Kas yra PAR, PPFD ir PPF?
PAR (fotosintetiškai aktyvi spinduliuotė) reiškia spinduliuotę tam tikrame 400–700 nanometrų bangos ilgio diapazone, kurią augalai naudoja fotosintezei. Šviesos, kuriai jautrūs augalai, bangų ilgių diapazonas skiriasi nuo to, kurį suvokia žmogaus akis, taip pat skiriasi ir šviesos intensyvumo apibūdinimo vienetai. Žmogaus akis yra jautresnė geltonai{4}}žaliai šviesai, o šviesos intensyvumas matuojamas liumenais (lm) ir liuksais (lx). Priešingai, augalai labiau reaguoja į raudoną ir mėlyną šviesą, o jų šviesos intensyvumas matuojamas mikro{6}}moliais per sekundę (μmol/s) ir mikro{7}}moliais kvadratiniam metrui per sekundę (μmol/m²/s).
Augalai fotosintezei daugiausia priklauso nuo 400–700 nm bangos ilgio spektro šviesos, kurią mes paprastai vadiname fotosintetiškai aktyvia spinduliuote (PAR). PAR išreiškiamas dviem vienetais:
Fotosintetinė spinduliuotė(W/m²), kuris daugiausia naudojamas fotosintezės tyrimams natūralioje saulės šviesoje.
Fotosintetinių fotonų srauto tankis (PPFD)(μmol/m²/s), kuri daugiausia taikoma tiriant dirbtinių šviesos šaltinių ir natūralios saulės šviesos poveikį augalų fotosintezei.
PPFD parodo fotonų skaičių (PAR diapazone), gaunamų per sekundę ant konkretaus apšviesto paviršiaus, būtent fotosintetinių fotonų srauto tankį, vienetu μmol/m²/s. Tai yra pagrindinis rodiklis, skirtas įvertinti faktinį augalų apšvietimo sistemų apšvietimo efektyvumą, nes jis tiesiogiai veikia fotosintezę ir augalų augimą. Kaip parodyta paveikslėlyje, per sekundę gaunamų fotonų skaičius ant 1-kvadratinio metro paviršiaus yra 33 μmol/m²/s.
PAR matuoja spinduliavimo energiją, kurią augalai naudoja fotosintezei. PPF kiekybiškai įvertina bendrą šviesos šaltinio per sekundę skleidžiamų fotosintetiškai aktyvių fotonų skaičių, tačiau jis tiesiogiai nenurodo, ar šie fotonai pasiekia augalo paviršių.
PPFD (fotosintetinių fotonų srauto tankis) yra labai svarbus augalų apšvietimui, nes jis ne tik matuoja bendrą apšvietimo sistemos fotonų išeigą, bet ir įvertina skirtingų šviesos šaltinių poveikį augalų augimui. Didesnis PPFD yra susijęs su padidėjusiu fotosintezės greičiu ir padidėjusiu augalų derliumi; PPFD naudojamas įvertinti faktinį augalus pasiekiančios šviesos intensyvumą, o tai yra pagrindinis rodiklis optimizuojant augalų augimo aplinką.
Pridedamame paveikslėlyje parodyta 1000 W sulankstomo LED augalų auginimo šviesos, pagamintos Benwei LED, bandymo ataskaita, kurios fotosintetinis fotonų srautas (PPF) yra 2895,35 μmol/s.
Kokie bangos ilgiai (spektrai) reikalingi augalų apšvietimui?
280–315 nm: Minimalus poveikis morfologiniams ir fiziologiniams procesams.
315–400 nm (UV-A): Maža chlorofilo absorbcija turi įtakos fotoperiodiniam poveikiui ir slopina stiebo pailgėjimą.
400–520 nm (mėlyna šviesa): Didžiausias chlorofilo ir karotinoidų absorbcijos santykis daro didžiausią įtaką fotosintezei PMC.
520–610 nm (žalia šviesa): Mažas pigmento įsisavinimo greitis.
