Краткий ответ
Фотосинтетически активная радиация (PAR) — это свет в диапазоне от 400 до 700 nm, который растения используют для фотосинтеза; его измеряют по количеству фотонов. PPFD — это количество PAR, достигающее растительного покрова каждую секунду, выраженное в µmol/m²/s, а суточный интеграл света (DLI) — суммарное количество за сутки в mol/m²/d, рассчитываемое как PPFD × часы × 0.0036. Салату обычно требуется DLI около 12–17, например 250 µmol/m²/s в течение 16 часов.
Что такое фотосинтетически активная радиация (PAR)?
Фотосинтетически активная радиация (PAR) — это диапазон света от 400 до 700 нанометров (nm), который растения используют для фотосинтеза; он примерно совпадает с диапазоном видимого света. Иными словами, PAR охватывает длины волн от фиолетово-синего до глубокого красного. PAR оценивают по количеству фотонов, а не по энергии или яркости; на этом основаны все практически значимые показатели фитоламп: PPF, PPFD и DLI.
Понимание PAR помогает ответить на практические вопросы растениеводов: сколько света нужно культуре, какой цвет света лучше всего подходит для роста растений, на каком расстоянии следует размещать фитолампы и почему лампа, которая кажется яркой, может обеспечивать слабый рост растений. В этой статье изложены научные основы и методы измерения. Если вы выбираете и покупаете светильники, ознакомьтесь с нашим отдельным руководством по фитолампам для выращивания в помещениях.
В некоторых новых исследованиях и стандартах освещения также рассматривается расширенный диапазон PAR (ePAR), 400–750 nm, поскольку фотоны дальнего красного света в диапазоне от 700 до 750 nm совместно с более короткими волнами обеспечивают фотосинтез. Если в техническом описании приведены показатели ePAR, сравнивайте их только с другими показателями ePAR. Классические исследования зависимости фотосинтеза от длины волны, результаты которых часто представляют в виде кривой Маккри, показали, что листья используют все длины волн в этом диапазоне, причём красные фотоны обычно эффективнее синих или зелёных.
В чём разница между PAR, PPF, PPFD и DLI?
PAR определяет, какой свет учитывается, а PPF, PPFD и DLI показывают, сколько этого света производит лампа, сколько достигает растений и сколько они получают за сутки. Для измерения используют микромоли (µmol) фотонов; один моль — это около 6.02 × 10²³ фотонов.
| Показатель | Что измеряет | Единица измерения | Применение |
|---|---|---|---|
| PAR | Диапазон волн 400–700 nm, используемый растениями для фотосинтеза | Диапазон, nm | Определение учитываемого света |
| PPF (фотосинтетический фотонный поток) | Общее количество фотонов PAR, испускаемых светильником каждую секунду | µmol/s | Сравнение фотонного потока светильников |
| PPE (фотосинтетическая фотонная эффективность) | Количество фотонов PAR на единицу потреблённой электроэнергии | µmol/J | Сравнение эффективности светильников |
| PPFD (плотность фотосинтетического фотонного потока) | Количество фотонов PAR, поступающих на поверхность каждую секунду | µmol/m²/s | Настройка интенсивности света на уровне растительного покрова |
| DLI (суточный интеграл света) | Общее количество фотонов PAR, полученных на квадратный метр за сутки | mol/m²/d | Подбор световой дозы для культуры |
Что означает PPFD на практике? Это показание квантового измерителя (PAR), расположенного на уровне листьев. Под прямым летним солнцем в полдень значение составляет примерно 2,000 µmol/m²/s, а на типичном стеллаже для выращивания салата в помещении поддерживают около 200–300 µmol/m²/s в течение гораздо большего числа часов.
Почему люмены и люксы не подходят для оценки освещения растений?
Люмены и люксы учитывают чувствительность человеческого зрения, максимум которой приходится на зелёно-жёлтый свет около 555 nm. Растения очень эффективно используют синие и красные фотоны, но люксметр почти не учитывает их, поэтому фитолампа с высокой долей красного света может давать низкие показания в люксах и при этом обеспечивать высокий PPFD. Для солнечного света 1,000 люкс примерно соответствуют 18–19 µmol/m²/s, но коэффициент пересчёта меняется в зависимости от спектра, поэтому световой поток в люменах — ненадёжный ориентир. Вместо него используйте квантовый датчик или карту распределения PPFD от производителя.
Как рассчитать DLI и сколько света нужно растениям?
Чтобы рассчитать суточный интеграл света, умножьте PPFD на количество секунд работы освещения и переведите результат в моли: DLI (mol/m²/d) = PPFD × часы освещения × 0.0036. Например, 250 µmol/m²/s в течение 16 часов дают 250 × 16 × 0.0036 = 14.4 mol/m²/d.
