Apgaismojums dārzkopībā nav jauns jēdziens, taču LED nozarē ienes būtisku pavērsienu: audzētāji var pielāgot un precizēt dažādu spektra daļu intensitāti tā, kā ar iepriekšējām tehnoloģijām nebija iespējams.
Tomēr, tehnoloģijai attīstoties, vai rādītāji, ar kuriem produktus raksturo un salīdzina, audzētājus ved pareizajā virzienā?
Dārzkopības apgaismojums ir strauji augoša nozare; daži eksperti prognozē, ka līdz 2023. gadam tirgus sasniegs £4,85 mljrd. Apgaismojuma megaprojekti tiek īstenoti gan Apvienotajā Karalistē, gan starptautiskajos tirgos, īpaši Lyudinovo siltumnīcu projekts Krievijā, kurā pēc pabeigšanas būs aptuveni 240 000 gaismekļu.
Ir pierādīts, ka LED apgaismojums jebkura mēroga projektos:
- palielina ražu;
- uzlabo kultūraugu stabilitāti un izturību pret vides ietekmi;
- nodrošina labāk prognozējamus augšanas termiņus;
- ietaupa enerģiju un
- samazina izmaksas.
Novēroti arī kvalitatīvi ieguvumi, piemēram, intensīvāka krāsu pigmentācija un garšas izmaiņas. LED tehnoloģijas uzlabojumi ļauj vēl precīzāk pielāgot spektru un nemitīgi palielināt efektivitāti, tādējādi vēl vairāk palielinot atšķirību starp LED un iepriekšējām tehnoloģijām.
Kā pašlaik mēra augu apgaismojumu?
Fotosintēzei augi izmanto gaismu noteiktā elektromagnētiskā spektra daļā, ko sauc par fotosintētiski aktīvo starojumu (PAR). PAR aptver redzamās gaismas viļņu garumus no 400 nm līdz 700 nm, un tieši uz to balstās mūsu mērījumi.
Galvenais gaismas plūsmas rādītājs un nozares faktiskais standarts ir fotosintētiskā fotonu plūsma (PPF), kas vienkārši izsaka, cik PAR fotonu gaismas avots izstaro sekundē.
Trešais šodien izmantotais galvenais rādītājs ir fotosintētiskās fotonu plūsmas blīvums (PPFD): PAR fotonu skaits, kas sekundē nonāk uz viena kvadrātmetra. Šos jēdzienus var diezgan viegli sasaistīt ar apgaismojuma inženiera zināšanām:
- PAR aptuveni atbilst elektromagnētiskā spektra redzamās gaismas daļai;
- PPF ir saistīta ar starojuma jaudu (no 400 nm līdz 700 nm);
- PPFD aptuveni atbilst apgaismojumam (lx), tikai bez V(λ) svēruma.
PAR nosaka mūs interesējošo gaismu, PPF ir šīs gaismas daudzums, kas iziet no gaismas avota, un PPFD ir šīs gaismas daudzums uz viena audzēšanas virsmas kvadrātmetra.
Kāpēc PPF kā rādītājs jālieto piesardzīgi?
PPF kā mērvienībai ir savas stiprās puses: tā ir viegli saprotama, viegli izmērāma un ļoti plaši izmantota. Tomēr tai ir arī ierobežojumi:
Tiek mērīts tikai gaismas daudzums, nevis tās veids vai kvalitāte
Arvien skaidrāks kļūst, ka gaismas kvalitāte ir svarīgs faktors jebkuru kultūraugu audzēšanā, un daudzums ir tikai daļa no kopainas. Absorbcijas līmenis, fotosintētiskā reakcija un nefotosintētiskās reakcijas pašlaik var netikt ņemtas vērā.
Lai gan nozare koncentrējas uz PPF uz vatu, mēs uzskatām, ka tas augšanas tempam var drīzāk kaitēt, nevis palīdzēt.
Specifikāciju sagatavotāji, kas par izvēles kritēriju izmanto PPF/W, visticamāk, ietekmē jaunu gaismekļu izstrādi, mudinot ražotājus izmantot vairāk sarkanās gaismas, jo sarkanu fotonu var radīt ar mazāku enerģijas patēriņu nekā zilu fotonu.
Ir plaši atzīts, ka tikai sarkanas gaismas avots nodrošinātu ļoti vāju augšanu, lai gan tā PPF/W būtu ļoti augsts. Tas pierāda, ka ar PPF/W rādītāju nepietiek produktu veiktspējas salīdzināšanai un tas var kavēt piemērotāka produkta izvēli.