610–720 nm (raudona šviesa): mažas chlorofilo absorbcijos greitis, tačiau turi didelį poveikį fotosintezei ir fotoperiodiniam poveikiui.
720–1000 nm (nuo tolimojo raudono iki artimojo infraraudonųjų spindulių): Didelis absorbcijos greitis, skatina ląstelių pailgėjimą ir daro įtaką žydėjimui bei sėklų daigumui.
>1000 nm (infraraudonųjų spindulių): paverčiama šilumine energija.
Be mėlynos ir raudonos šviesos, kiti spektrai, tokie kaip žalia, violetinė ir ultravioletinė šviesa, taip pat daro tam tikrą poveikį augalų augimui. Žalia šviesa padeda atitolinti ankstyvą lapų senėjimą; violetinė šviesa sustiprina spalvą ir aromatą; ultravioletinė šviesa reguliuoja augalų metabolitų sintezę. Šių spektrų sinerginis poveikis imituoja natūralią šviesos aplinką ir skatina sveiką augalų augimą.
Viso spektro apšvietimo pranašumas slypi tolimoje raudonoje šviesoje, kuri įgalina dvigubą šviesos stiprinimo efektą (Emersono efektas). Viso spektro diapazonas yra 400–800 nm, apimantis ne tik tolimąją raudonąją sritį, viršijančią 660–800 nm, bet ir žalią komponentą ties 500–540 nm. Eksperimentai rodo, kad žalias komponentas pagerina šviesos prasiskverbimą ir pagerina kvantinį efektyvumą, taip užtikrinant efektyvesnę fotosintezę. Remiantis „dvigubos šviesos stiprinimo efektu“, 650 nm raudonos šviesos papildymas, kai bangos ilgis viršija 685 nm, gali žymiai pagerinti kvantinį efektyvumą, netgi viršyti efektų sumą, kai naudojami vien šie du bangos ilgiai. Šis reiškinys, kai du šviesos bangos ilgiai kartu padidina fotosintezės efektyvumą, yra žinomas kaip dvigubos šviesos stiprinimo efektas arba Emersono efektasPMC.
Augalų auginimo žibintai suprojektuoti su pagrįstu spektriniu santykiu, apimančiu 380–800 nm bangos ilgių diapazoną. Jie suteikia augalams idealų spektrinį santykį, reikalingą augimui, kartu papildydami natūralią šviesą. Tai daro augalus sveikesnius ir vešlesnius, tinka bet kokiam augimo etapui ir tinka tiek hidroponiniam, tiek dirvožemio įdirbimui. Jie idealiai tinka kambariniams sodams, vazoniniams augalams, sodinukų auginimui, dauginimui, ūkiams, šiltnamiams ir kt.
Kaip augalų auginimo lempose suprojektuotas raudonos ir mėlynos šviesos derinys?
Raudonos ir mėlynos šviesos derinio svarba augalų auginimo lempose
Maksimalus fotosintezės efektyvumas
Chlorofilo a ir b absorbcijos smailės yra atitinkamai 660 nm (raudona šviesa) ir 450 nm (mėlyna šviesa). Kombinuota raudonai mėlyna šviesa tiksliai apima pagrindinį fotosintezės spektrinį diapazoną, padidindama šviesos energijos konversijos efektyvumą daugiau nei 20%. Raudona šviesa suaktyvina „Photosystem II“, o mėlyna – „Photosystem I“; Jų sinergetinis poveikis pagreitina ATP ir NADPH gamybą vykstant nuo šviesos priklausančioms reakcijoms, suteikdamas pakankamai energijos Kalvino ciklui (nuo šviesos nepriklausomos reakcijos).
Mėlyna šviesa padidina augalų kompaktiškumą, slopindama stiebo ilgėjimą, skatindama lapų storėjimą ir didindama mechaninį stiprumą; raudona šviesa skatina stiebo pailgėjimą ir pagreitina reprodukcinį augimą. Šių dviejų derinys leidžia pasiekti pusiausvyrą tarp augalų struktūros ir derliaus. Mėlyna šviesa skatina antrinių metabolitų, tokių kaip vitaminai ir antocianinai, kaupimąsi, o raudona šviesa padidina tirpaus cukraus kiekį. Kombinuota šviesa optimizuoja maistinių medžiagų ir skonio junginių PMC sintezę.
