Освещение в теплице: как обеспечить оптимальные условия для роста растений

Освещение в теплице: как обеспечить оптимальные условия для роста растений

С середины прошлого века и до нынешних дней электрические светильники – оптимальный источник искусственного освещения теплиц. Но чтобы получить качественную досветку и повысить урожайность растений, к выбору светильников нужно подойти максимально ответственно.

Современный рынок светотехники предлагает большой выбор осветительных приборов для теплиц, которые различаются источниками света, уровнем энергопотребления, эффективностью освещения, ценой и множеством других параметров. Покупая светильники, нужно опираться на следующие характеристики:

• Мощность (Ватт) — энергопотребление прибора за час непрерывной работы.
• Световой поток (люмен) — владея информацией о количестве света, излучаемого каждой лампой, удастся организовать систему освещения с оптимальным числом светильников.
• Цветовой спектр света — электромагнитные волны разной длины, воспринимаемые пигментами растения. К примеру, вещества, улавливающие световые волны красного сегмента спектра, отвечают за полноценное развитие корней и плодов. На лучи синего спектрального диапазона реагируют пигменты зеленой биомассы растения. Для стимуляции фотосинтеза в листьях нижнего яруса необходимы желто-зеленые световые волны. Еще один важный фактор, который нужно учесть при организации искусственного освещения теплицы, это ультрафиолет. Невидимая, но важная часть светового излучения препятствует излишнему вытягиванию стебля, делает растения устойчивыми к воздействию холода и микроорганизмов. Оптимальная система освещения теплицы должна состоять из приборов с излучением широкого спектрального диапазона – в этом случае светильники будут стимулировать и вегетативное развитие растений, и созревание плодов.
• Экономичность — тепличная система освещения должна иметь оптимальное соотношение мощности и потребления электричества. Энергоемкое осветительное оборудование приводит к значительным затратам на оплату энергии, снижает рентабельность агропромышленного предприятия и сводит на нет все выгоды высокой урожайности.
• Уровень защиты от пыли и влаги (IP) — светильники, защищенные от негативного воздействия внешних факторов, являются лучшим вариантом для тепличных сооружений, где грунт выступает источником пыли, а регулярный полив приводит к высокому уровню влажности. Здесь наиболее подходят приборы с IP67, которые имеют непроницаемый корпус и дополнительную герметизацию элементов освещения и питания.

Связанные вопросы и ответы:

Как влияет освещение на рост растений в теплице

Многие садоводы и огородники задумываются о том, как улучшить условия выращивания растений в теплице. Одним из таких улучшений может быть установка автоматической системы освещения. Это позволит регулировать продолжительность светового дня в теплице, что особенно актуально в период зимнего затемнения и вечером весной и осенью.

Выбор подходящей системы

Перед установкой автоматической системы освещения необходимо определиться с ее типом. На рынке существует несколько вариантов:

• Таймеры с регулируемыми часами включения/выключения. Это самый простой вариант системы освещения. Таймеры можно настроить на определенное время включения и выключения света в теплице;
• Датчики освещенности. Такие системы автоматически включают свет в теплице, когда уровень освещения становится ниже заданного значения;
• Датчики времени суток. Эти системы учитывают длительность светового дня в определенной точке и включают свет в теплице, когда натуральное освещение недостаточно.

Подключение системы

Установка автоматической системы освещения в теплице производится в несколько этапов:

1. Подготовка электрической разводки. Необходимо провести электропроводку от источника питания до мест, где будут установлены лампы освещения;
2. Установка светильников и проводов. Светильники следует располагать на определенном расстоянии друг от друга, чтобы обеспечить равномерное освещение всей площади теплицы;
3. Подключение системы управления освещением. Для этого необходимо правильно соединить таймеры или датчики с электрической разводкой;
4. Настройка и тестирование системы. После установки необходимо настроить параметры работы системы, проверить ее функциональность и корректность работы.

Важно помнить, что установка автоматической системы освещения в теплице требует некоторых знаний в области электрики. В случае отсутствия достаточного опыта рекомендуется обратиться к специалистам.

Какие типы источников света наиболее подходящие для теплицы

Световое загрязнение нарушает циркадные ритмы и экосистемы по всему миру, но для растений, зависящих от света для фотосинтеза, его последствия могут быть наиболее серьезными. Ученые обнаружили, что воздействие высоких уровней искусственного света ночью делает листья деревьев жестче и труднее для поедания насекомыми, что ставит под угрозу городские пищевые цепи, пишет Phys.org.

«Мы заметили, что по сравнению с естественными экосистемами листья деревьев в большинстве городских экосистем обычно демонстрируют мало признаков повреждения насекомыми. Нам было интересно почему, — комментирует ученый Шуан Чжан из Китайской академии наук. — Здесь мы показываем, что у двух наиболее распространенных видов деревьев в Пекине искусственное освещение ночью привело к повышению прочности листьев и снижению уровня их поедания».

