Салат на Севере: почему светодиоды дали урожай ниже натриевых ламп

Где и кем выполнена эта работа

Статья «Урожайность салатной линии при использовании светодиодных светильников в зимних теплицах на Севере» опубликована в журнале Овощи России (2017, № 3 (36), с. 38–41), УДК 635.5:631.559:631.234. Основной коллектив авторов — лаборатория экологической физиологии растений Института биологии Коми научного центра УрО РАН: И. В. Далькэ, И. Г. Захожий, Р. В. Малышев, Г. Н. Табаленкова, О. В. Дымова, Т. К. Головко. Соавторы — от тепличного хозяйства и от производителя светильников.

Опыт проходил в производственной теплице ООО «Пригородный» в Сыктывкаре (61°40′ с. ш.) с ноября 2016 по январь 2017 года. Регион относится к первой световой зоне: приход ФАР в декабре составляет в среднем 110 кал/см², а световой день не превышает шести часов. Это условия, в которых досветка определяет не прибавку, а саму возможность вести культуру зимой.

Главный вывод работы — не в пользу светодиодной досветки, и мы приводим его так, как он сформулирован в статье. Разобраться в причине здесь важнее, чем в самой цифре: она объясняет типичную ошибку проектирования, а не свойства оборудования.

Результат: урожай в полтора-два раза ниже, чем под ДНаЗ

Салат сорта Афицион выращивали конвейерным способом на проточной линии, в горшочках с известкованным торфом, при 18–22 °C, влажности 55–60 % и содержании CO₂ около 550 ppm. Досветку обеспечивали 20 светильников ECOLED-BIO-112-185W-D120 UniversaLED, установленных на высоте 1,5 м над столами на площади 64 м². Включение автоматическое в 5 часов утра, длительность досвечивания — 16 часов.

Получены два оборота товарной продукции: 2,3 кг/м² в ноябре — декабре и 2,4 кг/м² в декабре — январе. Растения сформировали нормальный ценоз с листовым индексом около 6, перехватывающий 90–95 % падающего света; листовые пластинки имели правильную форму, плотность и размеры; надземная масса в каждой поступающей в продажу упаковке — горшочек с тремя растениями — составила около 70 г.

И следом авторы пишут то, ради чего эту статью стоит читать целиком: урожайность салатной линии в обоих оборотах была в 1,5–2 раза ниже той, что хозяйство получает по стандартной технологии под натриевыми лампами высокого давления.

Причина: дефицит света, а не свойства светодиодов

Объяснение в статье дано без обиняков, и оно арифметическое.

Для зеленных культур на практике держат уровень падающей ФАР не менее 200–300 мкмоль/(м²·с), а величины около 70 мкмоль/(м²·с) считаются низкоинтенсивным режимом. В этом опыте интенсивность на уровне растений в декабре составляла 80–90 мкмоль/(м²·с) — то есть в два с половиной — три раза ниже практической нормы.

За декабрьский оборот растения под светодиодами получили 240 моль квантов/м², то есть 54 МДж/м² световой энергии. Под лампами ДНаЗ-600 «Reflux», работающими в хозяйстве, растения получали за тот же оборот около 80 МДж/м² — на 40 % больше. Разрыв в приходе света и дал разрыв в урожае.

Прямое физиологическое подтверждение дефицита — состав листа. Содержание растворимых углеводов в биомассе под ДНаЗ доходило до 750 мг/100 г, а под светодиодной системой с низкоинтенсивным режимом оказалось почти втрое меньше — 275 мг/100 г. Растение не запасало сахара, потому что ему нечего было запасать. Ещё один симптом того же порядка: в декабре, когда энергии хватало только на первую половину цикла, черешки листьев были сильно вытянуты, а во второй половине оборота темпы роста снизились.

В январе, когда добавилась естественная инсоляция и освещённость в полуденные часы доходила до 120–130 мкмоль/(м²·с), скорость роста нормализовалась, а качество урожая улучшилось. Тот же вывод другими словами: не хватало именно света.

Что авторы предложили исправить

Рекомендации в статье конкретны, и обе не требуют менять оборудование.

