01.07.2021

ФАР (Фотосинтетически Активная Радиация) – это НЕ единица измерения или “метрика”, как футы, дюймы или килограммы. Это, скорее, часть диапазона в спектре света, при котором фотосинтез у растений происходит наиболее эффективно. Посредством фотосинтеза растения преобразуют световую энергию в химическую, которая их питает, и способствует росту. В растениях свет в основном взаимодействует с Хлорофиллами a и b.

ФАР находится в диапазоне длин волн от 400 нм до 700 нм. В зоне ФАР мы измеряем свет, падающий на растения, который выражается как ПФФП или Плотность Фотосинтетического Фотонного Потока – в микромолях на метр в секунду (мкмоль/м²×с). Больше об этом параметре читайте ниже.

Ранее уровень освещения в теплицах измеряли в Люксах.

Люкс или Люмен – это единица измерения света воспринимаемого человеческими глазами, которые реагируют на дневной (или видимый) свет.

Наши глаза имеют три рецептора для света: S, M и L рецепторы, которые реагируют в основном на синий, зелёный и жёлтый свет.

График, в котором отображены диапазоны люмен и ФАР, показан выше – как вы можете видеть, начальная и конечная точки почти совпадают с зоной ФАР,  а в области синего и красного света наблюдаются расхождения, поскольку мы оцениваем использование света растениями.

Приведённая выше иллюстрация показывает разницу между светочувствительностью человеческих глаз и светочувствительностью растений.

Поскольку производство хлорофилла растениями наиболее эффективно с помощью фотонов синего и красного света, то не совсем правильно измерять уровни освещённости светодиодных фитоламп в люксах, как это делали раньше. Поэтому новый показатель выражается в микромолях на метр в секунду и включает в себя все световые фотоны в диапазоне от 400 до 700 нанометров.

Фотосинтетический Поток Фотонов (ФПФ)

ФПФ или Фотосинтетический Поток Фотонов – это общее количество света в зоне ФАР, которое производится источником света каждую секунду. Таким образом, ФПФ измеряет “фотосинтетически активные фотоны, излучаемые системой освещения в секунду”. Измеряется в мкмоль/сек.

С помощью показателя ФПФ фитолампы вы можете рассчитать или оценить, сколько ламп вам понадобится на единицу площади, чтобы достичь необходимого уровня освещения растений.

Возьмём в качестве примера производителя клубники, который планирует зимнее выращивание с уровнем освещённости 200 мкмоль/см². При размещении светильников на высоте 8 метров и расстоянии между ними 5 метров каждая зона выращивания составит 40 м². Таким образом, нам потребуется в общей сложности 40м² х 200 мкмоль/см² = 8000 мкмоль света для этой площади. Если одна светодиодная фитолампа производит ФПФ 2000 мкмоль/с, то потребуется 4 лампы на зону выращивания.

ФПФ не указывает, сколько измеренного света на самом деле попадает на растения или любую другую поверхность. Поэтому имейте в виду, что не каждая лампа с одним и тем же ФПФ одинаково эффективна в доведении этого света до посевов. К тому же, он не объясняет ничего о спектре света и длине волны этих фотонов. Подробнее об этом вы можете узнать ниже.

Является ли текущее измерение ФПФ ФАР реалистичным и актуальным?

Сегодня все фотоны во всём спектре измеряются одинаково, что весьма усложняет сравнение их значения для растений.

Возьмём, к примеру, ФАР-показатель HPS SON-T из последних поколений – значение ФАР, которое вы получаете, может достигать 2,1 мкмоль/Дж, в то время как этот же показатель ничего не говорит вам о том, насколько эффективны эти фотоны для фотосинтеза ваших растений.  

Светодиодная лампа для газона с одной и той же производительностью (хотя новейшие осветительные приборы имеют гораздо более высокую эффективность), но с длиной волны фотонов, соответствующей вашему посеву и фазе роста, может обеспечить 25%-ное улучшение процесса роста и развития растений.

Поэтому сегодняшний метод измерения всех фотонов равными в спектре ФАР – является не совсем правильным.

Ситуация Сегодня

Весь спектр измеряется одинаково путём подсчёта фотонов в фотосинтетически активной области (ФАР).

Более Реалистичный Подход

Более реалистичным подходом было бы  измерение фотонов ламп в соответствии с графиком спектральной чувствительности растений (“plm/W”). Кривая этого графика получена из спектра поглощения хлорофилла с учётом внутренних процессов передачи энергии растения и листьев.

