Ультрафиолетовый свет играет критически важную роль в жизни растений, так же как и удобрения. Особенно заметно его влияние в теплицах, где широко используется искусственный свет. Тем не менее стекло и поликарбонат, из которых сделаны эти конструкции, препятствуют проникновению ультрафиолетовых лучей. Поэтому для обеспечения оптимального роста и развития растений требуется дополнительное освещение.
UV LED в сельском хозяйстве
За последние десять лет рынок чипов UV LED (ультрафиолетовых светоизлучающих диодов) увеличился в пять раз и, по прогнозам, к 2025 году достигнет 1 миллиарда долларов. Причиной такого значительного роста является повышенный интерес к этим технологиям в сфере сельского хозяйства. Ультрафиолетовый свет, при правильной частоте и дозе, способен значительно улучшать уровень необходимых активных веществ в растениях, тем самым повышая их здоровье и защищая от различных болезней и вредителей. Однако для того чтобы в полной мере использовать потенциал ультрафиолетового света, необходимо учитывать несколько важных аспектов, касающихся его внедрения и применения.
С развитием городского сельского хозяйства и появлением новых тепличных технологий открываются перспективы для массового использования светодиодного освещения, особенно ультрафиолетового. Это позволяет не только экономить электроэнергию, но и максимально использовать потенциал УФ-излучения, особенно УФ-А и УФ-В, в процессе роста растений.
Исследования показывают, что использование ультрафиолетового света способствует достижению высокой концентрации ценных активных веществ, таких как антиоксиданты, в растениях. Ультрафиолетовый свет также помогает сохранить здоровье растений, ограничивая рост плесени и определённых вредителей. Он служит альтернативой химическим средствам, которые могут быть гораздо более вредными для окружающей среды. Хотя почти все лампы, используемые для выращивания растений в помещениях, излучают некоторую долю УФ-излучения, это излучение в основном задерживается материалом линз, чаще всего стеклом.
С уменьшением цен на ультрафиолетовые светодиоды становится всё более целесообразным их применение в сельскохозяйственном производстве. Это требует внимательного выбора соответствующей длины волны и дозы излучения, а также настройки этих параметров в зависимости от стадии роста растений.
Классификация ультрафиолетовых волн
Ультрафиолетовый свет представляет собой часть электромагнитного спектра с длиной волны от 10 до 400 нм. Эта часть спектра находится сразу до видимого света и включает более короткие длины волн. Несмотря на то что человеческий глаз не способен воспринимать ультрафиолетовый свет, некоторые животные, такие как некоторые виды птиц и насекомых, могут его воспринимать.
Большая часть ультрафиолетового излучения от Солнца поглощается атмосферой. Способность атмосферы к поглощению уменьшается с увеличением длины волны: ультрафиолетовое излучение в крайне коротком диапазоне (10-120 нм) почти полностью поглощается, в то время как в среднем (200-300 нм) и длинном диапазоне (120-200 нм) оно также подвергается значительному поглощению.
Разработка технологии УФ-светодиодов
На рынке ультрафиолетового излучения по-прежнему преобладают другие источники света, такие как ртутные лампы. Однако наблюдается активный рост рынка УФ-светодиодов, вызванный как развитием технологий их производства, так и возрастающим давлением со стороны потребителей и производителей, стремящихся найти более экологичные и энергоэффективные способы генерации ультрафиолетового излучения.
Светодиоды, излучающие в верхнем диапазоне УФ (390-420 нм), доступны на рынке с конца 1990-х и в основном находят применение в криминалистике и для проверки подлинности документов и банкнот. Большая часть рынка УФ-светодиодов связана с оснащением для отверждения материалов с использованием УФ-излучения, где обычно используется диапазон УФ-А с длиной волны 350-390 нм.
