Внедрение светодиодного досвечивания в защищённом грунте традиционно опирается на спектры с преобладанием красного диапазона (600–700 нм) и минимальным присутствием дальнего красного излучения (700–800 нм). В типовых тепличных светильниках доля дальнего красного спектра в соотношении FR/(R + FR) часто не превышает 0,10, что заметно ниже естественного солнечного спектра. Исследователи Wageningen University and Research в публикации научного журнала Frontiers in Plant Science оценили дозовую зависимость продуктивности культуры от доли дальнего красного излучения в световом потоке.
Параметры эксперимента и методика оценки
Исследование проводили в двух тепличных отделениях на протяжении 20 недель в зимний период (с сентября по февраль). В опыте оценивали два коммерческих гибрида кистевого томата: Foundation и Trevine. Растения выращивали на минераловатных матах при плотности посадки 2,7 растения на квадратный метр по технологии высокой шпалеры с еженедельным приспусканием стеблей.
Эксперимент проводился при варьировании доли дополнительного дальнего красного излучения от 0,22 до 0,49 при постоянной плотности потока фотосинтетических фотонов 250 мкмоль/(м²·с) и 16-часовом фотопериоде. Базовый спектр белых светодиодных модулей имел соотношение красного, зелёного и синего 45:35:20, а градиент дальнего красного формировали отдельные модули с пиком излучения на длине волны 738 нм. Естественная инсоляция обеспечивала в среднем 15% суточного интеграла освещённости (DLI).
Отклик урожайности и порог насыщения
Анализ продуктивности показал, что реакция культуры на увеличение доли дальнего красного спектра носит нелинейный характер. Дополнительное дальнее красное излучение увеличивает урожайность плодов томата вплоть до доли дальнего красного FR/(R + FR) = 0,40, обеспечивая максимальную прибавку урожая на уровне +16% для обоих исследованных сортов. Прирост сбора плодов происходил преимущественно за счёт увеличения общей сухой массы растений и перераспределения ассимилятов в плоды.
При дальнейшем наращивании потока физиологический эффект насыщается. Добавление дальнего красного излучения к досветке линейно увеличивает урожайность томата только до доли 0,40, тогда как дальнейшее повышение доли FR оказывает ограниченный или отрицательный эффект на урожайность и снижает энергоэффективность. Качественные показатели плодов (содержание растворимых сахаров, показатель Брикс, титруемая кислотность) и сроки хранения собранной продукции практически не изменялись при всех уровнях спектрального градиента.
Энергетический баланс и отдача на киловатт-час
Для инженерных служб критическим фактором остаётся эксплуатационная стоимость фотонного потока. При расчёте энергопотребления светодиодной досветки фотонная энергоэффективность принята равной 2,5 мкмоль/Дж для белых светодиодов и 3,6 мкмоль/Дж для светодиодов дальнего красного спектра.
Несмотря на высокую физическую отдачу полупроводников диапазона 730–740 нм, эффективность использования радиации и эффективность использования электроэнергии дополнительного освещения снижаются при более высоких долях дальнего красного спектра (0,44 и 0,49). Избыток дальнего красного фотонного потока перестаёт конвертироваться в товарную биомассу, что приводит к перерасходу электроэнергии на килограмм готовой продукции.
Значение для проектирования российских тепличных комплексов
При расчёте систем освещения для круглогодичной светокультуры томата выбор спектрального состава определяет не только агрономический результат, но и суммарную установленную электрическую мощность комбината. В отечественных проектах светодиодной досветки часто возникает вопрос, насколько глубоко следует насыщать спектр дальним красным излучением при модернизации или новом строительстве.
Результаты опыта показывают, что механическое увеличение доли дальнего красного выше соотношения 0,40 экономически нецелесообразно. Если комбинат планирует проекты досветки томата, спектральное соотношение в зоне 0,30–0,40 обеспечивает баланс между стимуляцией морфогенеза и выходом продукции на затраченный киловатт-час. Дополнительно влияние спектральных параметров и подвоев на общую продуктивность рассматривалось в материале светокультура и продуктивность томата: влияние режимов досветки и подвоев.
Ограничения переноса результатов
Практический перенос полученных данных в производственные условия отечественных комбинатов требует учёта ряда ограничений:
- Опыт проводился на конкретных гибридах европейской селекции (Foundation и Trevine); реакция других сортов и отечественных гибридов на дальний красный спектр может иметь иной порог насыщения.
- Эксперимент моделировал условия зимнего периода при постоянном уровне ФАР 250 мкмоль/(м²·с). В хозяйствах с иными уровнями базовой освещённости или в комбинированных схемах с натриевыми лампами ДНаТ соотношение естественного и искусственного спектров будет отличаться.
- В исследовании поддерживалась концентрация углекислого газа на уровне 530 мкмоль/моль; при иных параметрах микроклимата и минерального питания перераспределение ассимилятов может протекать иначе.
Рекомендации для специалистов
Главным агрономам, проектировщикам и главным инженерам при согласовании технических заданий на фитосветильники рекомендуется:
- Оценивать спектральный состав не изолированно по паспорту светильника, а по суммарной доле FR/(R + FR) в составе рабочего фотонного потока на уровне верхушек растений.
- Не закладывать в проект долю дальнего красного излучения выше 0,40, поскольку дальнейший рост не даёт коммерческой прибавки и ухудшает энергетическую отдачу установки.
- При технико-экономическом сравнении вариантов спектра рассчитывать выход продукции на киловатт-час суммарной потребляемой мощности, сопоставляя капитальные затраты на дополнительные модули с ожидаемым выходом плодов.
Читайте также
Все материалы рубрики