DLI — более подходящий целевой показатель, поскольку растения реагируют на суммарную суточную дозу света. Одинакового DLI можно достичь при меньшем PPFD за большее число часов, что часто позволяет использовать менее мощное и более дешёвое освещение. В таблице приведены часто упоминаемые исходные диапазоны из материалов университетских консультационных служб и исследований в области растениеводства; сорта и системы выращивания различаются.
| Культура | Типичный целевой DLI (mol/m²/d) | Пример PPFD и фотопериода |
|---|---|---|
| Сеянцы и рассада | Около 6–12 | 100–200 µmol/m²/s в течение 16–18 h |
| Микрозелень | Около 6–12 | 100–200 µmol/m²/s в течение 16 h |
| Салат и листовая зелень | Около 12–17 | 200–300 µmol/m²/s в течение 16 h |
| Базилик и пряные травы | Около 12–20 | 250–350 µmol/m²/s в течение 16 h |
| Клубника | Около 15–25 | 300–450 µmol/m²/s в течение 14–16 h |
| Томаты, перцы, огурцы | Около 20–30 или более | Часто солнечный свет в сочетании с досветкой в теплицах |
Больше света не всегда означает лучший результат. При значительном превышении целевого DLI у салата может развиться краевой ожог листьев, а высокая интенсивность света без соответствующего уровня CO2, температуры и питания приводит к напрасному расходу электроэнергии. Рекомендации по отдельным культурам приведены в наших материалах: руководство по гидропонному выращиванию салата, руководство по микрозелени и выращивание томатов в помещении.
Какой цвет света лучше всего подходит для роста растений?
Нельзя назвать один цвет света лучшим для роста растений: они используют для фотосинтеза все длины волн PAR, а каждый цветовой диапазон также передаёт сигналы, влияющие на формирование растения. Красные фотоны очень эффективно обеспечивают фотосинтез, синий свет сохраняет компактность растений, а сбалансированное сочетание с зелёным и некоторой долей дальнего красного обычно даёт наилучший общий рост. Поэтому лучший свет для растений — это не один цвет, а подходящий спектр при нужной интенсивности. В таблице кратко описано действие каждого цветового диапазона.
| Спектральный диапазон | Диапазон (nm) | Основное влияние на растения |
|---|---|---|
| UV-A | 315–400 | Может повышать содержание пигментов и толщину листьев; высокие дозы вызывают стресс у растений |
| Синий | 400–500 | Компактный рост, более толстые листья, открытие устьиц; избыток ограничивает увеличение площади листьев |
| Зелёный | 500–600 | Глубже проникает в растительный покров и нижние листья; помогает работникам лучше видеть растения |
| Красный | 600–700 | Высокоэффективен для фотосинтеза; основной компонент спектра большинства фитоламп |
| Дальний красный | 700–750 (и далее) | Увеличение площади листьев и удлинение стеблей; влияет на цветение; совместно с красным усиливает фотосинтез |
Синий и красный свет для растений: полезен ли красный свет?
Да, красный свет полезен для растений: у большинства культур это наиболее эффективный для фотосинтеза диапазон в расчёте на фотон. Но растения, выращиваемые только под красным светом, склонны вытягиваться и формировать аномальные листья, поэтому для компактного и нормального роста добавляют синий компонент — в коммерческих светильниках его доля обычно составляет около 10–30% фотонов. На этом принципе основаны классические красно-синие (фиолетовые) светильники; в современных полноспектральных светильниках добавляют зелёный и дальний красный свет для более естественного роста и лучшей видимости.
Что означают цвета фитоламп и обозначение 6500K?
Значения в кельвинах, такие как 3000K, 4000K или 6500K, обозначают коррелированную цветовую температуру (CCT), которая описывает, насколько тёплым или холодным выглядит белый свет для человека. Фитолампа 6500K выглядит холодной и голубоватой и имеет более высокую долю синего света, что подходит для сеянцев, черенков и роста листьев; свет 3000–4000K выглядит теплее и содержит больше красного, поэтому его часто предпочитают для цветущих и плодоносящих культур. CCT даёт лишь приблизительное представление о спектре, поэтому график спектрального распределения в техническом описании гораздо информативнее. Для сеянцев разумный выбор — холодный белый свет или свет с высокой долей синего при умеренной интенсивности.
На каком расстоянии от растений следует размещать фитолампы?