Более короткие длины волн (из диапазонов UV-B и UV-C) в частности применяются для дезинфекции продуктов питания, воздуха, воды и поверхностей. Ультрафиолетовые светодиоды начали использоваться для этих целей относительно недавно — первое коммерческое устройство для дезинфекции воды на основе светодиодов появилось на рынке в 2012 году. Преимущества светодиодных систем заключаются не только в их высокой энергоэффективности, но и в компактных размерах, что позволяет делать эти устройства более миниатюрными.
Что такое УФ-лампа?
Чтобы растения росли, процветали и цвели, им нужен дополнительный источник света — ультрафиолетовая лампа для растений, также называемая фитолампой или зеленым светильником. Этот прибор оказывает значительное влияние на жизнь растений и довольно прост в использовании. Он подходит для большинства типов и видов комнатных растений, обеспечивая им необходимое количество света для полноценного функционирования.
Фитолампа представляет собой ультрафиолетовый осветительный прибор, предназначенный для применения в помещениях с целью создания оптимальной системы освещения. Такие лампы могут быть как заводского производства, так и самодельными. Искусственное «солнце» запускает процессы фотосинтеза, в результате которых растение выделяет энергию и кислород, как если бы оно находилось под действием солнечного света. Не все виды растений нуждаются в дополнительном источнике ультрафиолетового света, а только те, которые требуют длительного светового дня, каково это обычно для тропических растений. Устремление минимизировать расходы на электроэнергию привело к разработке ультрафиолетовых ламп.
Польза и действие ультрафиолета
Ультрафиолетовый свет — это световой пучок с разнообразными длинами волн (от 10 до 400 нм). Длину волны до 200 нм относят к дальнему ультрафиолету, который не используется в бытовых условиях. Длины волн до 400 нм классифицируют следующим образом:
- коротковолновый — от 200 до 290 нм;
- средневолновый — от 290 до 350 нм;
- дальневолновый — от 350 до 400 нм.
Длинноволновое и средневолновое ультрафиолетовое излучение активно в природе, и без УФ-излучения растения не могут существовать. Ультрафиолет закаливает зелень, делая ее более устойчивой к температурным колебаниям, питает и поддерживает здоровье растений. Правильный выбор источника УФ-излучения может способствовать образованию новых побегов, прорастанию семян, плодоношению, развитию кроны и корневой системы, а также регулированию сроков цветения.
Освещение для домашнего сада
При выборе или установке УФ-ламп необходимо учитывать определенные правила освещения растений, иначе осветительный прибор может не только не способствовать росту, но и нанести вред вашему мини-саду. Основные требования к световому потоку лампы для растений включают:
- он должен быть максимально приближен к естественному источнику света;
- необходимо ограничение по времени свечения, ориентированное на каждую категорию растений;
- излучаемая электроэнергия должна соответствовать условиям естественной среды;
- не стоит превышать допустимый уровень излучения;
- достаточно минимально удовлетворять потребности в ультрафиолете.
Ультрафиолетовые лампы классифицируются и выбираются в зависимости от их воздействия на растения. Они могут как стимулировать, так и подавлять цветение, ускорять прорастание, всходы и плодоношение.
Причина 2 для использования УФ-А: он может повысить питательность ваших растений
Подобно тому, как небольшие дозы ультрафиолетового света приносят пользу человеку, помогая вырабатывать витамин D, растения также реагируют на минимальные излучения ультрафиолета, увеличивая выработку антиоксидантных соединений, таких как флавоноиды и фенольные соединения. Эти соединения, кстати, придают фруктам и овощам их яркие фиолетовые, красные и синие цвета. Многие из этих веществ являются мощными антиоксидантами, оказывающими положительное влияние на здоровье человека. Флавоноиды, например, связаны с увеличением продолжительности жизни, поддержанием здорового веса, укреплением сердечно-сосудистой системы, снижением риска рака и профилактикой нейродегенеративных заболеваний. Другие фенольные соединения играют важную роль в профилактике и лечении рака.
