Оценка эффективности излучения

Энергетическая эффективность фитоценоза (Нечипорович, 1956) или КПД фитоценоза (Тооминг, 1977) позволяют соотнести количество света на площадь фитоценоза и полученную биомассу растений.

Рис. 1. Спектрограмма солнечного света в видимом диапазоне 400-750 нм

Считается, что белый солнечный свет является лучшим освещением, поскольку филогенетическое развитие растений происходило на нем, растения лучше к нему приспособлены. Чем ближе спектральный состав излучателей к естественному спектру, тем выше эффективность фитоценоза.

Однако кроме солнечного света для очень многих растений существуют уникальные условия освещенности, температуры, плодородности почвы: на высокогорье, под пологом леса, в тропиках и на севере, на черноземе и в пустыне. Свет существенно отличается как по интенсивности, так и по спектральному составу. Например, в горных районах в спектре падающего света присутствует значительная доля сине-фиолетовых лучей, влажная равнина освещается рассеянным белым светом, под водой опять преобладают синие лучи.

Универсальность и эффективность часто не совпадают, поэтому белый свет не может обеспечить максимальную продуктивность любых растений.

И. И. Свентицкий (1982) предложил метод определения универсального спектра ФАР, наиболее благоприятный для фотосинтеза абсолютного большинства зеленых растений. На графике показан универсальный спектральный состав света с интенсивностью 10-30 Вт/м2, вызывающий максимальный фотосинтез в зеленом листе.

Рис. 2. Усредненная кривая фотосинтеза зеленого листа (McCree, 1972)

Спектральная чувствительность

Известно, что спектральная эффективность действия излучения ФАР зависит от ее интенсивности. Однако при росте интенсивности до 100-150 Вт/м2 и выше при неизменном спектре излучателя усиливается действие синих лучей и ослабляется действие красных.

Исследования на ценозах показывают, что у растений разных видов различны требования к оптимальному сочетанию спектральных и энергетических характеристик светового режима. Критерием оценки оптимального сочетания стала реакция растений на долю красного света в спектре. Это позволило разделить растения на три групы. Растения первой группы, например, огурец, могут погибнуть при длительном воздействии интенсивного красного света. Растения второй грукппы, напрмер, томат, дают максимальный урожай. Растениям третьей группы нужны лучи белого света (Тихомиров и др., 1991).

Влияние ИК радиации (ИКР)

Каким должно быть соотношение ФАР/ИКР для обеспечения максимальной продуктивности растений. В пределах 20-50% от общего излучения ИКР не вляияет существенно на урожай, но сильно изменяет сроки вегетации.50-60% ИКР повышают выход урожая при минимальных сроках вегетацуии. Превышение доли ИКР выше 60% снижает урожайность, а снижение ниже 20% сильно удлиняет сроки вегетации.

С ростом уровня облученности ФАР рекомендуется снижать долю ИКР.

Спектральный состав ИКР

Ближнее ИК излучение (750-1200 нм) слабо поглощается водой и тканями листа. Излучение 1200-1600 нм сильно поглощается водой, а следовательно и тканями листа.

Измерение светового потока

Люкс=1 Вт на длине волны 550 нм. Большим недостатком люксов является их привязка к зеленому диапазону 550 нм, в меньшим физиологическим значением. Необходимы поправочные коэффициенты.

Рис. 3. Относительная спектральная эффективность фотосинтеза зеленого листа (Живописцев, Косицин, 1990)

Растения, как живой организм, приспосабливаются к условиям среды, и их оптические свойства могут со временем меняться.

В условиях светокультуры растения могут расти как в направленном, так и в диффузном световом потоке. Диффузное излучение называют объемным (например, свет при равномерном облачном небе или свет через матовое стекло). Для получения диффузного света используют переизлучающую или рассеивающую поверхность.

У растений чувствительны к свету не только листья, но и стебли. Листья верхних ярусов получают прямой свет, а листья внутри ценоза находятся частично или полностью в тени и получают менее интенсивное диффузное облучение с измененным спектральным составом (меньше синих и красных лучей и больше зеленых).

Более высокая эффективность рассеянного света по сравнению с направленным требует устанавливать в теплицах с искусственным освещением специальных рассеивающих отражателей и экраном для распределения света по всему ценозу. В парниках для этого используют диффузные пленки со светорассеивающими добавками. Люминофоры также служат этой цели.