Kintami šviesos santykiai įvairiems augimo etapams
Lapinėms daržovėms daigų tarpsnyje reikalingas didesnis mėlynos šviesos santykis (4:1–7:1), kad būtų skatinamas stiebo ir lapų augimas. Žydėjimo ir derėjimo tarpsniais perjungus į didesnį raudonos šviesos santykį (9:1), gali padidėti derlius.
Reikšmingas efektyvumo pagerėjimas
Palyginti su viso spektro šviesos šaltiniais, kombinuota raudonai mėlyna šviesa sutelkia dėmesį į efektyvų bangos ilgio diapazoną, sumažindama energijos sąnaudas, atsirandančias dėl neveiksmingų spektrų, taip išgaunant didesnį biomasės išeigą elektros energijos vienetui.
Daugiamačių efektų integravimas
Išmaniosios valdymo sistemos gali integruoti ultravioletinių bangų ilgius, kad būtų pasiektos sudėtinės funkcijos, tokios kaip šaknų vystymasis, sodinukų pailgėjimo slopinimas ir gėlių spalvos pagerinimas. Pavyzdžiui, sukulentai gali pasiekti kompaktišką augalo formą ir ryškias spalvas naudojant dinaminio pritemdymo technologiją.
Toliau pateikiami įprasti raudonos ir mėlynos šviesos koeficientai skirtingiems augalams, kurie gali būti naudojami projektuojant ar perkant:
1. Tinka lapinėms daržovėms arba plačialapiams dekoratyviniams augalams, tokiems kaip salotos, špinatai ir pekino kopūstai.
2. Tinka augalams, kuriems per visą augimo ciklą reikalingas papildomas apšvietimas, pvz., sukulentams.
3. Tinka žydintiems ir vaisiniams augalams, tokiems kaip pomidorai, baklažanai ir agurkai.
Kaip papildyti šviesą augalams
Kaip išsirinkti tinkamus auginimo šviestuvus kambariniams augalams?
Natūrali šviesa paprastai neatitinka sveiko pasėlių augimo reikalavimų. Naudodami LED auginimo lemputes galite efektyviai kontroliuoti pasėlių augimo tendencijas ir padidinti derlių. Nesvarbu, ar auginate daržoves, vaisius ar gėles šiltnamiuose, vertikalios žemdirbystės sistemose ar kitose patalpų patalpose, LED auginimo lemputės gali užtikrinti optimalią priežiūrą, pritaikytą kiekvienos kultūros specifinėms savybėms. Įrodyta, kad „Sena Optoelectronics“ gaminami LED auginimo žibintai skatina vienodą pasėlių augimą ir taip pagerina pasėlių kokybę ir derlių.
Eksperimentiniai tyrimai parodė, kad papildomas apšvietimas pagerina šviesos aplinką, todėl pailgėja augalų stiebo ilgis, stiebo skersmuo ir lapų dydis. Papildžius šviesą, faktinis šviesos intensyvumas gali būti atitinkamai pakoreguotas, kad būtų pagerintas bendras šviesos energijos panaudojimo efektyvumas. Pasėlių derlius gali padidėti maždaug 25 proc., o vandens naudojimo efektyvumas – 3,1 proc.
