Изкуственото осветление и растенията

[Longanlon]

Искам да споделя някои впечатления за статията и по-точно за частта след ,,Светлина и нейното измерване", тъй като дотам беше редактирана, преработена и оформена от човек, много добре запознат с биологията и процеса на фотосинтеза.

Като цяло статията е доста повърхностна, а на места дори неточна или недостатъчно научно аргументирана. Все пак някой си беше направил труда да я преведе и от уважение към този някой и хвърления от него труд аз се опитах да я поизгладя и направя що-годе четима. За съжаление поне на места преводът очевидно е бил правен дума по дума, а не смислово. В резултат някои места звучат тромаво или са недостатъчно точни, но по-нататъшното им изглаждане би означавало да бъдат пренаписани отново. Устоях на изкушението да го направя, тъй като в такъв случай от оригиналната статия нямаше да остане нищо.

Е, всичко това вече е минало и няма значение. Надявам се статията да е полезна поне като първоначално и най-общо запознаване с проблемите, които третира. А това, което не е осветлено достатъчно добре, може да бъде предмет на бъдещи статии – преводни или авторски – стига да има желаещи да ги преведат или напишат.

Виолета, модератор в раздел "Осветление"


Изкуственото осветление и неговото приложение в отглеждането на растения

Превод: Dyzyz
Редакция: Виолета


Растежът, плодовете, издръжливостта и дори времето за цъфтене на растенията са напълно зависими от светлината, която те получават. Kачеството и интензивността на светлината, както и продължителността на осветяване са изключително важни. Този текст ще ви изясни накратко връзката между растения, светлина, лумени и фотосинтетично активно излъчване (ФАИ).

Светлината е храна за растенията, но как те я възприемат?

Когато светлината попада върху зелените части на растенията, тя активира процеса фотосинтеза, чрез който растенията се хранят. По своята същност фотосинтезата представлява едновременно: първо, превръщане на светлинната енергия в химична (използваема за растението); второ, изграждане на органични хранителни вещества от неорганични съставки. Вторият от тези два процеса би бил невъзможен без първия, тъй като синтезът (изграждането) на органични вещества изисква големи количества енергия. Тази енергия се получава именно от светлината. Оттам и името на процеса фотосинтеза: синтез на вещества с участието на светлината.
Енергийното преобразуване на светлината е основен етап от фотосинтезата, но и един изключително сложен процес. Той протича във високо специализирани структури, наречени хлоропласти, които се намират в някои от клетките на растенята. Основните компоненти на хлоропласта представляват ципести мехурчета, които съдържат липиди, протеини и пигменти (също вещества с липидна природа).

Пигменти и химична енергия

Пигментите играят важна роля. Те са именно веществата, чиито молекули най-пряко участват в преобразуването на светлинната енергия в химична. Те са няколко вида: зелени, червени и жълти. Основен пигмент е хлорофилът, който има зелен цвят и поглъща светлината от червената и синята част на спектъра. При поглъщането (абсорбирането) на светлина от хлорофила светлинните вълни избиват електрони от молекулата му, а тези електрони практически носят енергията на светлината чрез заряда си (някои други пигменти в хлоропластите действат подобно на филтър, като не позволяват твърде интензивна светлина да попадне върху хлорофилните молекули, тъй като светлинният поток тогава би могъл да ги разруши).

За онези, които са заинтересувани от теорията на фотосинтезата, тя обяснява механизма на този процес по следния начин:

Светлинната енергия, която попада върху молекулата хлорофил избива електрони от нея, но едновременно с това част от погълнатата от хлорофила енергия се използва за химично разлагане на водата. Водните молекули (H2O) се разлагат на водородни йони (H+) и атомарен кислород, който се свързва в кислородни молекули (O2) и се отделя свободно като отпаден продукт. Водородните йони заедно с избитите по-рано електрони се използват като носители на енергия за синтезата на органични вещества. При самия процес от водородните йони, електроните и въглеродния двуокис (CO2) от въздуха или водата се изграждат прости захари (въглехидрати, чиято обща формула е Cn(H2O)n). От тези захари по-късно се синтезират и други вещества. Част от тях се използват като градивни елементи за растежа на растението, а други се разграждат с цел енергийно обезпечаване на растежа, или пък се натрупват като резервни вещества.
Целият този процес е един от най-сложните механизми в природата. В него участват още десетки междинни вещества, ензими и допълнителни структури.
Като обобщение: светлината се улавя от листата и се преобразува от тях в химична енергия, която растението използва за да обезпечи всички свои жизнени процеси.
Светлина и нейното измерване

Светлината се оценява въз основа на различни нейни характеристики като интензивност, цвят, спектър, дължини на вълните и други, но как ние измерваме светлината и какво представляват тези най-важни компоненти?

Светлината представлява поток от фотони. Тя бомбардира обектите също като спрей и Слънцето излъчва много светлинни фотони –  за да ви дам идея за това колко много, Слънцето удря нашето тяло с над 12.1024 фотона всяка секунда. Растенията се нуждаят от около 20 фотона, за да направят завършена молекула захар.

Така учените могат да получат числото на фотоните удрящи растенията и да предскажат дори колко от тази енергия ще се преобразува в цветята или плодовете. Всяка промишленост има собствен начин за измерване на светлината.

Фотографите използват светломер, светлинната индустрия използва лумен и лукс, а в аграрния сектор се използва ФАИ. Всичко това са само мерки – истинската светлина, идваща от лампа или от Слънцето, не се променя - само методите, които ние използваме, за да я измерим, са различни.

Спектри и цветове

Светлината на Слънцето е идеална, но изкуствената светлина не е идеална като нея, при нея изходното качество, спектърът, варира според вида на лампата и за какво е използвана. Много култиватори смятат така: повече лумени – по-добър растеж, респективно добиви, а в действителност изкуствената светлина – дори и да е от най-скъпите HID или HPS лампи – не дава такива добри условия и спектрални цветове, каквито предлага естествената (слънчевата). Повечето от светлината на крушката не се използва от растението, защото е с дължини на вълните извън диапазона от 400 до 700 нанометра, а растенията могат да използват светлина само в тези граници.

Качеството на светлината и нейните цветове са толкова важни, колкото лумените.

Светлината, приемана от растенията не е един цвят, а отделни обхвати на активни цветове и те усещат всеки диапазон (обхват) свтлинни цветове като отделен сигнал. Всеки цветови диапазон има различен ефект върху растенията и следващите са само няколко от функциите, които всеки светлинен диапазон подпомага.

Синята светлина (от 350 до 500 нанометра) – всъщност тук са виолетовият, синият и синьозеленият диапазони на спектъра – активира продукцията на хлорофил, активираните клетки стимулират устицата на листа да се отворят и въглеродният двуокис навлиза в листа, за да бъде използван от растението в процеса на фотосинтеза (през същите устица излиза освободеният кислород и се изпарява вода).

Зелена и жълта светлина (от 500 до 650 нанометра) – тази светлина почти не се усвоява от растенията и основно се отразява от хлорофилните клетки (затова листата на растенията изглеждат залени).

Червена светлина (от 680 до 700 нанометра) – снабденият с енергия хлоропласт синтезира захар от СО2 и това е сигнал за растението дали е светло или тъмно.

Фотоните на синята и червената светлина са необходими за доброто усвояване на въглеродния двуокис.

Скалата на ФАИ обхваща всички тези фотони между 400 и 700 нанометра – жизненоважният диапазон за растенията, тъй като само това е диапазонът, от който растенията могат да използуват светлина. Останалата част от спектъра е неизползваема светлина.

