили специальные ртутные лампы высокого давления с исправленной цветностью в эллипсоидной колбе, внутренняя поверхность верхней (к цоколю) половины которой покрыта люминофором с преимущественной красной люминесценцией. Рабочее положение этой лампы вертикальное (для освещения-облучения горизонтальной поверхности растений) и горизонтальное для облучения вертикальной поверхности. Их достоинство – большая концентрация мощности, высокий срок службы и низкая стоимость. Основной недостаток ламп – повышенное излучение в ближней ультрафиолетовой части спектра и низкий КПД ФАР. В современных теплицах эти лампы вытесняются НЛВД и МГЛ. Ксеноновые трубчатые лампы типа ДКсТЛ, благодаря большой мощности, обеспечивают высокие облученности ФАР. К достоинству этих ламп относится их экологическая чистота, а к недостаткам – низкая средняя продолжительность горения (менее 1000 ч), большие габариты, а также небольшое значение КПД ФАР (

12%). В теплицах эти лампы используются редко. Натриевые лампы высокого давления и МГЛ имеют наиболее высокий КПД ФАР, повышенный срок службы, благоприятный спектр, что обеспечивает им расширяющиеся масштабы использования в светокультуре растений. КПД ФАР натриевых ламп достигает

(25–35)%. Благодаря этому параметру, а также большой средней продолжительности горения, НЛВД получили широкое применение в теплицах, в основном, в период недостаточного солнечного (естественного) излучения. Основной недостаток натриевых ламп – малое излучение в синей части спектра, не превышающее 8%. Металлогалогенные лампы лишены этого недостатка. Так, на рис. 3 приведено спектральное распределение излучения МГЛ с йодидами Sc и Na. В спектре содержится излучение натрия (желто-оранжевая часть спектра), скандия (синее, красное) и ртути (синее, зеленое и желтое). Широкий спектр излучения МГЛ, регулируемый соответствующими светящимися добавками, высокий КПД ФАР (25-30%), большой диапазон мощностей (от 250 Вт до 3,5–4 кВт) позволяют эффективно использовать их при крупномасштабном выращивании овощной, цветочной и другой сельскохозяйственной продукции как лампы для рассады, а также в селекционно-генетических исследованиях.

Таблица 4. Предпочтительные уровни облучения при интенсивной светокультуре