Be to, žiemą naudojant LED papildomą apšvietimą šiltnamiuose, siekiant maksimaliai padidinti papildomo apšvietimo efektą, reikia tinkamai kontroliuoti šiltnamio temperatūrą, o tai gali padidinti šildymo energijos sąnaudas. Tai padės visapusiškai optimizuoti LED papildomo apšvietimo strategiją ir pagerinti šiltnamių gamybos efektyvumą bei ekonominę naudą. Įprastos papildomo apšvietimo formos yra šios: a) Raudonos{2}}mėlynos šviesos derinys: raudona šviesa (660 nm) skatina chlorofilo sintezę, žydėjimą ir derėjimą, o mėlyna šviesa (450 nm) skatina stiebo ir lapų augimą. Abiejų tipų derinys pagerina fotosintezės efektyvumą.b) Viso-spektro šviesa: imituoja natūralią šviesą, tinka ilgalaikiam-papildomam apšvietimui ir apsaugo nuo per didelio augalų pailgėjimo arba sumažėjusio atsparumo.c) Ksenoninės lempos: šviesos intensyvumas yra artimas natūraliai šviesai, tinka didelės{10}vertybės augalams, tačiau jos gamina daug šilumos, sunaudoja daug energijos ir daug kainuoja.
Debesuotomis ar lietingomis dienomis visą dieną turi būti įrengtas papildomas apšvietimas. Saulėtomis dienomis, kai mažėja natūralios šviesos, apšvietimą galima įjungti po 15–16 val., užtikrinant, kad bendra dienos šviesos trukmė būtų valdoma nuo 10 iki 12 valandų. Nuolatinis papildomas apšvietimas ilgiau nei 16 valandų gali sukelti fotoinhibiciją, kuriai būdingas lapų krašto nudegimas arba pageltimas.
Papildomas apšvietimas turi būti įrengtas, kai aplinkos temperatūra yra didesnė nei 15 laipsnių. Žema temperatūra slopina fotosintezę. Žiemą arba kai nepakanka natūralaus apšvietimo, papildomo apšvietimo trukmę galima pratęsti iki 14 valandų, tačiau reikėtų koreguoti atsižvelgiant į augalų rūšis.
Kai natūralios šviesos intensyvumas nukrenta žemiau 100 μmol/m²·s, reikia įjungti papildomą apšvietimą, kad fotosintetinių fotonų srauto tankis (PPFD) būtų 200–1000 μmol/m²·s. Šviesos jutikliai turėtų būti naudojami norint stebėti vienodą šviesą ant lapų, vengiant vietinio per didelio{4}}švitinimo ar nepakankamo apšvietimo. Didelio-intensyvumo šviesos šaltiniai turėtų būti naudojami kartu su šešėliavimo užuolaidomis arba šviesos reguliatoriais, kad lapai nepažeistų ultravioletinių spindulių.
Balkoniniams arba kambariniams augalams (pvz., voratinkliniams augalams arba chlorophytum comosum) patartina naudoti mažos-galios LED papildomą apšvietimą 8–12 valandų per dieną.
Šiltnamiuose galima integruoti automatines sistemas, kurios dinamiškai reguliuotų papildomo apšvietimo aukštį pagal augalų aukštį ir taip sumažintų energijos sąnaudas. Derindami mokslinį apšvietimo dizainą su tikslia priežiūra, žalieji augalai gali išlaikyti gyvybingą išvaizdą ir pagreitinti augimą. Papildomo apšvietimo efektyvumo pagerinimas turėtų būti optimizuotas kartu su temperatūros ir vandens{2} trąšų valdymu.
Kaip pasirinkti tinkamą auginimo šviesą kambariniams augalams?
Kai auginami keli augalai patalpose, kuriose nepakanka natūralios šviesos, LED auginimo lemputės dažnai naudojamos augalų augimui paspartinti ir sveikam vystymuisi skatinti. Nesvarbu, ar auginate daržoves ar vaisius patalpose, LED auginimo lemputės gali papildyti natūralią šviesą, optimizuoti spektrinę kompoziciją ir padidinti šviesos intensyvumą nesukuriant perteklinės šilumos.