Фотосинтетично активно излъчване - ФАИ

За растениевъдите ФАИ е много важен фактор – толкова важен, колкото лумените! ФАИ: Фотосинтетичност, свойството на пигмента на листата, даващо им усещане за светлина; активност – защото пигментът става активен след като усети светлина и произвежда енергия; излъчване – друг термин за светлина и фотон. ФАИ е международна измерителна единица, използвана за измерване на светлина и придобива все повече и повече практическо значение за измерването на количеството светлина при култивирането и оранжерийната дейност. Защо е важно за вас? ФАИ е мярка за светлината, която растението усеща и използва. Всъщност това е светлината, която растението ,,вижда" и може да възприема, а това е следващото по важност след лумените на една лампа, предназначена за култивиране!

Голямата HID лампа може да даде много лумени, но ако лампата е твърде далече от вашето растение, повечето от лумените ще бъдат неизползваеми (запомнете, че интензивността на светлината намалява с разстоянието). Освен това използваемостта на светлината от тези лампи от растението е ограничена, защото то не може да ,,вижда" или да използва светлината, когато тя не е в подходящ спектрален диапазон.

Така ФАИ е единствената мярка, която дава количествено изражение на светлината и цветовете на светлината, които растението действително използва, за да се активират неговите пигменти и да създаде захар и енергия и това са захарите, които карат вашите растения да растат и да дават толкова сладки плодове!

ФАИ и луминесцентните лампи

В миналото луминесцентните лампи бяха известни с това, че дават отлични цветове за дневна светлина, но не излъчват толкова фотони, колкото HID и HPS лампи. Спектрите на луминесцентните лампи са идеални за развъждане и разсади, но не и за отглеждане в реално време, защото те са с малка изходна мощност и нямат достатъчно луменно и фотонно производство. (т. е. средно домакинската луминесцентна тръба е само около 35 вата. Хубав спектър, но малка светлинна мощност).

HID И HPS лампите имат голяма луменна и фотонна производителност, но са с недобри цветови спектри. Все пак тези лампи бяха най-добрите налични лампи на времето. Както и да е, те наистина излъчват много топлина и са скъпи. Те се нуждаят също така от разделящи баласти, контролна апаратура и защитни системи.

Енергоспестяващи CFL (CFL = компактни луминесцентни лампи)

Напредъкът с високопроизводителните компакт-луминесцентни лампи означава, че сега вие можете да получите луминесцентна лампа с желания спектър и с много по-висока производителност. Това значи, че CFL са способни на много, много по-високо производство на лумени и то в идеалния спектър.

Фотонната производителност все още не е толкова силна, колкото на HID лампите (въпреки че използването на рефлектори донякъде компенсира това), но тези лампи излъчват много по-малко топлина и могат да бъдат поставени само на сантиметри от листата, а това е изключително важен фактор при използването на лампи за култивиране.

Интензивност на светлината

Светлинната интензивност намалява с увеличаване на разстоянието. Това важи за HID, CFL или вашата нормална домакинска лампа (важи и за слънчевата и каквато и да е друга светлина, по дяволите! – бел. ред.). Ако държите светломер близо до коя да е лампа и го отдалечите бавно дори с няколко сантиметра, вие ще видите, че количеството светлина намалява драстично (ако можете да вземете назаем или си изпросите, или откраднете, или просто получите достъп до светломер, пробвайте това –  вие ще бъдете извънредно изненадани от степента на намаляване на интензивността дори за няколкото сантиметра разстояние).

Светлината от HID или HPS лампата намалява двойно на 30 см (1 фут), а това е ,,далеч" от растенията. Така ако вашите лампи са на 60 или 90 см (2 или 3 фута) височина от вашето растение, много от светлината ще бъде загубена. Проблемът с HID лампите е в това, че много греят и вие не можете да ги поставите близо до вашите растения, а тогава много от светлината и парите за скъпи лампи са отишли на вятъра.

