Использование дополнительных и единственных

Эта серия статей взята из многогосударственного исследовательского проекта «Управление ресурсами в коммерческом тепличном производстве».

Возобновление интереса к городскому сельскому хозяйству с контролируемой средой (CEA) сопровождалось возросшим интересом к продуктам питания, производимым на местном уровне и устойчивым путем. Потребители все больше и больше требуют, чтобы их продукция не содержала химикатов, и хотят знать, где и как она была выращена. Очевидно, что производство сельскохозяйственных культур в городских условиях имеет ключевые преимущества, такие как близость к рынку, увеличенный срок хранения и знание потребителями методов производства. Однако существуют и серьезные проблемы, такие как наличие подходящей земли, свободной от опасных материалов, высокая стоимость недвижимости и налогов, разрешений и правил, поиск квалифицированной рабочей силы и конкуренция со стороны более дешевой продукции, выращенной в поле. Преимущество CEA заключается в том, что большинство условий окружающей среды можно тщательно контролировать, что обеспечивает круглогодичное производство и почти гарантирует самые высокие потенциальные урожаи. Типичные структуры выращивания варьируются от высоких туннелей до теплиц (рисунок 1), а также перепрофилированные здания (Рис. 2) или транспортных контейнеров (Рис. 3), которые позволяют очень мало или вообще не допускать солнечного света к растениям.

В зависимости от широты и конкретного сезона, вполне вероятно, что электрическое освещение необходимо либо для дополнения естественно доступного солнечного света для повышения урожайности, для увеличения продолжительности дня, либо для использования в качестве единственного источника света. Поскольку человеческий глаз не особенно хорошо оценивает разницу в интенсивности света и поскольку люди обычно могут хорошо работать при относительно низкой интенсивности света, мы не понимаем, сколько фотосинтезирующих световых растений необходимо для роста и развития. На самом деле растениям нужно гораздо больше света, чем можно было бы предположить среднестатистическому человеку. Таким образом, освещение растений является важнейшим компонентом городской среды растениеводства.

В CEA обычно используются три различных типа электрических ламп: люминесцентные (FL), газоразрядные (HID) и светодиоды (LED). Лампы HID можно разделить на натриевые лампы высокого давления (HPS) и металлогалогенные лампы (MH). Лампы FL и HID бывают разных размеров и мощности, но после установки они излучают свет с фиксированным цветовым спектром. В среднем лампы ФЛ преобразуют примерно 20 процентов подаваемой электрической энергии в фотосинтетически активное излучение (ФАР; обсуждается ниже), которое растения используют для фотосинтеза. Их часто используют в камерах роста или проращивания, предназначенных для производства рассады или культуры тканей. Эффективность преобразования увеличивается примерно до 30 процентов для HID-ламп. Цветовой спектр света, излучаемого лампами MH, содержит немного больше синего цвета, чем лампы HPS, и их чаще всего используют в садовых центрах, чтобы растения выглядели более реалистично по цвету. Лампы HPS имеют эффективный спектр света, способствующий цветению растений длинного дня и фотосинтезу.

Последние технологические достижения сделали светодиодные лампы высокой интенсивности более привлекательными в качестве фотосинтетических источников освещения: они могут быть разработаны для создания определенного цветового спектра или позволяют регулировать спектр в зависимости от потребностей растения. В отличие от ламп HID, светодиодные лампы производят мало лучистого тепла, поэтому их можно размещать гораздо ближе к кроне растения, не повреждая ткани листьев (Рис. 4 ). Однако светодиодные лампы по-прежнему выделяют (конвективное) тепло, которое необходимо отводить для обеспечения эффективной работы и максимального срока службы. Светодиодные лампы, специально разработанные для выращивания растений, недавно превзошли по эффективности преобразования двуцокольные лампы HPS и, как ожидается, достигнут еще более высокой эффективности преобразования в будущем. Большинство светодиодных ламп высокой интенсивности для садоводства содержат красные и синие диоды, а также могут содержать белые диоды, позволяющие людям видеть истинный цвет растений.

PAR относится к диапазону волн света (от 400 до 700 нм), который используется растениями для фотосинтеза. Количество ФАР, которое растение получает до определенного для вида уровня, увеличит скорость фотосинтеза и в конечном итоге приведет к улучшению роста, качества и урожайности. Примерно 45 процентов солнечной энергии попадает в диапазон волн ФАР от 400 до 700 нм. Энергия за пределами области PAR менее фотосинтетически активна, но может влиять на реакции растений, такие как цвет листьев/цветков (т. е. УФ-излучение может способствовать концентрации антоцианов), удлинение стебля (соотношение красного: дальнего красного света и синего излучения), цветение. , а также может повышать температуру растений (инфракрасное излучение).