Ja PPF izmanto kā galveno gaismekļa jaudas rādītāju, tas rada maldinošu priekšstatu par gaismas avota lietderību. Neņemot vērā augu reālās vajadzības, LED gaismeklis var šķist ļoti efektīvs, lai gan salīdzinājumā ar mērķtiecīgāk pielāgotu risinājumu tas nodrošina mazāku reālo augšanu.
Paralēle ar uzturu
PPF trūkums, proti, tas, ka netiek ņemta vērā gaismas kvalitāte, ir līdzīgs kaloriju trūkumam: kalorijas nespēj parādīt, vai uzturs ir veselīgs. Ja divi cilvēki apēstu pārtiku 2 000 kaloriju vērtībā, pēc kaloriju satura abi būtu uzņēmuši vienādu enerģijas daudzumu.
Taču, ja viens no viņiem šīs 2 000 kalorijas uzņemtu ar sabalansētu uzturu, bet otrs ēstu tikai vienu produktu (piemēram, sviestu), uzturvērtība, spēja iegūt enerģiju un arī cilvēka veselība abos gadījumos būtu krasi atšķirīga.
Uzskatīt abus uzturus par vienādiem nepārprotami būtu nepareizi un maldinoši, taču tieši tas notiek, ja, izvēloties gaismekļus, galvenā uzmanība tiek pievērsta PPF rādītājam.
Labāka rādītāja meklējumi
Audzētāju rīcībā ir arī citi rādītāji, kas labāk atspoguļo auga fotosintētisko jutību.
Viens no tiem ir ražas fotonu plūsma (YPF)
YPF ir svērta sistēma, kas novērtē konkrēta gaismas viļņa garuma vērtību attiecībā pret kultūrauga sagaidāmo fotosintētisko reakciju. Ja PPF visi fotoni ir vienlīdzīgi, tad YPF ņem vērā dažādu viļņu garumu relatīvo fotosintētisko efektivitāti un mazāk noderīgai gaismai piešķir mazāku svaru.
S/P attiecības jēdziens, izmantojot to pašu svēršanas principu, ļauj novērtēt gaismas avota lietderību dažādos apgaismojuma apstākļos. Cilvēka acij ir divas jutības līknes: viena fotopiskajai (V(λ)) jeb dienas redzei un otra skotopiskajai (V'(λ)) jeb nakts redzei, un S/P attiecības izsver reakciju uz šiem dažādajiem gaismas veidiem, lai noteiktu gaismas avota lietderību dažādiem lietojumiem.
Produkts, kas nodrošina labu apgaismojuma līmeni fotopiskos apstākļos, ne vienmēr to nodrošina skotopiskos apstākļos, un otrādi. Tāpat produktam var būt labs PPF rādītājs, bet vājš YPF rādītājs, jo abu jutības līknes atšķiras.
PPF mēra fotonus PAR diapazonā, t.i., viļņu garumus no 400 nm līdz 700 nm, bet YPF aptver plašāku diapazonu, ņemot vērā gaismas avota starojumu no 360 nm (tumši zilā gaisma) līdz 760 nm (tālā sarkanā gaisma). Šajos papildu viļņu garumos ir gaisma, kas novērojami ietekmē augu augšanu: viļņu garumi virs 700 nm nelielos daudzumos palīdz iegūt garākus augus un imitēt krēslas apgaismojumu, ko izmanto diennakts ritma iestatīšanai, un dažiem augiem tā rezultātā novērotas vēlamas īpašības.
Augs, kas dabā aug ēnā, saņem vairāk tālās sarkanās gaismas un, reaģējot uz šo stimulu, pielāgo savu augšanu. Daži augi, kas dabiski aug zem citu augu vainagiem, sagaida vidēji augstāku tālās sarkanās un sarkanās gaismas attiecību un negatīvi reaģē uz spektru, kurā nav pietiekami daudz tālās sarkanās gaismas.
Dažas ēnas izvairīšanās sindroma reakcijas audzētājiem ir vēlamas: lielākos daudzumos gaismu virs 700 nm var izmantot, lai apzināti izraisītu ēnas izvairīšanās sindromu, kas dažiem augiem veicina ātru ziedēšanu un kompaktāku augšanu, vienlaikus, iespējams, uzlabojot to izturību.
PPF neaptver šo augu reakciju nianses, jo ņem vērā tikai PAR diapazona gaismu, un viena pati nespēj sniegt pilnu ainu. Plašākus auga attīstības regulēšanas procesus, ko sauc par fotomorfoģenēzi, ietekmē viļņu garumi no 300 nm līdz 800 nm (to parāda McCree līkne), un lielāku daļu no tiem aptver YPF.