Искусственное освещение увеличило уровень ночной яркости почти на 10%: большая часть населения мира испытывает световое загрязнение каждую ночь. Поскольку свойства растений влияют на их взаимодействие с другими растениями и животными, любые изменения в растениях, вызванные искусственным освещением, могут оказать значительное влияние на экосистему.

Ученые подозревали, что растения, сталкивающиеся с высоким уровнем искусственного освещения, будут фокусироваться на защите, а не на росте, производя более жесткие листья с большим количеством химических защитных соединений. Чтобы проверить это, они выбрали два распространенных вида уличных деревьев: софора японская и зеленый ясень. Хотя эти деревья во многом похожи, у софоры японской листья меньше и мягче, что предпочитают травоядные.

Ученые определили 30 мест отбора проб, расположенных примерно на расстоянии 100 метров на главных дорогах, которые обычно освещаются всю ночь. Чтобы определить уровень воздействия искусственного освещения, они измерили освещенность на каждом участке. Было собрано почти 5500 листьев, которые были оценены с точки зрения их привлекательности для насекомых и характеристик, на которые может повлиять искусственное освещение, таких как размер, прочность, содержание воды. Кроме того, ученые изучили уровни питательных веществ и химической защиты листьев.

Для обоих видов деревьев более высокие уровни искусственного освещения означали появление более жестких листьев. Чем жестче лист, тем меньше они были привлекательны насекомым. Чем интенсивнее свет, тем чаще ученые сталкивались с листьями, которые не показывали никаких признаков интереса к ним со стороны травоядных.

«Механизм, лежащий в основе этой закономерности, еще не до конца изучен, — комментирует эксперт. — Возможно, что деревья, подвергающиеся воздействию искусственного освещения в ночное время, могут увеличить продолжительность фотосинтеза. Кроме того, эти листья могут выделять большую долю ресурсов на структурные соединения, такие как волокна, что может привести к повышению прочности листьев».

По словам ученого, изменения в структуре листьев коррелируются с более низкой численностью травоядных насекомых, что в свою очередь может привести к снижению численности хищных насекомых, насекомоядных птиц и других представителей фауны. «Сокращение численности насекомых — это глобальная тенденция, наблюдаемая в последние десятилетия. Мы должны уделять больше внимания этой тенденции», — заключает специалист.

Ранее ученые заметили уникальное поведение среди горных деревьев в бразильском Атлантическом лесу. Судя по всему, из-за роста средней температуры на Земле, они ищут более прохладные места и, буквально, поднимаются в горы. Подробнее об этом написано в другом материале Hi-Tech Mail .

Как определить оптимальную интенсивность света для растений в теплице

В последние годы исследования в Harrow сосредоточились на тестировании различных схем освещения при более длительных фотопериодах (до 24 часов) и сниженной интенсивности света, чтобы найти способы преодоления повреждений от длительного фотопериода. Это было сделано с использованием динамических светильников, способных создавать различные световые спектры с разной интенсивностью в разное время суток.

Динамические схемы освещения для помидоров и результаты:

Первое успешное испытание 24-часового света, проведенное учеными в Harrow, было опубликовано в 2019 году (Lanoue и др., 2019). В нем изучалось производство помидоров в теплице при 24-часовом дополнительном освещении с использованием чередующегося красного света (200 µmol/m^2/с с 6:00 до 18:00) и синего света (50 µmol/m^2/с с 18:00 до 6:00). Это сравнивалось с 12-часовым фотопериодом освещения с красными и синими светами (красный при 200 µmol/m^2/с плюс синий при 50 µmol/m^2/с с 6:00 до 18:00). Освещение применялось с ноября по май. Дополнительное освещение оставалось включенным независимо от уровней солнечного излучения, чтобы обеспечить одинаковый общий DLI для обоих методов.

Растения, выращенные при 24-часовом освещении, росли аналогично тем, которые находились под 12-часовым светом, но они производили на 12% больше листовой поверхности и на 10% больше свежего стебля по весу. Растения при обоих режимах освещения также производили примерно одинаковое количество плодов, но плоды, выращенные при 24-часовом свете, весили на 15% больше, чем плоды, выращенные при 12-часовом освещении. Однако эти различия были видны только в первые недели эксперимента. Растения, выращенные при обоих режимах освещения, были схожими позднее в сезоне роста.

Как регулировать длительность световой дня в теплице

УФ-излучение можно разделить на три категории.: УФА (320-400 нм), УФБ (280-320 нм), и УФС (100-280 нм). Однако, только UVA и UVB полезны в условиях выращивания..