Be to, LED apšvietimas efektyviai padidina ryškumą ir sumažina energijos sąnaudas. Pasirinkę lapinių daržovių auginimui pritaikytas lemputes, augintojai gali padidinti derlių iš ploto vieneto ir atsižvelgti į unikalias pasėlių savybes-, pvz., pagerinti skonį, pagerinti maistinę vertę ir pailginti galiojimo laiką. Skirtingi apšvietimo prietaisai skiriasi spektriniu diapazonu ir šviesos intensyvumu, o tai tiesiogiai veikia lapinių daržovių augimą ir vystymąsi. Apskritai tinkamiausi yra mėlynos ir raudonos spalvos lemputės.
Daugumos lapinių daržovių vegetatyvinio augimo fazėje (stiebo ir lapų vystymosi fazėje) rekomenduojamas raudonos -ir-mėlynos šviesos santykis 4:1. Šis santykis subalansuoja raudonos šviesos vaidmenį skatinant fotosintezę ir mėlynos šviesos pranašumą reguliuojant lapų morfologiją. Pavyzdžiui, įprastos žalumynai, tokie kaip salotos ir špinatai, efektyviai kaupia angliavandenius ir suderina stiebo{6}}lapų augimą esant tokiam šviesos santykiui.
Raudonos-mėlynos šviesos santykis, auginant lapines daržoves patalpose, turėtų būti dinamiškai koreguojamas atsižvelgiant į augimo etapą:
Etapo{0}}pagrįsta valdymo strategija
Sėjinukų etapas
Mėlyna-Šviesos dominuojanti fazė: raudonos-ir-mėlynos šviesos santykisNuo 3:1 iki 5:1yra optimalus. Mėlynos šviesos proporcijos padidinimas iki 30–50 % skatina šaknų vystymąsi ir lapų diferenciaciją, apsaugo nuo pernelyg didelio stiebo pailgėjimo ir žymiai padidina sodinukų gyvybingumą.
Greito augimo etapas
Raudona{0}}Šviesos pagerinimo fazė: Palaipsniui reguliuokite raudonos- ir-mėlynos šviesos santykį įNuo 4:1 iki 5:1. Padidinus raudonos šviesos dalį (630–660 nm), padidėja fotosintezės greitis. Kartu su 200–300 μmol/m²/s šviesos intensyvumu tai gali padidinti paros augimo greitį daugiau nei 30%.
Prieš-derliaus nuėmimo etapas
Toli{0}}raudonos šviesos priedas: išlaikant 4:1 branduolio spektrinį santykį, galima pridėti nedidelį kiekį tolimosios-raudonos šviesos (720–740 nm). Tai skatina lapų išsiplėtimą ir ląstelių pailgėjimą, padidina lapinių daržovių šviežią svorį ir tinkamumą parduoti.
Specialūs reikalavimai
Kelių{0}}derliaus veislių(pvz., kiniški česnakai, vandens špinatai): išlaikykite stabilų 4:1 santykį, kad išvengtumėte maistinių medžiagų išeikvojimo.
Didelės{0}}chlorofilo veislės(pvz., lapiniai kopūstai): padidinkite mėlynos šviesos proporciją iki 25–30%, kad pagerintumėte pigmento sintezę.
Pastaba: Praktikoje patartina rinktis spektriniu būdu derinamus LED auginimo žibintus. Tiksliai-sureguliuokite apšvietimo nustatymus pagal konkrečias pasėlių veisles ir auginimo aplinką, kaip atskaitos kriterijus naudodami morfologinius rodiklius, pvz., lapų storį ir stiebo standumą.
Įvairios daržovės turi skirtingus spektrinius poreikius per jų augimo ciklus, panašiai kaip žmonės renkasi maistą. Pavyzdžiui, lapinėms daržovėms per visą jų augimo ciklą reikia palyginti didelės mėlynos šviesos dalies. Mėlyna šviesa skatina lapų augimą, todėl žalumynai tampa vešlesni,{2}}pavyzdžiui, pakankamai mėlynos šviesos padeda salotoms ir špinatams išauginti platesnius, švelnesnius lapus. Vaisinėms daržovėms, tokioms kaip paprikos ir pomidorai, raudona šviesa vaidina lemiamą vaidmenį žydėjimo ir derėjimo tarpsniuose: ji skatina žiedpumpurių diferenciaciją, skatina vaisių sėkmę ir užaugina didesnius, putlesnius vaisius. Įsigydami auginimo lemputes visada patikrinkite gaminio spektrinius parametrus ir rinkitės modelius, kurie leidžia lanksčiai reguliuoti spektrinius santykius, kad atitiktų specifinius jūsų daržovių augimo poreikius.