1. Удлинить фотопериод. Довести продолжительность досвечивания в декабре до 22–24 часов, в январе до 20–22 часов. Это подняло бы приход ФАР к растениям за цикл в среднем на 35 %.
2. Опустить светильники. Снизить высоту подвеса с 1,5 м примерно до 1 м над ценозом. Облучённость на рабочей плоскости растёт при уменьшении расстояния, и это самый дешёвый способ добавить света — тросовый подвес позволяет сделать это за смену.

Отдельно авторы отмечают экономическую сторону: при дифференцированном учёте электроэнергии с более низким тарифом в ночные часы удлинение досвечивания оказывается наиболее рентабельным. Салат — культура длинного дня, ей продление фотопериода не вредит, а ночной тариф делает добавленные часы дешёвыми.

Отсюда практическое правило, которое переносится на любой объект: DLI, суточная доза света, набирается двумя множителями — облучённостью и числом часов. Если мощности не хватает, часть дефицита закрывается временем. Как это считается, разобрано в статье PPFD, DLI и фотопериод.

Качество продукции: здесь разницы почти не было

По биохимии урожая картина ровная, и это отдельный полезный результат.

• Нитраты. Норматив для свежего салата латука в защищённом грунте с 1 октября по 31 марта — 4500 мг/кг. В декабре содержание практически не превышало ПДК, в январе составило 3600 мг/кг — на 20 % ниже норматива.
• Антиоксиданты и минералы. В листе: растворимые сахара 275 мг/100 г, полифенолы 24 мг/100 г, β-каротин с лютеином и зеаксантином 3 мг/100 г, калий 344, кальций 47, фосфор 34, магний 14, марганец 0,7 мг/100 г. Порция салата 100 г покрывает до 30 % суточной потребности человека в каротиноидах и 5–10 % в минеральных элементах и фенольных соединениях.
• Что не изменилось от типа источника. Накопление β-каротина, лютеина и зеаксантина, а также минеральных элементов значимо не зависело от того, светодиоды это или натриевые лампы.
• Что изменилось. Количество фенольных соединений под светодиодами росло — а растворимых углеводов, как сказано выше, было втрое меньше из-за дефицита энергии.

Отдельная техническая деталь про спектр: у испытанных приборов узкополосный спектр с выделенными пиками 445, 633, 668 и 739 нм, а соотношение интенсивности излучения в красной и синей областях составило 3,4 — примерно вдвое больше, чем у натриевых ДНаЗ-600 «Reflux», работавших в хозяйстве. Расположение приборов обеспечило равномерное распределение: коэффициент вариации не превысил 20 %. То есть претензий к свету по качеству и равномерности в работе нет — только по количеству.

Какой вывод переносится на вашу теплицу

Эта работа — лучший из известных нам аргументов против замены светильников «прибор на прибор» без расчёта.

Светодиодный светильник не создаёт свет из ничего. Он эффективнее переводит киловатт-часы в фотоны, но если приборов поставлено на 40 % меньше ФАР, чем требует культура, растение получит на 40 % меньше света — независимо от того, какая технология внутри корпуса. Экономия электроэнергии в такой схеме будет честной, а урожай упадёт, и в итоговой экономике это перевесит.

Отсюда порядок действий, который мы и предлагаем всем объектам:

1. Сначала целевая облучённость — сколько мкмоль/(м²·с) требует культура на рабочей плоскости, и какой DLI нужен за сутки.
2. Потом светотехнический расчёт — сколько приборов и какой мощности дадут этот уровень при вашей высоте подвеса и шаге конструкций. Как читать такой расчёт, разобрано здесь.
3. И только потом — сравнение потребления с тем, что стоит сейчас.

Идти в обратном порядке — от числа существующих ламп — значит воспроизвести именно эту ситуацию: формально светодиоды, фактически недосвет. Мы делаем светотехнический расчёт до поставки и бесплатно ровно поэтому.

И вторая мысль, которая следует из сравнения этой работы с опытом в Пермском крае, где та же серия светильников дала экономию 60,3 % при прибавке массы листа 8,4 %: результат определяет проект, а не марка прибора. Один и тот же светильник в одном опыте выигрывает, в другом проигрывает — разница в том, сколько его поставили и на какой высоте.