Экспериментальное воздействие УФ-А на питательные соединения растений
Причина 3 для использования УФ-А: он может улучшить вкус ваших растений / УФ-А может увеличить уровень терпена
Те самые «солнцезащитные» соединения, о которых упоминалось ранее, также являются основными источниками аромата растений. Следует отметить еще одну причину: УФ-А может повысить устойчивость растений к грибковым инфекциям.
Облучение УФ-А может привести к увеличению толщины «кожи» или эпидермиса растения, что делает его более устойчивым к грибковым инфекциям (Victório, Cristiane Pimentel и др. «Влияние дополнительного облучения УФ-А на развитие, анатомию и производство метаболитов Phyllanthus tenellus, культивируемого in vitro». Фотохимия и фотобиология 87.3 (2011): 685-689).
Вы, возможно, задаетесь вопросом, как УФ-А влияет на рост растений, если они не сильно фотосинтетически активны. Секрет УФ-А заключается не только в его фотосинтетической активности (хотя он весьма активен в большей части спектра УФ-А и хорошо поглощается хлорофиллом a и каротиноидами), но и в том, что он делает с вашими растениями.
Ультрафиолетовое излучение предоставляет растениям информацию об изменениях в их росте, химическом составе и транспирации.
Для растений свет — это не просто энергия, но и информация. Они разработали удивительные способы «восприятия» окружающей среды, что позволяет им регулировать свой рост и оптимизировать использование энергии. Первое, что «видят» растения — это другие растения. Если соседи находятся выше или рядом, они могут адаптировать размеры, расположение и количество листьев, химический состав листьев, а также определять, где должен появиться новый рост. Это позволяет растению захватывать максимальное количество света, несмотря на наличие конкурентов.
Это не только о том, чтобы определить направление самого яркого света, но и о том, какие длины волн света присутствуют вокруг и где они находятся. Когда свет проникает в растение или покидает его, ультрафиолетовый, синий и красный свет в основном отфильтровываются, тогда как зеленый и инфракрасный свет проходят через лист. Таким образом, растение понимает, что оно находится под интенсивным солнечным светом с высоким содержанием ультрафиолетового, синего и красного света. Обратная ситуация также верна: если интенсивность ультрафиолетового, синего и красного света низка, а зеленого и инфракрасного света высока, растение считает, что оно в тени. Обычно, когда растение считает, что оно находится в тени, оно начинает сильно вытягивать свои стебли и отклоняться назад. Если это происходит, и растению не мешают (например, в зоне с избытком зеленого и инфракрасного света), оно тратит ресурсы и снижает урожай.
Ультрафиолет A, наряду с синим светом, активирует ряд фоторецепторов (молекул, которые обнаруживают свет и посылают сигналы растению). В настоящее время идентифицированы такие фоторецепторы, как критохром, фототропин, ZTL/FKF1/LKP2 и в меньшей степени фитохром. Эти фоторецепторы вызывают множество изменений, включая увеличение синтеза хлорофилла, формирование более крупных листьев, которые улавливают больше света, и открытие устиц на листьях, что увеличивает проход углекислого газа.
Экспериментальное влияние УФ-А на рост растений
Использование ультрафиолетового излучения может способствовать тому, что ваши растения начинают светиться, и это свечение может повысить эффективность фотосинтеза. Как и при действии черного света (выпускающего ультрафиолет), фенольные соединения в листьях флуоресцируют (хотя это и незаметно для человеческого глаза). Это флуоресцирующее сине-зеленое излучение активирует фотосинтез в различных частях листа (Манта, Силаджа В., Грегори А. Джонсон и Томас А. Дэй. «Влияние флуоресценции и спектральные данные, свидетельствующие о том, что УФ-индуцированная фиолетово-сине-зеленая флуоресценция усиливает фотосинтез листьев». Фотохимия и фотобиология 73.3 (2001): 249-256).