Į kokius veiksnius reikia atsižvelgti naudojant patalpų auginimo šviestuvus?
1. Šviesos trukmės ir intensyvumo valdymas
Šviesos intensyvumas, matuojamasPPFD (fotosintetinių fotonų srauto tankis)su vienetu μmol/m²・s, yra pagrindinis augimo šviesos efektyvumo rodiklis. Lapinėms daržovėms reikia daug šviesos, tačiau per didelis šviesos intensyvumas arba ilgalaikis poveikis gali neigiamai paveikti jų augimą.
Paprastai dienos šviesos trukmė turėtų būti kontroliuojama maždaug10-12 valandų. Daigai yra subtilūs ir jiems reikia tik šviesos intensyvumo80–150 μmol/m²・sužtikrinti švelnią priežiūrą ir tvirtą augimą. Daržovėms sparčiai augant, jų šviesos intensyvumo poreikis-apytiksliai didėja200–400 μmol/m²・sreikalingas norint patenkinti fotosintezės reikalavimus ir suteikti pakankamai energijos energingam augimui. Žydėjimo ir derėjimo laikotarpiu kai kurioms daržovėms gali prireikti net didesnio šviesos intensyvumo500 μmol/m²・sskatinti vaisių vystymąsi.
Todėl labai svarbu pasirinkti LED auginimo lemputesreguliuojami šviesos intensyvumo diapazonaikurios atitinka skirtingų daržovių augimo tarpsnių reikalavimus.
2. Maistinių medžiagų ir vandens tiekimo kontrolė
Nors auginimo lemputės augalus apšviečia, maistinių medžiagų ir vandens tiekimas yra vienodai svarbus. Auginant salotas būtina aprūpinti atitinkamu kiekiu maistinių medžiagų tirpalo ir vandens, kad būtų užtikrintas jų augimas ir vystymasis. Saikingas azoto trąšų (pvz., sojų trąšų) papildymas gali paskatinti chlorofilo sintezę, o magnio-kaip pagrindinio chlorofilo-komponento taip pat reikėtų reguliariai papildyti.
Be to, į dirvą įdėjus suirusių riešutų kevalų (pavyzdžiui, saulėgrąžų sėklų kevalų), gali pagerėti oro pralaidumas ir padidėti šaknų sugeriamumas. Be to, reikia vėdinti ir reguliuoti dujas (didinti anglies dioksido koncentraciją), taip pat kontroliuoti temperatūrą ir drėgmę (išlaikyti 50–70 % santykinį drėgnumą), kad būtų išvengta ligų, kurias sukelia aukšta temperatūra ir drėgmė.
3. Montavimo aukštis ir šviesos vienodumas
Grow žibintai skiriasi galia ir atitinkamu šviesos intensyvumu. Renkantis auginimo lemputę, atsižvelkite į jos montavimo aukštį, -didelės-galios papildomos lemputės paprastai skleidžia santykinai didesnį šviesos intensyvumą.
Paprastai tariant, kuo arčiau augalų yra šviesos šaltinis, tuo didesnis bus PPFD (fotosintetinių fotonų srauto tankis), o tai reiškia, kad augalai gali gauti efektyvesnį apšvietimą. Tačiau didėjant atstumui nuo augančios šviesos, šviesos aprėpties plotas plečiasi, o šviesos intensyvumas atitinkamai mažėja. „Grow“ lemputės be profesionalaus optinio dizaino turi didelį centrinio ir periferinio apšvietimo skirtumą, dėl kurio atsiranda netolygus papildomas apšvietimas ir šviesos energijos švaistymas.