• УФА-свет (320-400 нм): UVA-свет используется во многих светильниках для выращивания растений, но он не воспринимается человеком.. Исследования показали, что 385 УФ-излучение нм способствует накоплению фенольных соединений и повышению антиоксидантной активности растительных экстрактов, не оказывая существенного влияния на процессы роста..
• УФБ-свет (280-320 нм): Он небезопасен для воздействия на человека, но было обнаружено, что он повышает уровень ТГК в каннабисе..

В зависимости от интенсивности и продолжительности воздействия, Воздействие ультрафиолета на растения может быть разным. Когда растения подвергаются воздействию умеренных доз УФ-излучения, это действительно может иметь положительный эффект. Это воздействие стимулирует выработку вторичных метаболитов, таких как флавоноиды и антоцианы.. Эти соединения служат антиоксидантами., обеспечение защиты растений от УФ-повреждений. Более того, эти метаболиты могут повысить пищевую и лекарственную ценность сельскохозяйственных культур., предлагая дополнительные преимущества.

Однако, чрезмерный уровень УФ-излучения может быть вреден для тканей растений.. Он может вызывать мутации в ДНК и подавлять фотосинтез., что приводит к снижению роста, более низкая доходность, повышенная восприимчивость к болезням и вредителям.. В экстремальных обстоятельствах, слишком много ультрафиолетового света может привести к гибели клеток и даже гибели растений..

Как избежать переотработки растений из-за чрезмерного освещения

Хвойные в зоне риска

Ранней весной солнце особенно ощутимо вредит вечнозелёным туям, елям, можжевельникам, самшиту и т.д. Дело в том, что эти растения и зимой продолжают испарять воду. Весной солнечная активность стимулирует в хвоинках и чешуйках растений фотосинтез, в процессе которого, как известно, происходит поглощение углекислого газа и воды.

То есть хвоя сильно нагревается и начинает испарять, запасённую ещё осенью влагу, но она быстро заканчивается. Ранней весной корни не в состоянии обеспечить поступление воды из мёрзлой почвы к тканям растений. Как следствие, хвоя пересыхает, буреет, растение «горит». В конечном итоге она осыпается, а веточки начинают засыхать.

Процесс фотосинтеза у хвойных растений, по мнению исследователей, может начаться даже во время коротких зимних оттепелей. В такие периоды выход из состояния покоя связывают с потеплением климата.

Угрозы для роз

Солнечные ожоги также могут привести к утрате первозданной красоты у роз и даже к их гибели. В основе лежит также «физиологическая засуха»: солнце сильно пригревает, растение оживает и начинает испарять влагу, а её поступления к стеблям, на которых могут появиться первые почки, ещё нет. Розы чернеют и усыхают — это и есть солнечный ожог.

Удар по коре фруктовых

В конце февраля — начале марта тщательного осмотра на предмет получения солнечного ожога требуют фруктовые деревья. Признаками являются тёмные пятна, отшелушивание коры, трещины на стволе и ветвях.

Кора может пострадать даже у деревьев, которые были укрыты на зиму. Например, при обертывании тонким полиэтиленом, который туго примотан к стволу, под ним на солнцепёке возникнет настоящий парник, в котором кора «сгорает».

Более всего солнечным ожогам подвержены :

• недостаточно зимостойкие сорта яблонь;
• нерайонированные сорта вишни;
• абрикосовые и персиковые деревья;
• недавно посаженный молодняк.

Обгоревший урожай

Солнечные ожоги опасны не только ранней весной, но и в разгар сезона. Например, для зреющего урожая. На яблоках они визуально проявляются в виде участков кожицы, утративших свой цвет, затем плоды темнеют и загнивают. Такие не пригодны для употребления даже в свежем виде, не то, что для зимнего хранения.

Если при высоких температурах воздуха на листья, побеги, соцветия и ягоды винограда попадают прямые солнечные лучи, то и тут до ожога недалеко. Достаточно нескольких капель воды, чтобы сработал «эффект линзы». На листьях появляются повреждения в виде язв, что ведёт к усыханию и отмиранию. Ягоды не вызревают полностью, приобретают «запеченный» вид и становятся рассадником инфекций.
Из-за длительного воздействия палящего солнца обгорают листья, стебли и даже плоды томатов и огурцов. Тогда количество и качество помидоров и зеленцов снижается.

Как обеспечить равномерное освещение в теплице

Для владельцев теплиц и других огородников с наступлением весны возникает вопрос затенения растений от солнца. Для этого используют затеняющую сетку. Она предназначена для защиты от солнца не только тепличных растений, но и культур в открытом грунте. Производители выпускают сетки различных размеров и с разным размером ячеек.

