Искусственное освещение в сельском хозяйстве
Давно известно, что растения не могут расти без света; тем не менее, только в последние сто лет, благодаря достижениям науки и техники, было полностью открыто точное влияние света на растения.
Использование искусственного освещения в сельском хозяйстве направлено на обеспечение источника света, аналогичного солнечному свету. Благодаря достижениям в области технологий светодиодные светильники стали лучшим вариантом для освещения садоводства, особенно те, спектр которых может быть специально адаптирован к потребностям растений. По сравнению с более традиционными вариантами освещения, такими как натриевые лампы высокого давления (HPS) и люминесцентные лампы, лампы, в которых используются светодиоды, обеспечивают значительные преимущества с точки зрения их воздействия на окружающую среду и эффективности производства.
Доклад об использовании искусственного освещения в сельском хозяйстве был подготовлен Валойей в соавторстве с исследователями из Университета Альмерии и Бурезинновой. Отчет был опубликован в январе 2018 года. В исследовании представлены тесты, в которых используются различные спектры и виды света, чтобы определить влияние, которое каждая форма света может оказать на растения в зависимости от условий, в которых они выращиваются. Ниже приводится фрагмент исследования, который вы можете прочитать.
1. Свет и связь между растениями
Электромагнитные волны ответственны за передачу энергии через атмосферу. Примеры электромагнитных волн включают микроволны, радио- или телевизионные волны, рентгеновские лучи, ультрафиолетовые лучи или видимый свет. Электромагнитные волны можно отличить друг от друга по разной частоте и длине волны. Электромагнитный спектр состоит из широкого диапазона частот и длин волн, некоторые из которых распознаются лучше, чем другие (например, микроволны, радиоволны, видимый свет и т. д.).
Электромагнитное излучение имеет двойственную природу; пока он движется в пространстве как волны, он также обменивается энергией в виде частиц (фотонов). В 1905 году Альберт Эйнштейн был первым, кто заявил, что свет одновременно обладает характеристиками частиц и волн. Фотоны — это названия частиц, содержащихся в луче света. Фотоны, длина волны которых соответствует большему расстоянию (более низкие частоты), несут меньше энергии, чем фотоны, длина волны которых соответствует более короткому расстоянию.
Человеческий глаз способен обнаруживать свет с длиной волны от 400 до 700 нанометров (нм), что примерно соответствует той части электромагнитного спектра, которая используется растениями в процессе фотосинтеза. Поэтому свет с длиной волны от 400 до 700 нм называется фотосинтетически активным излучением (или просто ФАР). Спектр длин волн, видимых при солнечном свете, непрерывен и выходит далеко за пределы видимого диапазона. Человеческий глаз отвечает за преобразование различных длин волн в цвета, которые затем обрабатываются человеческим мозгом. Синий цвет создается светом с длиной волны ближе к 400 нм, тогда как красный цвет создается светом с длиной волны ближе к 600 нм. Желто-зеленый диапазон длин волн наиболее чувствителен для человеческого глаза.
2. Пигменты, фоторецепторы и химический процесс фотосинтеза у растений.
Практически в том же диапазоне, что и человеческий глаз, световой спектр поглощается растениями; однако, в отличие от людей, растения лучше воспринимают красный и синий свет.
Хлорофилл является одним из основных химических веществ, позволяющих растениям поглощать свет и использовать энергию, которую он дает, для превращения воды и углекислого газа в кислород и другие сложные органические молекулы. Этот процесс известен как фотосинтез. Хлорофилл — это растительный пигмент, который содержится во внутриклеточных хлоропластах. Молекулы хлорофилла имеют зеленый цвет, и именно они являются причиной зеленой окраски стеблей и листьев. Есть две основные формы хлорофилла, которые можно найти в высших растениях. Это хлорофилл а и хлорофилл b, и их кривые светопоглощения очень незначительно отличаются друг от друга. Из-за этого относительно небольшого различия они способны улавливать разные длины волн, тем самым улавливая большую часть спектра солнечного света. В результате способности хлорофиллов поглощать в основном красный и синий свет, отражая зеленые длины волн, растения кажутся нам зелеными.
Однако хлорофилл — не единственный пигмент растений; так называемые вспомогательные пигменты (например, каротиноиды и ксантофиллы) и фенольные вещества (такие как флавоноиды, антоцианы, флавоны и флавоноиды) поглощают длины волн, отличные от красного и синего. Желтый, красный и фиолетовый — цвета, из которых состоят дополнительные пигменты. Помимо приманивания птиц и насекомых, использование этих оттенков помогает защитить ткани от повреждающего действия внешних стрессоров, таких как интенсивное световое облучение.
Фоторецепторы — это еще один тип частиц, способных поглощать свет. Три основных класса фоторецепторов называются фитохромами, фототропинами и криптохромами. Кроме того, фоторецептор UVR8 является специализированным фоторецептором, реагирующим только на ультрафиолетовый свет. Каждый тип фоторецепторов чувствителен к определенному диапазону длин волн света и отвечает за определенную физиологическую реакцию у растений. Эти ответы следующие:
Фототропины влияют как на физическое положение хлоропластов, так и на открывание устьиц. Они способны поглощать синий свет.
Внутренние часы растений контролируются криптохромами, которые отслеживают окружающую среду на наличие сигналов, связанных со светом. Кроме того, они связаны с морфологическими реакциями, такими как подавление удлинения стебля, увеличение семядолей, выработка антоцианов и фотопериодическое цветение. Длины волн UVA (ультрафиолетового), синего и зеленого света воспринимаются криптохромами.
Цветение вызывается фитохромами, которые также отвечают за образование семян. Удлинение стебля, расширение листьев и «синдром избегания тени» контролируются фитохромами растений. Соотношение красного и дальнего красного света, присутствующего в окружающей среде, влияет на фотостационарное состояние молекулы фитохрома, которая, в свою очередь, опосредует реакции, регулируемые фитохромами.
Цветение, развитие семян и другие функции, такие как прорастание, сроки цветения и форма растения, — все это действия, зависящие от света. Фотосинтез, процесс, обеспечивающий энергию для образования биомассы, является лишь одним из таких процессов. Это поведение неразрывно связано с качеством света, который растение получает из своего окружения, и именно так растение интерпретирует сигналы из своего окружения. Эти реакции опосредованы длинами волн, которые находятся как внутри, так и за пределами области PAR, включая УФ и дальнее красное излучение.
Для получения дополнительной информации, пожалуйста, обратите внимание наофициальный сайт бэнвэй!
