Оптимизация спектрального состава излучения на разных этапах онтогенеза растений остаётся перспективным направлением повышения продуктивности светокультуры. В журнале Light & Engineering опубликованы результаты исследования группы авторов (Artem O. Lyulyov, Sergey D. Bogatyryov, Olga E. Zheleznikova, Dmitry I. Ivanov), представляющих Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева и АО «Ардатовский светотехнический завод». Работа выполнена при участии специалистов АО «Тепличное» и посвящена оценке регулируемых спектральных режимов при выращивании огурца «Святогор F1».
Параметры экспериментальной установки и опытных светильников
Фотобиологические исследования проводились в условиях экспериментальной гидропонной установки. Плотность фотонного потока поддерживалась на стабильном уровне: фотобиологические исследования огурца сорта Святогор F1 проводились при плотности фотосинтетического фотонного потока (200 ± 10) мкмоль/(с·м²). Это позволило изолировать спектральный фактор от суммарной интенсивности облучения.
Для экспериментов на АО «Ардатовский светотехнический завод» изготовили опытные образцы фитосветильников. В конструкции применили четыре независимых типа излучателей: для экспериментов использовались опытные 150-ваттные LED-светильники со светодиодами с длинами волн 450 нм (синий), 660 нм (красный), 730 нм (дальний красный) и белыми со цветовой температурой 5000 K и Ra = 70. Белые диоды обеспечили широкий спектр, включая зелёную составляющую, а монохроматические каналы позволили дозировать целевые диапазоны.
Управление оптическим излучением выполнялось по цифровой шине: двунаправленный цифровой протокол DALI обеспечивал плавное регулирование выхода излучения каждого из четырех светодиодных модулей в диапазоне от 0 % до 100 % и давал обратную связь от источников питания. Такая архитектура позволила менять спектральные формулы без изменения суммарного уровня PPFD над ценозом.
Влияние динамического спектра на вегетативный рост и продуктивность
Авторы сопоставляли варианты распределения мощности по спектральным диапазонам на разных фазах развития культуры. Экспериментальные данные показали выраженную реакцию растений на изменение соотношения синей, красной и зелёной составляющих на начальном этапе выращивания.
Согласно выводам авторов, увеличение доли синего излучения до (50–55) % со снижением доли красного на (20–25) % и зеленого на (5–10) % на стадии вегетативного роста улучшило биометрические параметры рассады и привело к росту урожайности огурца «Святогор F1». Преобладание синего излучения в рассадный период сформировало компактный габитус, предотвратило вытягивание междоузлий и стимулировало развитие листового аппарата с высокой плотностью тканей, что создало базис для плодоношения на генеративной стадии.
Что это означает для промышленного тепличного комбината
Результаты подтверждают биологическую пользу изменения спектра по фазам вегетации, однако внедрение динамической светокультуры в масштабах комбината требует инженерно-экономического расчёта. Принципы расчёта параметров облучения приведены в материале Справочник по светокультуре.
В типовых проектах досветки огурца используют фитосветильники с фиксированным спектром под плодоношение с доминированием красного диапазона. Внедрение регулируемого спектра усложняет инфраструктуру:
- Капитальные затраты на светильники. Многоканальный прибор требует раздельных линеек и драйверов с независимым диммированием (DALI, 0–10 В), что повышает его стоимость по сравнению с одноканальными аналогами.
- Кабельная сеть и автоматика. Требуется прокладка линий управления к каждому облучателю и интеграция контроллеров с климатическим компьютером комбината.
- Энергетическая эффективность. Синие диоды (450 нм) и белые люминофорные светодиоды (5000 K, Ra = 70) уступают по фотонной отдаче (мкмоль/Дж) красным диодам (660 нм). Работа на спектре с долей синего (50–55) % снижает общую фотонную эффективность установки на период рассадной фазы.
Практика показывает, что прибавку урожайности нужно сопоставлять с затратами на кВт·ч установленной мощности, как отмечено в статье Агрохолдинг «Добрянский» подвёл итоги опыта на огурце: больше урожая при меньшем потреблении.
Ограничения переноса результатов исследования
При оценке применимости данных к промышленному производству важно учитывать ограничения:
- Масштаб установки. Опыт проведён на экспериментальной гидропонной установке, где микроклимат и светораспределение отличаются от высоких теплиц площадью в несколько гектаров.
- Сортовая специфика. Исследование выполнено на гибриде «Святогор F1». Реакция других тепличных гибридов огурца на долю синего (50–55) % требует отдельной проверки.
- Уровень облучённости. Опыт проведён при PPFD (200 ± 10) мкмоль/(с·м²), что характерно для рассадных отделений, но ниже уровней суммарной радиации при массовом плодоношении.
Практические выводы для специалистов
Главному агроному: повышение доли синего спектра до 50–55 % при снижении красного на 20–25 % и зелёного на 5–10 % на стадии вегетации улучшает качество рассады. В проектах с отдельным рассадным отделением рационально установить светильники со специализированным вегетативным спектром без усложнения приборов в основных блоках.
Главному инженеру: при выборе систем с регулируемым спектром следует сопоставить стоимость DALI-драйверов и управляющей сети с расчётной прибавкой урожая. Зонирование (отдельный вегетативный спектр в рассадном блоке и фиксированный в производственном) надёжнее и доступнее сплошной установки динамических светильников.
Проектировщику: при закладке регулирования спектра по DALI от 0 % до 100 % необходимо учитывать ограничения длины шины, адресную ёмкость линий и экранирование сигнальных цепей вблизи мощного силового оборудования.
Читайте также
Все материалы рубрики