Проблема перегрева в теплицах может быть серьезной проблемой для садоводов и фермеров, так как неконтролируемая температура может погубить весь урожай. Пассивные методы охлаждения, такие как естественная вентиляция, затеняющие сетки считаются простыми и недорогими способами уменьшения накопления тепла в теплице, поскольку они требуют небольших первоначальных инвестиций .

Кроме теплиц и растений на огороде ее можно использовать и в хозяйстве, например, в навесах, тентах и даже в качестве изгороди. Материал, из которого её производят синтетический, поэтому она отличается прочностью и долговечностью.

Можно выбрать в ширину изделия от 2 до 16 метров, кроме того выпускаются они с различной степенью затенения от 30% до 80%. Сетки с легким и средним затенением используют для укрытия светолюбивых культур, а с сильным – в укрытии заборов и беседок.

Чтобы создать затеняющую сетку для огорода, вам понадобятся следующие материалы и инструменты:

1. Сетка с маленькими ячейками. Лучше всего использовать сетку, которая пропускает небольшое количество света и хорошо пропускает воздух.
2. Проволока или веревка.
3. Ножницы.
4. Крепежные скобы или шурупы.

Итак, приступим к изготовлению затеняющей сетки:

1. Измерьте размеры участка, который вы планируете затенять. Учтите, что сетка должна быть достаточно большой, чтобы покрыть все растения, но в то же время не слишком тяжелой и не вызывающей излишний напряжения для крепежных элементов.
2. Разверните сетку на земле и обрежьте ее до нужных размеров с помощью ножниц.
3. Прикрепите проволоку или веревку к углам сетки, чтобы иметь возможность закрепить ее на опорах.
4. Расположите сетку над огородом, обеспечивая ее равномерное натяжение. На этом этапе вам понадобятся опоры, к которым вы сможете закрепить сетку. Опоры могут быть деревянными столбами, металлическими конструкциями или существующими элементами вашего огорода.
5. Закрепите сетку на опорах, используя крепежные скобы или шурупы. Убедитесь, что сетка надежно фиксируется и не соскальзывает.

Готово! Ваша затеняющая сетка для огорода готова к использованию. Она поможет защитить ваши растения от солнечных ожогов, сохранит оптимальную температуру и уровень влажности в почве, а также уменьшит вероятность появления сорняков.

Помните, что затеняющая сетка необходима не только в жаркое время года, но и в периоды сильного солнечного освещения. Вы можете устанавливать и убирать ее по мере необходимости.

Как избежать теплового стресса растений из-за чрезмерного освещения

Работа призёров открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» по направлению «Инженеры» в секции «Приборостроение, микроэлектроника и схемотехника» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Микроэлектроника Авторы работы: ГБОУ Школа № 1580 Предметы: Физика Классы: 10 класс Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» по направлению «Инженеры» 2022 года

Актуальность

Идея проекта заключается в создании энергосберегающего режима освещенности теплиц, который заключается в том, что при ярком солнечном освещении включать свет в теплице не нужно. С уменьшением солнечного освещения, начинают включаться лампы в три этапа.

Аналогичных установок автор не нашел. Практическая значимость проекта была проявлена при работе теплицы в режиме поиска растений не подверженных явлению геотропизма. Для этого в теплице были созданы условия искусственной невесомости.

Цель

Создать модель теплицы, в которой уровень освещенности дополнительный к естественному солнечному освещению регулируется автоматически.

Задачи

1. Проведение анализа аналогов.
2. Составление схемы устройства управления освещением.
3. Сборка монтажной схемы
4. Сборка устройства, написание программы управления освещением, тестирование.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• персональный компьютер с установленным ПО
• Плата Arduino UNO
• Макетная плата
• Серводвигатель
• Светодиоды
• Реле
• Резисторы 220 кОм и 1000 кОм
• Фоторезистор
• Транзисторы
• Батарейка
• Подставка
• Контейнер

Описание

Первым этапом был проведён анализ аналогов, затем разработана схема и написана программа управления освещение с использованием платы на Arduino.

В ходе реализации проекта была использована система управления освещением теплицы, для экономии электроэнергии мощные ультрафиолетовые источники (Уф ) света были разделены на две группы в соотношении 2/5 и 3/5. Работали они при ярком солнечном освещении, когда подсветка не требуется, УФ были выключены. При снижении естественной освещённости источники включались в следующей последовательности: 2/5, 3/5 и 5/5. Таким образом реализовывалась 4-ступенчатая регулировка освещённости.

В результате проделанной работы была создана теплица с автоматической регулировкой дополнительного к солнечному освещению. Поворотный механизм создает условия для создания искусственной невесомости и теплицу можно использовать для отбора растений.

Результаты работы/выводы

В результате проделанной работы была создана теплица с автоматической регулировкой дополнительного к солнечному освещения. Поворотный механизм создаёт условия для создания искусственной невесомости, и теплицу можно использовать для экспериментов над растениями.