Спектры фотосинтетической активности для зелёной водоросли Ульва (два клеточных слоя) и высших растений (несколько клеточных слоёв).

Сегодня этот метод не принимается во внимание, так как существуют слишком большие различия, в зависимости от растения, в том, как они поглощают свет и на какой цветовой спектр они реагируют лучше всего.

Поэтому данный метод всё усложнил бы ещё больше.

Но все-же можно иметь в виду, например, такой показательный опыт выращивания огурцов, в котором дополнительный красный свет даёт в результате прибавку урожайности до 24%. Следует принять в расчёт, что учитывать только лишь ФПФ лампы – недостаточно, вы должны смотреть по каждой культуре на график чувствительности растений, и обеспечивать как можно больше света с помощью энергии, которая у вас есть, соответствующей этой кривой графика чувствительности.

Имейте также в виду, что длины волн выше 700 нм, которые оказывают значительное влияние на фитохром Pfr, не учитываются в числах ФАР, как и УФ-излучение и длины волн ниже 400 нм.

Световые фотоны с длиной волны выше 700 нанометров, обычно называемые БИК (ближний инфракрасный) или Дальнекрасный, могут иметь некоторые существенные преимущества в случае определённых культур и фаз роста.

Хороший пример выше – в случае выращивания огурцов, при котором дополнительный красный свет даёт в результате прибавку урожайности до 24%.

Плотность Фотосинтетического Фотонного Потока (ПФФП)

Плотность Фотосинтетического Фотонного Потока (ПФФП) измеряет свет, который фактически поступает на растительный покров в зоне ФАР. Количество света, которое на самом деле достигает ваших растений в области ФАР, или количество фотосинтетически активных фотонов, которые падают на конкретную поверхность каждую секунду. ПФФП измеряется в мкмоль/с×м².

ПФФП на сегодняшний день является наилучшей доступной мерой для сравнения фитоламп на рынке. На уровне лампы производитель указывает ФПФ или световую отдачу лампы в зоне ФАР. С учётом распределения света лампы и физического размещения ламп на проекте можно смоделировать ПФФП. Нетрудно заметить, что лампы с одинаковым уровнем освещённости иногда не дают аналогичных результатов по ПФФП на посевах, что в основном объясняется различиями в распределении света.

Таким образом, главное в правильном освещении – это убедиться, что свет, во-первых, хорошо распределён с минимумом световых колебаний нарастения, а уже, во-вторых, обеспечить максимум света, падающего наиболее прямолинейно на растения с его минимальным боковым рассеиванием.

Это также объясняет, почему светодиодные фитолампы, предусмотренные передовой оптической технологиейпревосходят те, что не имеют оптического управления.

Подобно дневному свету, светодиодный излучатель имеет довольно большое светораспределение и без корректировки посредством оптического управления большая часть излучаемой энергии ФПФ не будет попадать на растения там, где вы этого хотите.

Оптическое управление с помощью линз ПВО (Полное Внутреннее Отражение), к тому же, улучшает проницаемость листового покрова аналогично тому, как диффузное тепличное стекло способствует большему рассеиванию света и более однородному его распределению по поверхности.

Выходной Поток Фотонов (ВПФ)

Выходной Поток Фотонов (ВПФ) “утяжеляет” фотоны в диапазоне от 360 до 760 нм в зависимости от фотосинтетической реакции растения. Таким образом, он идёт дальше, чем область ФАР от 400 до 700 нм, а также экстраполирует фотоны на кривую чувствительности растений в контексте каждой культуры. Когда точный спектр фитолампы известен, значения фотосинтетического потока фотонов (ФПФ) в мкмоль/с могут быть изменены путём применения различных весовых коэффициентов к различным длинам волн и цветам.

Результатом чего и становится величина, называемая Выходным Потоком Фотонов (ВПФ).

Красная кривая на графике показывает, что фотоны около 610 нм (оранжево-красные) дают наибольшую эффективность фотосинтеза на один фотон. Однако, поскольку коротковолновые фотоны несут больше энергии на один фотон, максимальное количество фотосинтеза на единицу падающей энергии приходится на длинноволновую, около 660 нм, часть красной области спектра. Кривая ВПФ, показанная ниже, была получена на основе кратковременных измерений, проведённых на отдельных листьях при слабом освещении.