Фитолампы следует размещать на таком расстоянии от растений, которое обеспечивает равномерный целевой PPFD без теплового или светового стресса; это зависит прежде всего от фотонного потока и светораспределения светильника, а не от фиксированного расстояния. Маломощные LED размещают близко к растениям, а мощные светильники подвешивают выше. В таблице расстояний приведены типичные исходные значения для LED-светильников, которые следует проверять измерителем PAR.
| Тип LED-светильника | Типичное расстояние над растительным покровом | Примечания |
|---|---|---|
| Ленты, трубчатые и небольшие светильники (около 10–40 W) | 10–30 cm (4–12 in) | Полки для рассады, микрозелень, гроубоксы-шкафы |
| Линейные LED-светильники на вертикальных стеллажах (около 30–100 W каждый) | 15–40 cm (6–16 in) | Листовая зелень и пряные травы на многоярусных стеллажах |
| Панели средней мощности (около 100–300 W) | 30–60 cm (12–24 in) | Гроутенты, небольшие помещения, отдельные столы для выращивания |
| Мощные светильники верхнего освещения (около 400–1,000 W) | 45–90 cm (18–36 in) | Высокорослые культуры, помещения с высокими потолками, теплицы |
На каком расстоянии от фитолампы следует размещать сеянцы? Обычно на таком же или немного большем расстоянии, чем взрослые растения, уменьшив мощность светильника так, чтобы PPFD оставался в пределах 100–200 µmol/m²/s. Признаки слишком близкого или слишком сильного света — обесцвеченные или желтеющие верхние листья и скручивание краёв листьев; вытянутые бледные растения указывают на недостаток света. В нашем руководстве по посеву и проращиванию семян описано оборудование для размножения растений.
Закон обратных квадратов, согласно которому интенсивность уменьшается пропорционально квадрату расстояния, строго применим только к точечному источнику. Массивы линейных LED-светильников над стеллажом с отражающими поверхностями ведут себя скорее как широкая панель, поэтому PPFD снижается с расстоянием медленнее. Именно поэтому измерения надёжнее приблизительных правил.
Как измерять PAR и PPFD?
PAR измеряют квантовым датчиком — ручным или стационарным прибором, который подсчитывает фотоны в диапазоне от 400 до 700 nm и показывает PPFD. Приложения для смартфонов могут давать приблизительные оценки, но их точности недостаточно для принятия решений в коммерческом выращивании.
- Используйте полноспектральный квантовый датчик, откалиброванный для LED-освещения; старые датчики могут занижать показания в глубоком красном и синем диапазонах.
- Измеряйте на уровне растительного покрова, держа датчик горизонтально, после прогрева светильников в течение примерно 15–30 минут.
- Снимайте показания по сетке точек, например через каждые 15–30 cm по всей площади каждой полки или стола для выращивания, включая края и углы.
- Рассчитайте среднее значение и равномерность. Разделите минимальное показание на среднее; значения около 0.7–0.8 или выше указывают на хорошую равномерность.
- Пересчитайте в DLI с учётом вашего фотопериода и отрегулируйте мощность, высоту или продолжительность освещения, чтобы достичь целевого значения для культуры.
- Периодически повторяйте измерения, поскольку световой поток LED постепенно снижается, а пыль на линзах уменьшает количество света.
Какой цвет света привлекает насекомых, а какой — нет?
Большинство ночных летающих насекомых сильнее всего привлекают ультрафиолетовый и синий свет с короткими длинами волн, тогда как тёплый белый, жёлтый, янтарный и красный свет привлекают меньше насекомых. Ни один цвет видимого света не исключает привлечение насекомых полностью, но для освещения, которое должно привлекать их как можно меньше, обычно выбирают длинноволновый свет.
- Привлекает ли красный свет насекомых? Как правило, меньше, чем белый или синий, поскольку многие насекомые плохо различают красный. Однако красный свет не отпугивает насекомых.
- Электрические ловушки для насекомых и УФ-лампы от комаров используют UV-A и синий свет для привлечения насекомых; сельскохозяйственные лампы-инсектициды работают по тому же принципу, но в более крупном масштабе. Ознакомьтесь с нашим руководством по безопасности электрических ловушек для насекомых.
- Привлекает ли синий свет мошек? Мелкие двукрылые, например грибные комарики, могут привлекаться источниками света, но в помещениях для выращивания эффективнее контролировать их численность, регулируя влажность субстрата и используя жёлтые клеевые карточки, которые привлекают насекомых своим цветом; см. наше руководство по жёлтым клеевым ловушкам.
В закрытых фермах внутри помещений цвет фитоламп мало влияет на численность вредителей по сравнению с герметизацией, гигиеной и защитными сетками на дверях и воздухозаборниках.
Следующие шаги
Фотосинтетически активная радиация позволяет перейти от подбора освещения на глаз к расчётам: выберите DLI для культуры, определите соответствующие PPFD и фотопериод, подберите спектр для сбалансированного роста и проведите измерения на уровне растительного покрова. Mars Vertical Farm проектирует освещение своих контейнерных фабрик растений и фабрик растений в помещениях, таких как наша фабрика растений для листовой зелени в помещении, исходя из целевого DLI для конкретной культуры, с настройкой спектра LED, высоты установки и регулировки мощности для каждого яруса. Сообщите нам, какую культуру вы выращиваете и на какой площади, и наши инженеры смогут предложить систему освещения и выращивания по индивидуальным размерам с поставкой напрямую с завода.