Защита от грибка
Каждый садовод знает о борьбе с вредителями и болезнями растений. Даже при соблюдении всех мер предосторожности и использовании защитной одежды урожай может быть уничтожен грибком или бактериями. Как это происходит? Патогенные микроорганизмы часто распространяются воздушно-капельным путем, и для их размножения достаточно лишь нескольких благоприятных условий. Эксперименты показали, что применение ультрафиолетового света повышает устойчивость растений к грибкам в четыре раза. Это достигается за счёт утолщения листовой пластины, препятствующей прорастанию грибковых спор. Хотя процесс закаливания занимает некоторое время, такое воздействие делает саженцы более стойкими к болезням в будущем.
Солнечный свет передаёт растениям информацию. Он помогает растениям «видеть» и осознавать окружающий мир. Например, они способны оценить, нужно ли им расти быстрее для захвата солнечного света. В ходе исследований учёные обнаружили интересные данные. Растения могут «оценивать» наличие «соседей». Если высота соседних растений отличается, саженец начинает регулировать свой рост и количество листьев. Это относится как к размеру, так и к расположению листовых плиток. Главная задача любого растения — выжить и обеспечить продолжение вида. Следовательно, оно должно стремиться получать как можно больше солнечного света. Поэтому следует внимательно рассматривать расстояние между растениями. Если они посажены слишком близко, их побеги могут затенять друг друга. Глубина посадки также имеет значение: стебли будут вытягиваться, листья одних растений будут затенять другие. Растения могут различать не только яркость света, но и его длину волны. На основе этих данных побеги могут определить, находятся ли они под ярким светом или в тени. Если они ощущают тень, они начинают активно вытягиваться. Ультрафиолетовый и синий спектры влияют на фоторецепторы листа, что, в свою очередь, активирует фотосинтез и приводит к целому ряду изменений:
- выработка хлорофилла;
- увеличение размера листьев;
- открытие устьиц для улучшенного поглощения углекислого газа.
Выбор лампы
Таким образом, для успешного роста растений в основном используют не специализированные ультрафиолетовые лампы, а лампы, работающие по принципу УФ-излучения. Как же выбрать правильную? УФ-лампы применяются в тех ситуациях, которые были описаны выше (для создания стрессового состояния и запуска необходимых процессов). Для ускорения роста растений необходимо, чтобы источник света имел длину волны около 440 нм (синий) и 660 нм (красный). Данные длины волн находятся в видимом диапазоне, а не в УФ-диапазоне, поскольку именно это излучение используется для фотосинтеза, известного как фотосинтетически активное излучение (PAR).
На следующем изображении представлен оптический диапазон и активность различных растительных процессов, которые увеличиваются за счёт более активного поглощения красного и синего светового спектра хлорофиллом (главным пигментом растений).
На следующем изображении представлены данные о поглощении различными типами растительных пигментов — хлорофиллом a, хлорофиллом b и каротиноидами. Каротиноиды поглощают лишь часть зеленого спектра и передают свою энергию для фотосинтеза.
Видно, что зеленый диапазон видимого света почти не поглощается хлорофиллом, т.е. он не отражает его. Именно поэтому «трава зелёная, а небо голубое». С научной точки зрения, фотоны с короткой длиной волны имеют очень высокую энергию и могут повредить клетку (как коротковолновое ультрафиолетовое излучение), поэтому они отфильтровываются озоновым слоем. Энергия длинноволновых фотонов, напротив, низкая. На верхней диаграмме показана скорость поглощения, а на нижней — активность фотосинтеза.
В заключение, давайте подытожим, какая длина волны за что отвечает в процессе роста растений:
- 640–660 нм — красные цвета необходимы для репродуктивного развития и укрепления корневой системы взрослых растений;
- 595–610 нм — оранжевые цвета способствуют цветению и созреванию плодов;
- 440–445 нм — сине-фиолетовые оттенки нужны для вегетативного развития;
- 380–400 нм — ближний УФ-диапазон может регулировать скорость роста и синтез белков;
- 280–315 нм — средний ультрафиолет полезен для повышения морозостойкости.
