Влияние спектра излучения светодиодных источников света на рост и развитие растений при выращивании культур в экобоксе



Проблема. Для нормального и стабильного развития и роста растениям необходимо освещение не менее 15 ч/сут [1], поэтому солнечное излучение для всех видов растений — жизненно необходимая составляющая. В условиях средней по уровню солнечной радиации полосы России, досвечивание является эффективным способом повышения урожайности сельскохозяйственных культур.

Исследование рынка. Для искусственного освещения используют специальные осветительные приборы — фитолампы. На рынке производителей имеется большое разнообразие фитоламп. Сведения, представленные в различных источниках, крайне разноречивы. [5] Какой диапазон наиболее благоприятен на разных этапах развития растения?

Моё внимание привлекли светящиеся в вечернее время ярко-малиновым светом окна жителей Ульяновска.

Выяснить мнение садоводов-любителей, сити-фермеров мы смогли на специализированных форумах. Следует отметить, что отношение к различным типам ламп, оптимальных спектрам неоднозначно. В большинстве случаев в домашних условиях применяют светодиодные фитолампы, что связано с низким энергопотреблением.

Актуальность . Светодиодные светильники на основе красного и синего спектров излучения, дающее в совокупности популярное малиновое свечение, на сегодняшний день получили широкое распространение. Но на самом ли деле такой диапазон наиболее благоприятен для растений?

Гипотеза. Мы предположили, что более оптимальным является использование светодиодных ламп полного спектра.

Целью работы является сравнительное исследование эффективности искусственного освещения исследуемых культур светодиодными источниками света красно-синего и полного спектров.

Задачи исследования.

1. Изучить имеющийся опыт применения искусственного освещения для роста и развития растений.
2. Выделить региональные особенности радиационного климата по обеспечению естественного режима облучения рассады и взрослых культур растений.
3. Разработать и сконструировать модель установки — экобокс.
4. Разработать алгоритм и провести эксперимент по выявлению эффективности воздействия биколорного (красно-синего) и белого светового диапазона на рост и развитие исследуемых культур.
5. Оценить проведенное исследование.

Для проверки нашей гипотезы смоделировали установку по принципу гроубокс.

Гроубокс (от англ. growbox — ящик для выращивания) — закрытая система, специально оборудованная для выращивания растений. Оборудование позволяет автоматически регулировать микроклимат и поддерживать благоприятные условия среды. [7]

Гроубокс имеет два назначения: камера роста и техническое обеспечение.

Для обеспечения искусственного освещения решили использовать:

— LED-панель красно-синего спектра — малиновое свечение;

— LED-панель полного спектра — белое свечение.

В качестве тест-объектов выбрана микрозелень культур:

— Овёс яровой

— Рожь озимая

— Подсолнечник обыкновенный

В качестве субстрата использовались:

— готовый питательный грунт с биогумусом для рассады,

— эко-коврик для проращивания микрозелени.

Для изготовления гроубокса и проведения эксперимента нам необходимо оборудование:

— платяной шкаф

— ДСП для установки полок

— светодиодная панель белого спектра

— светодиодная панель «фитоцвет»

— блок питания

— контроллер управления с аппаратно-программным обеспечением

— гаджет с Wi-Fi

— пластиковые контейнеры для микрозелени

— субстрат

— семена экспериментальных растений

Таблица 1

Алгоритм проведения эксперимента

Сборка гроубокса
Установка светодиодных светильников
Настройка освещения
Посадка семян

Начало эксперимента — 5 ноября 2023 года. Исследования проводились в условиях Ульяновской области (7/8 световая зона) в осенний период.

Посадка семян ржи озимой и подсолнечника обыкновенного на эко-коврик — 7 ноября 2023 года.

Посадка семян овса ярового и ржи озимой в биогрунт — 10 ноября 2023 года.

В исследовании использовались два экспериментальных варианта.

1. Растения, выращиваемые с искусственным освещением светодиодными биколорными лампами.
2. Растения, выращиваемые с искусственным освещением светодиодными лампами полного спектра излучения.

Продолжительность искусственного освещения 10 часов. Включение и выключение автоматическое, по таймеру.

В 7.30 включается «рассвет», продолжительностью 30 минут. В 17.30 включается «закат» продолжительностью 30 минут.

Морфометрические показатели и характеристика всходов представлены в таблице 2.

Таблица 2

В результате проделанной работы проведено сравнительное исследование эффективности искусственного освещения исследуемых культур — ржи озимой, овса ярового, подсолнечник обыкновенного — светодиодными источниками света красно-синего и полного спектров.

1. Изучен опыт применения искусственного освещения для роста и развития растений.
2. Исследованы региональные особенности радиационного климата по обеспечению естественного режима облучения рассады и взрослых культур растений. Согласно исследованиям, выращиваемые культуры нашего региона нуждаются в регулярном досвечивании с октября по февраль
3. Разработана и сконструирована модель установки — экобокс с искусственным освещением, с таймером включения, с режимом «рассвет-закат».
4. Разработан алгоритм и проведен эксперимент по выявлению эффективности воздействия биколорного (красно-синего) и белого светового диапазона на рост и развитие исследуемых культур.
5. Результаты эксперимента показали неоднозначность выводов по использованию светодиодных ламп различного спектра.

Результаты эксперимента показали, что искусственное освещение светодиодными лампами благоприятно влияют на рост и развитие растений.

Но растениям на разных этапах вегетации необходимы различные спектры. Именно белый свет обеспечивает использование нужного диапазона.

На основании полученных результатов считаем, что гипотеза «Более оптимальным является использование светодиодных ламп полного спектра» для роста и развития растений подтверждена.

Литература:

1. Завертяев, К. О. Выбор светодиодных фитоламп для досвечивания тепличных культур по их характеристикам / К. О. Завертяев // Проблемы и перспективы развития строительства, теплогазоснабжения и энергообеспечения: Материалы VIII Национальной конференции с международным участием, Саратов, 15–16 ноября 2018 года / Под редакцией Ф. К. Абдразакова. — Саратов: Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова, 2018. — С. 143–146.
2. Исследования и практические рекомендации по применению систем освещения со светодиодными источниками света / С. А. Амелькина, О. Е. Железникова, Л. В. Синицына, С. А. Микаева // Автоматизация. Современные технологии. — 2016. — № 3. — С. 45−48.
3. Ульянова, Н. М. Сравнительное исследование эффективности светодиодных источников света для искусственной досветки растений / Н. М. Ульянова, А. Б. Мышонков // XLVI Огарёвские чтения: Материалы научной конференции: В 3-х частях, Саранск, 06–13 декабря 2017 года / Ответственный за выпуск П. В. Сенин. — Саранск: Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва, 2018. — С. 128–133.
4. Чернышева, Р. И. Исследование влияния светодиодного освещения на развитие растений / Р. И. Чернышева // Приоритетные векторы развития промышленности и сельского хозяйства: Материалы II Международной научно-практической конференции, Макеевка, 11 апреля 2019 года / Под общей редакцией: В. И. Веретенникова, Е. П. Чучко, Н. Л. Савкина, П. Б. Должанова. — Макеевка: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Донбасская аграрная академия», 2019. — С. 49–51.
5. 9 советов по выбору фитолампы для рассады. URL: https://diy.obi.ru/articles/9-sovetov-po-vibory-fitolampi-dlya-rassadi-20593/
6. Освещение растений белыми светодиодами. URL: https://habr.com/ru/articles/406663/
7. Что такое гроубокс, и как его установить. URL: https://mcgrp.ru/article/6090-chto-takoe-grouboks-i-kak-ego-ustanovit