Розділ 2
Вибір методики експерименту та об’єктів дослідження світлокультури рослин
2.1. Принципи вибору джерел світла для світлокультури рослин
На підставі численних і глибоких досліджень можна виділити кілька критеріїв, на
базі яких використовують сучасні ДС у рослинництві, а також окреслити основу
для подальших цілеспрямованих пошуків зі створення спеціальних рослинницьких ДС
(СДСР).
Один із основоположників рослинницької світлотехніки В.В. Мєшков [82]
запропонував підбір ламп для вказаної мети як на підставі значень світлового
потоку, так і спектральних характеристик відповідно до фотобіологічних
процесів, що протікають у рослинах за інших рівних умов (термін служби,
стабільність характеристик ДС, системи живлення і т.д.) З цією метою в 60-х
роках XXст. було прийнято за основу неселективну криву - ФАР, яка
використовується і дотепер.
Перш ніж перейти до формулювання принципів створення рослинницьких ДС,
відзначимо дві особливості, які мають загальний характер та логічно випливають
з ідеї створення рослинницьких світлосистем, що їх необхідно мати при
розв’язанні аналогічних завдань.
Умовно кажучи, світлокультуру рослин можна розділити на створення світлосистем
у «чистому вигляді», тобто коли рослини перебувають поза дією сонячного
випромінювання (умови полярної ночі, теплиці в підвалах, в умовах нетривалого
світлового дня і т.п.), й опромінення рослин під дією сонячного світла в
осінньо-весняний період, коли частка штучного освітлення у всьому циклі
світлового впливу на рослини не перевищує 30%.
У першому випадку, створення рослинницької лампи є актуальним, тому що дає
помітний ефект і стимулює подальші наукові пошуки в цьому напрямі, тоді як у
другому випадку відокремити явну перевагу тих чи інших ДС досить складно, а
пошук і впровадження ДС має сенс здійснювати на підставі результатів рішення
першого завдання.
Проте при розв’язані другого завдання, як правило, на практиці йдуть найбільш
простим шляхом використання установок для опромінення рослин із досить високими
світловими й експлуатаційними характеристиками (натрієві і метало-галогенні
лампи), хоча для рослинництва ці ДС не призначалися.
У спеціальній літературі автори висловлюються як за створення спеціального ДС
для рослинництва, так і проти [21, 83-86]. Однак сучасний розвиток не дозволяє
реалізувати досить складні ідеї, про практичне втілення яких 10 – 30 років тому
не могло бути й мови.
2.1.1. Теоретичні аспекти підбору ДС для рослинництва
Згідно з твердженнями [82], в основі вибору ДС для світлокультури рослин лежить
принцип порівняння комплексу різних характеристик. За основу взято поняття
відносної фітоактивноcті випромінювання різних ДС, що дає змогу оцінити
відносну ефективність досліджуваного випромінювання стосовно еталонного за
однакової освітленості. Учений [82] ввів коефіціент фотосинтезної ефективності
(a) досліджуваного випромінювання.
a= (2.1)
У таблиці 2.1 наведено розподіл енергії випромінювання у діапазоні ФАР деяких
джерел випромінювання: Dlс=400-500 нм, Dlз=500-600 нм, Dlс=600-700 нм. Одна з
переваг існуючої моделі полягає у тім, що вона дозволяє робити кроки в напрямі
підвищеної точності подібних розрахунків, а відповідно й удосконалювати
точність методу.
Комплексний підхід до вибору рослинницької лампи повинен доповнюватися низкою
спеціальних вимог, які характеризують тип культури, що вирощується, світловими
й експлуатаційними характеристиками ДС, системою живлення мережі. На жаль,
питання оптимізації рослинницьких систем, які опромінюють, ще не вирішено, хоча
нині йде збір інформації щодо раціонального використання ДС у згаданому
напрямі.
К.к.д. у діапазоні ФАР(hФАР) можна записати в загальному вигляді як
hФАР=, (2.3)
де Фе–потік випромінювання в діапазоні ФАР, Вт
Р–потужність лампи, Вт
У свою чергу;
, (2.4)
де Sn(л)– відносна усереднена по спектральному інтервалі енергія
випромінювання.
А в практичних розрахунках припустиме використання виразу:
(2.5)
Для спектра з 3-х умовно розділених діапазонів
, (2.6)
Для більш точних розрахунків кількість спектральних інтервалів може бути
збільшена залежно від точності, наприклад, до 6-ти і т.д.
Для шести спектральних інтервалів останній вираз має вигляд:
(2.7)
При цьому S1(Dl)=400-450нм;
S2(Dl)=450-500нм;
S3(Dl)=500-550нм;
S 4(Dl)=550-600нм;
S 5(Dl)=600-650нм;
S6(Dl)=650-700нм;
У більш точних розрахунках аналогічним чином можна отримати вираз для меншого
значення Dл, відповідно з меншою похибкою.
Наведені вирази дають можливість здійснювати розрахунки випромінювання, яке
використовується для світлокультури рослин із наближеним (три спектральних
діапазони) і більш точним у варіантах (наведені нами вирази (2.7)).
Таблиця 2.1
Розподіл енергії випромінювання у діапазоні ФАР деяких джерел випромінювання:
Dlс=400-500 нм, Dlз=500-600 нм, Dlч=600-700 нм
Тип джерела випромінювання
Випромінювання в окремих діапазонах ФАР, (F?л=400ч700=100),%
Ф,
клм
Сум. потік ФАР, Вт
К.к.д.ФАР
400-450
450-500
500-550
550-600
600-650
650-700
Сонце атм.
16,6
19,2
17,6
17,0
15,6
14,0
ДРТ-1000
39,20
0,6
29,2
28,5
1,2
1,3
33,0
110,3
0,11
ДРЛ-400
22,30
3,0
24,6
32,8
11,8
5,5
23,0
86,0
0,21
ДРЛ-2000
25,00
2,5
20,0
28,4
16,7
7,4
120,0
401,3
0,2
ДКсТ-5000
15,70
19,3
15,7
15,6
14,5
19,2
98,0
431,8
0,09
ДРИ-400
15,00
16,4
40,1
23,6
0,9
4,0
34,0
114,6
0,29
ДРФ-1000
12,80
19,7
7,2
9,7
13,3
37,3
90,0
ДРЛФ-400
20,30
2,5
24,2
33,7
7,8
11,5
12,8
33,0
0,08
ЛЛ-1
22,10
6,1
4,
- Київ+380960830922