Таким образом, для роста растений в основном используются лампы с красным 660 нм и синим 440 нм в качестве основных пиков спектра.
Сочетание этих цветов создает фиолетовое или розовое свечение, что зачастую приводит к путанице: такие лампы нередко называют ультрафиолетовыми лампами для растений. Кроме этого, пики по этим длинам волн не имеют четкой локализации; их можно сравнить с горами, плавно переходящими в соседние области.
Сегодня на практике лампы выбираются либо из отдельных светодиодов с соответствующими длинами волн, либо из светодиодов, обеспечивающих полный спектр.
Пример лампы для растений из дискретных монохромных светодиодов с длинами волн 440 и 660 нм.
Примечание: в светодиодной лампе для растений с полным спектром все светодиоды имеют одинаковый цвет.
Рекомендации по использованию
Тем не менее не все цветы и другие растения нуждаются в дополнительном освещении. На следующем изображении представлены признаки недостатка и избытка света; подробнее об этой теме можно узнать в специальных руководствах по уходу за различными видами растений.
Общая рекомендация по использованию УФ-ламп заключается в необходимости обеспечения достаточного светового дня для соответствующих видов растений. Также важно помнить о том, что в фазе прорастания следует использовать освещение с преобладанием синих оттенков, тогда как для фаз цветения и плодоношения необходимо преобладание красных волн. Иными словами, для каждого периода роста растений должны быть выбраны соответствующие лампы. Также время работы УФ-ламп должно определяться исходя из потребностей растения. Многие растения могут хорошо развиваться без УФ-облучения, но, например, укроп вырастет менее ароматным без него.
Облучение растений УФ-лучами не всегда обязательно и используется только для достижения конкретных результатов, описанных в первой части данной статьи.
Важно учесть, что при использовании светодиодных ламп выделяется гораздо меньше тепла, нежели при использовании, например, ДНаТ (дисперсных натриевых ламп). Поэтому при использовании же ДНаТ необходимо следить за температурой листьев, чтобы они не перегревались. Продолжительность дополнительного освещения для растений определяется экспериментальным путём и индивидуально. Например, дополнительное освещение может проводиться как в утренние, так и вечерние часы, если в течение дня растения получают достаточное количество света.
Рекомендации для аквариума во многом схожи с теми, что применяются для домашних садов. Однако важно также учитывать предпочтения и реакции рыб и других обитателей аквариумов.
Даже если в вашей географической широте или конкретной комнате недостаточно света в течение дня, лампы для растений могут обеспечить свет в течение длительного времени.
↑
Есть ли вред для человека
Многие посетители нашего сайта часто обращаются с вопросом, не представляет ли использование ультрафиолетовых ламп для цветов, а особенно для растений, опасности для человека. Именно это мы постараемся выяснить! Ультрафиолетовые лампы могут выделять озон — газ, который вреден при вдыхании. Он раздражает слизистые оболочки, может нанести вред сердечно-сосудистой системе и в крайних случаях привести к летальному исходу. Ультрафиолетовый свет также может быть опасен для зрения. Поэтому рекомендуется избегать пребывания в помещениях с включенными ультрафиолетовыми лампами и по возможности проветривать помещение.
Стерилизация помещений с помощью ультрафиолетовых ламп.
Тем не менее стоит помнить, что большая часть УФ-ламп является люминесцентными и содержат пары ртути. Если такая лампа разбивается, необходимо собрать осколки, провести их очистку и тщательно проветрить помещение. Разбитая лампа не представляет значительной угрозы.
Люминесцентные лампы не оказывают значительного воздействия, кроме раздражения глаз, что требует осторожности. На это можно не обращать внимания, но с остальными аспектами безопасности нужно быть внимательным.