Една от ползите при използване на високопроизводителните CFL лампи e, че те не греят толкова много и могат да бъдат държани почти допрени до горната част на растенията като произвеждат 100% ФАИ без никаква загуба на интензивност. Така че ако вие поставите тези лампи близo до листата, вие използвате 100% от светлината и ФАИ се осъществява в подходящия вълнов диапазон от 400 до 700 нанометра, давайки на растението правилните цветове и качество на светлината (все пак не бих посъветвал читателите да разчитат безрезервно на няколкократно споменатите 100% - авторът явно е непоправим максималист... – бел. ред.).

Отглеждане с енергоспестяваща лампа

Енергоспестяващата лампа може да бъде използвана за отглеждане на семена и за размножаващо подрязване. Тя може да бъде освен това използвана като основен източник на светлина за растения в развиващи и цъфтящи етапи. Тайната в отглеждането с енергоспестяваща лампа е да позиционирате вашата лампа с рефлектор само на инч или два (няколко см) над растенията. Позиционирането на тези нови компактни лампи непосредствено над растенията поддържа интензивността на светлината и никакви лумени не са изгубени, а ФАИ и спектърът са на 100%, което е като истинско слънце. Растенията получават всичките нужни лумени и светлина в правилния спектър.

Енергоспестяващите лампи са налични в 2 модела: червена, с цветна температура 2700 К (келвина) и бяла, 6400 К.

Червените 2700 К 125-ватови лампи са използваеми предимно за периода на цъфтене. Много култиватори използват също така тези лампи като допълнение пред растенията или между тях когато цъфтят. Те могат да бъдат комбинирани с HPS лампи като допълнение или самостоятелно. Ние ги използваме самостоятелно и нямаме нужда от използване на HPS лампи.

Бели или сини 6100 К 125-ватови лампи могат да бъдат използвани за размножаване и вегетативен период.

Препоръчва се малко червена светлина през растителния период, както и малко бяла или синя светлина при цъфтене. С различни комбинации на червени и бели лампи култиваторите могат да получат идеалния искан ефект от лумени и спектър – за отлични резултати през всички етапи на израстване.

Енергоспестяващите лампи предоставят 100% ФАИ, което е доста важен фактор и е важно да бъде пресметнато ФАИ, добивано от вашите лампи за отглеждане и това колко светлина е нужна на вашите растения за да дадат максималното от себе си. Ако използвате HID или HPS, вие трябва да се свържете с вашия доставчик и да го питате за степента на ФАИ – важно е да знаете за това толкова добре, колкото за светлинния добив в лумени.

Енергоспестяващата лампа е ефективна, енергоспестяваща, надеждна, с ниско топлинно излъчване, създаваща светлина за градинарско култивиране, даваща отлични резултати с по-малки разходи за всички Indoor (стайно култивиране в закрито помещение) култиватори.

Растенията изискват светлина в правилния спектър като е доказано, че за да бъде такава, трябва да е с дължина на вълната между 400 и 700 нанометра и енергоспестяващата лампа дава силна светлина точно в този спектър. Няма никаква загубена светлина за разлика от HID и HPS лампите, при които много от светлината не може да бъде ,,видяна" или използвана от растението (тя е разсеяна).

Енергоспестяващата лампа дава 100% ФАИ, високопродуктивна лампа е и се използва успешно за всички развъждания, растителни или цъфтящи етапи.

Енергоспестяващата лампа не създава прекомерна топлина и може да бъде използвана непосредствено над растенията. Това е тайната на отглеждането с енергоспестяваща лампа, поставена директно отгоре, само на 3 или 4 см над горната част на растенията! За разлика от HID лампите, това ново поколение лампи използвани за култивиране няма да изгори вашите растения.



Обяснителни бележки

HID е абревиатура на High intensity discharge – излъчване (на светлина) с висок интензитет. Това е технология, при която светлинният източник е електрическа дъга, запалена в малка, херметически затворена кварцова тръбичка.

HPS е абревиатура на High pressure sodium lamp – натриева лампа с високо налягане. Светлинният източник отново е електрическа дъга, запалена в атмосфера от натриеви (и малки количества живачни) пари под високо налягане.