Некоторые долгосрочные исследования с целыми растениями при более высоком освещении показывают, что качество света может оказывать меньшее влияние на скорость роста растений, чем количество света. Впрочем, это ещё зависит от самой культуры и системы освещения. При дополнительном освещении в теплице всё ещё остаётся большая часть дневного света, излучаемого солнцем. В этом случае мы в основном фокусируемся на увеличении дополнительного света, который непосредственно генерирует производство хлорофилла, поэтому - красный и синий. Идея в том, чтобы добавить на него также дополнительные белые светодиоды, чтобы общее восприятие света было более нейтральным для работы. Вот почему вы могли нередко видеть характерный фиолетовый свет в теплицах со светодиодными фитолампами.

Связь между светом и энергией, которую он может нести, описана в Законе Планка. Этот закон объясняет нам, почему при одинаковом количестве энергии фотоны в красном спектре оказывают большее влияние на фотосинтез растений, чем, например, синий фотон.

Энергия фотона λ = hc/ λ = 2,10-25 (Дж×м)/ λ

Энергия мкмоль (≈ 6,1017) Фотона λ ≈ 12,10-8 (Дж×м)/ λ

Или, проще говоря, принято считать, что энергия фотона мкмоль в Дж ≈ 120/ λ, где λ = длина волны фотона в нм.

Из этого соотношения между длиной световой волны и энергией мы можем заключить, что красные фотоны в диапазоне 660 нм могут нести гораздо больше энергии, чем длинноволновые, такие как синие 450 нм. Максимальная энергия глубоко-красного фотона 660 нм ≈ 660 нм/ 120 ≈ 5,5 мкмоль/Дж. Максимальная энергия синего фотона 450 нм ≈ 450нм/ 120 ≈ 3,75 мкмоль/Дж. Конечно, приведённые выше показатели являются абсолютными предельными значениями.

На данный момент самая высокая эффективность, которая была достигнута в пакете светодиодов с длиной волны 660 нм, составляет 4,2 мкмоль/Дж (Osram Oslon Square V4 – Q1 2020). Самые эффективные светодиодные фитолампы сегодня достигают производительности около 3,5 мкмоль/Дж. Это также указывает на то, что в будущем всё ещё можно ожидать значительного улучшения эффективности.

Интеграл Дневного Освещения (ИДО)

Интеграл Дневного Освещения (ИДО) измеряет общее количество света, поступающего на растение каждый день. ИДО – это совокупное змерение общего количества фотонов, достигающих растений и водорослей в течение суточного фотопериода.

ИДО измеряет количество “молей” фотонов в области ФАР на квадратный метр в сутки и выражается в моль/день/м².

ИДО – это хороший способ реализовать световую стратегию в тепличном проекте с дополнительным освещением. Для большинства культур вы можете определить, каково идеальное общее количество света в день, которое они могут эффективно использовать. Общее количество света (или общая световая сумма) – это сумма света, воспринимаемого от солнца, + сумма искусственного освещения за день. Конечно, ваш климат-компьютер мало что говорит вам о молях в день.

Поэтому вам предстоит провести расчёт от значений освещенности в Дж/см² до молей, чтобы прийти к пониманию общей суммы света за день. Имейте в виду, что соляриметр находится на крыше, поэтому вы должны вычесть из этого показателя коэффициент пропускания тепличного стекла.

От измерителя освещенности до ИДО от солнца - преобразование Дж/см² в моль/дм²:

ИДО от солнца = ((измеренный Дж/см²)/100) x 2,15 x коэффициент пропускания стекла %

То, что растения получают дополнительно от фитоламп, также можно рассчитать – поэтому вы преобразуете свой уровень освещённости ПФФП в ИДО с количеством освещённых часов.

Преобразование ПФФП в ИДО – мкмоль/см² в моль/дм²:

ИДО от фитоламп = (часы x ПФФП × 3600)/1000000

Фотонная Эффективность

Эффективность фотонов относится к тому, насколько продуктивна система освещения газона в преобразовании электрической энергии в фотоны ФАР. С помощью ФПФ и входной мощности вы можете рассчитать производительность. Выражается в мкмоль/Дж. Чем выше данный показатель, тем эффективнее система освещения в преобразовании электрической энергии в фотоны ФАР. Но помните, что это число ничего не говорит нам о продуктивности света на ваших посевах, и не учитывает световые частоты выше 700 нм.