Visaptveroša pieeja
Protams, YPF nevar izmantot atrauti no citiem rādītājiem. YPF ir piemērots galvenais rādītājs, lai aptuveni novērtētu veiktspēju vai aptuveni noteiktu piemērotu produktu un jaudu vēlamā dienas gaismas integrāļa sasniegšanai. PPF izmanto kā galveno rādītāju, taču tas neņem vērā, ka dažādiem viļņu garumiem var būt lielāka ietekme uz augšanu.
Monohromatiskās LED šo rādītāju izkropļo vēl vairāk, jo daudzas zilās un sarkanās mikroshēmas ir paredzētas konkrētam, šauram viļņu garumu diapazonam. Lai gan tas var nodrošināt augstu PPF, apgaismojuma risinājuma kvalitāte var ciest, jo atšķirīgā gaismas avotu degradācija laika gaitā mainīs iegūto spektru.
Šo risku var mazināt, izmantojot plaša spektra LED ar luminoforu, jo šādas LED degradāciju nosaka tikai zilās gaismas kristāls. Svarīgi, ka plaša spektra gaismekļi aizpilda spraugas starp spektra zilo un sarkano daļu un tādējādi labāk atbilst dabiskajai saules gaismai. Saules gaismā ir dažādi viļņu garumi visā redzamajā spektrā, un tie, visticamāk, veic dažādas funkcijas, ko mēs vēl pilnībā neizprotam.
Arī YPF ir trūkumi, jo sākotnējais rādītājs balstās uz mērījumiem, kas kontrolētos apstākļos veikti atsevišķiem lapu segmentiem. Reālos apstākļos caur lapu izgājusī gaisma joprojām var nākt par labu zemāk esošajām auga daļām, tāpēc, vērtējot tikai atsevišķu lapas segmentu, cauri izgājusī gaisma netiek ņemta vērā.
Tomēr tas ir labāk nekā neņemt vērā neko. Ignorējot atšķirības starp viļņu garumiem, PPF kā empīriskam rādītājam ir kaitinoša īpašība: augstāks PPF ne vienmēr nozīmē labāku apgaismojuma produktu.
Galvenais ir klienta un LED apgaismojuma ražotāja vai piegādātāja sadarbība
Liela daļa atbildības gulstas uz specifikāciju sagatavotājiem: jau projekta sākumā jāveic izpēte un plānošana, lai noteiktu, kāda ietekme apgaismojumam jāatstāj uz gala produktu. Svarīga ir uzmanība detaļām: izvēloties apgaismojuma risinājumu, jāņem vērā auga veids un vēlamā reakcija. Elastīgam ražotājam jābūt gatavam sadarboties ar audzētājiem, lai noteiktu un izveidotu spektru, kas piemērots viņu kultūraugiem un vēlamajam rezultātam.
Salīdzinot produktus, YPF ir labāks sākumpunkts nekā PPF, taču jauda ir tikai viens no apsvērumiem visaptverošā pieejā, kas ietver virkni faktoru: plašs vai šaurs spektrs, fotoperiods, kvalitatīvi ieguvumi, piemēram, garša vai krāsa, kā arī viļņu garumi ārpus PAR diapazona.
Par augu reakcijām un ideālo spektrālo sastāvu dažādiem kultūraugiem un vēlamajiem rezultātiem vēl daudz kas nav izprasts. Atšķirība starp produkta brošūru un optimālo spektru jānovērš piegādātājam un klientam kopīgiem spēkiem, taču pareizais rādītājs specifikāciju sagatavotājus tuvina produktam, kas ideāli atbilst viņu vajadzībām.
Uzziniet vairāk par INDO LED Top Lighting sistēmu >
Raksta autors: Toby Penter, INDO uzņēmējdarbības attīstības speciālists
Avoti:
(1) Worldwide Horticulture Lighting Market [by segments (Hardware, Software, Services); by Deployment (Turnkey, Retrofit); by Environment (Indoor, Vertical, Greenhouse, Research); by Crop Type; by Regions]: Market Sizes and Forecasts (2018-2023)
(2) Ashdown, I 2018. ‘Far-Red Lighting and the Phytochromes’. MAXIMUM YIELD USA, Oct 2018, p. 60-66.
(3) Shinkle, J 2016. ‘BASIC PHOTOMORPHOGENESIS’. photobiology.info. Department of Biology, Trinity University, San Antonio. Pieejams tiešsaistē: http://photobiology.info/Shinkle.html
(4) Nelson, J. A., & Bugbee, B. (2014). Economic Analysis of Greenhouse Lighting: Light Emitting Diodes vs. High Intensity Discharge Fixtures. PLoS ONE, 9(6), e99010. http://doi.org/10.1371/journal.pone.0099010
(5) (Nelson, JA. 2014)
