Исследователи из Болонского университета совместно со Шведским институтом экологических исследований оценили, как увеличение длительности фотопериода при пропорциональном снижении плотности потока фотонов влияет на энергоэффективность и урожайность зеленных культур. Опыт провели на коммерческой вертикальной ферме с фитосветильниками полного белого спектра.
Параметры эксперимента и исследуемые режимы
Главным условием испытаний было сохранение фиксированной суточной интегральной дозы облучения (DLI) на уровне 9,75 ± 0,15 моль/(м²·сут). В опыте сравнивали три сочетания фотопериода и интенсивности ФАР (PPFD):
- 14 часов освещения в сутки при PPFD 190 мкмоль/(с·м²);
- 18 часов освещения в сутки при PPFD 150 мкмоль/(с·м²);
- 24 часа непрерывного освещения при PPFD 115 мкмоль/(с·м²).
Эксперимент охватывал четыре культуры: хрустящий салат (Lactuca sativa L.), салат сорта канаста (L. sativa L.), листовую капусту кале (Brassica oleracea L.) и капусту пак-чой (Brassica rapa L.). Все растения выращивали в закрытом многоярусном модуле при контролируемой температуре, относительной влажности воздуха и постоянном минеральном питании на гидропонике.
Энергоэффективность и морфология растений
Снижение интенсивности освещения с одновременным увеличением светового дня повысило эффективность использования энергии на освещение (L-EUE) примерно в два раза для салата канаста, капусты кале и пак-чой без снижения массы урожая. Для хрустящего салата показатели L-EUE между тремя режимами существенно не различались, но наименьшую энергоэффективность для остальных культур зафиксировали при коротком фотопериоде (14 часов) и максимальном PPFD (190 мкмоль/(с·м²)).
Причиной роста эффективности стало то, что при умеренном уровне PPFD фотосинтетический аппарат растений не перегружается избыточным потоком квантов и работает в линейной области световой кривой фотосинтеза. В результате практически каждый поглощённый фотон расходуется на накопление биомассы, тогда как при 190 мкмоль/(с·м²) часть энергии рассеивается в виде тепла.
Реакция морфологии растений оказалась видоспецифичной:
- Оба сорта салата показали максимальную высоту растений при круглосуточном освещении (24 часа, 115 мкмоль/(с·м²));
- Капуста пак-чой сформировала более широкую листовую пластину и показала более высокую эффективность использования света (LUE) в режиме 14 часов при 190 мкмоль/(с·м²).
Увеличение высоты салата при непрерывном освещении не привело к ухудшению товарного вида или рыхлости кочана, а для капусты кале удлинение светового дня сопровождалось равномерным развитием листовой розетки без признаков хлороза или краевого ожога.
Значение для проектирования закрытых светокультурных комплексов
Для вертикальных ферм и помещений без естественного света баланс между установленной мощностью светодиодного оборудования и временем его работы определяет капитальные и эксплуатационные затраты. Переход на более длинный фотопериод при сниженном PPFD уменьшает пиковую электрическую нагрузку на распределительную сеть и снижает пиковое тепловыделение от фитосветильников, что важно для расчёта систем кондиционирования и вентиляции (HVAC).
Когда светотехническая установка выдаёт 115 мкмоль/(с·м²) вместо 190 мкмоль/(с·м²), требуется меньшее количество диодов или работа светильников на более щадящих токах питания. Это снижает рабочую температуру p-n переходов светодиодов, повышает их световую отдачу (мкмоль/Дж) и продлевает срок службы оборудования без деградации спектра.
На предприятиях, где реализовано управление независимыми сценариями освещения, расширение фотопериода позволяет распределять потребление электроэнергии в течение суток, снижая требования к сечению кабельных трасс, номиналу защитной автоматики и мощности источников питания. Кроме того, равномерное круглосуточное потребление энергии даёт возможность использовать ночные и полупиковые тарифы на электроэнергию без резких скачков нагрузки на систему охлаждения.
Ограничения исследования
Опыт проводили на одном коммерческом комплексе с полноспектральными белыми светодиодами при DLI 9,75 моль/(м²·сут). В исследовании оценивали поведение четырёх видов зелени только на стадии вегетативного роста. Для переноса результатов на промышленные тепличные комбинаты с естественным светом или системы с более высоким уровнем освещённости требуются дополнительные тесты при повышенных значениях DLI и других спектральных составах.
Практические выводы
При расчёте светотехнических схем вертикальных ферм для салатных линий целесообразно рассматривать варианты с непрерывным или продлённым фотопериодом (18–24 часа) и умеренным PPFD (115–150 мкмоль/(с·м²)). Это позволяет снизить номинальную установленную мощность светодиодного оборудования без потерь биомассы и существенно уменьшить единовременные капзатраты на климатическое оборудование.
Для культур типа пак-чой, где форма листа и компактность розетки критичны для товарного вида, предпочтительнее сохранять умеренно короткий день с повышенной интенсивностью излучения. Оптимальную схему освещения следует подбирать индивидуально под сортовую специфику и технологическую карту каждой культуры.
Источники
Читайте также
Все материалы рубрики
