База. Электромагнитное излучение.
Трудно недооценивать важность света, когда вы выращиваете свой урожай. Основными источниками света в природе являются нагретые тела. Чтобы понять разницу между различными метриками, в первую очередь важно больше понять о свете в целом.
Особенно значимо понимание различий между типами света, которые важнее для человеческого зрения, и теми, которые важнее для фотосинтеза. Далеко не весь свет виден человеческому глазу, и, кроме того, этот свет составляет лишь небольшую часть класса энергии, известного как электромагнитное излучение, которое также включает в себя рентгеновские лучи, микроволны и даже радиоволны. Различные типы электромагнитного излучения определяются их длинами волн и частотами, которые выражаются в герцах и нанометрах(нм) соответственно. Большинство рентгеновских лучей, например, имеют длины волн от 0,01 до 10 нм. Длины волн же, которые видны человеческому глазу (то есть видимый свет или видимый спектр), составляют от 400 до 700 нм, и все электромагнитное излучение, выходящее за пределы этого диапазона совершенно незаметно для человека. Однако длины волн вне человеческого диапазона все еще видны многим другим животным. Например, УФ (10-400 нм) видим для многих рыб и насекомых, а инфракрасные (700-1000 нм) видны многим змеям. Более важно то, что эти типы света также обнаруживаются и используются растениями. Фактически, растения способны воспринимать длины волн от 260 нм (УФ-С) и до 730 нм (дальний красный).
Видимое излучение – электромагнитное излучение с длиной волны от 380 до 780 нм. Человеческий глаз видит волны в диапазоне от 500 до 600 нм. Чем выше амплитуда волны спектра, тем ярче для человеческого глаза кажется источник света. Нм – нанометр – одна миллиардная доля метра.
Ультрафиолетовое излучение - оптическое излучение с длиной волны меньшей, чем у видимого излучения. Образует загар на коже человека, убивает микробы, а также вызывает различные фотохимические реакции (превращает обычный кислород воздуха в озон и т.п.). С помощью специальных веществ (люминофоров) - ультрафиолетовое излучение может быть превращено в видимый свет.
Инфракрасное излучение - это электромагнитное излучение, находящееся на границе с красным спектром видимого света. Человеческий глаз не способен видеть этот спектр, однако мы его ощущаем кожей, как тепло. При воздействии инфракрасных лучей, предметы нагреваются. Чем короче длина волны инфракрасного излучения, тем сильнее будет тепловой эффект. Согласно международной организации стандартизации (ISO), инфракрасное излучение делится на три диапазона: ближний, средний и дальний.
Фотосинтез
Фотосинтез – это процесс соединения при помощи света оксида углерода CO2 и воды с образованием карбогидратов; основной “пищи” всех живых организмов. Его интенсивность напрямую зависит от интенсивности освещения; буквально каждый фотон подходящей длины волны, достигающий поверхности листа используется в реакциях фотосинтеза, причем независимо от угла падения.
PAR
PAR (Photosynthetically Available Radiation) – фотосинтетическая активная радиация. PAR – это тип спектрального состава света, наиболее приспособленный для растений, от 400нм до 700нм. PAR не является метрикой. Это общий термин для всего фотосентетического излучения. Надежная мера измерения фитосвета или PAR – это измерения потока фотонов. Двумя основными метриками, основанными на потоке фотонов, являются PPF и PPFD. Это единицы измерения светового потока, принятые в биологии, которые измеряют свет в количестве фотонов. Существует упрощённый способ оценки ФАР для белого светодиодного света: световой поток 1000 Лм соответствует фотосинтетическому фотонному потоку PPF=15 мкмоль/с, а освещенность 1000 лк соответствует плотности фотосинтетического фотонного потока PPFD=15 мкмоль/с/м2[8][9].
PPF
Photosynthetic Photon Flux (PPF) (фотосинтетический поток фотонов) – это мера измерения всего PAR, то есть всего потока фотонов излучаемое лампой в секунду. PPF определяет общее количество света, вырабатываемого фитосветом, в пересчете на микромоли фотонов, вырабатываемых в секунду (μmol/s). Поскольку число фотонов, которые подсчитываются, обычно порядка квадриллионов и квинтиллионов, число фотонов обычно выражается в микромолях (мкмоль), причем каждый мкмоль представляет собой примерно 6,02 × 1017 (602 квадриллионов) фотонов. Поэтому, поскольку PPF является мерой PAR, производимой в секунду, метрика обычно сообщается в мкмоль/с. PPF достаточно стандартизированная величина. Она дает точное измерение источника света, но не всегда может дать точную картину какое количество света попадает на листья растения непосредственно, эти факторы могут уже зависеть от линз, отражателей, светоотражающей поверхности гроубокса – растения могут получать разное количество фактического света в разных условиях, даже если PPF у двух ламп одинаковый. Дело не всегда в мощности, а в том, как вы ей пользуетесь. PPF это первостепенный показатель, потому что, в отличие от PPFD, им сложнее манипулировать и сообщает всю мощность потока света, что может производить данный светильник или отдельный диод.
PPFD
PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density) (плотность фотосинтетического фотонного потока) измеряет количество микромолей фотонов, поражающих квадратный метр в секунду мкмоль/м2/с (umol/m2/s). PPFD – более точная величина – (плотность фотосинтетического фотона), является мерой PPF, которая достигает определенной площади (m2) данной поверхности. Он выражается в мкмоль/м2/с. Поскольку PPFD рассматривает только свет, который достигает растений, он обычно считается лучшим показателем, чем PPF, и в настоящее время является одним из лучших способов измерения и сравнения интенсивности света.
Спектр солнца 13.20. 03.02.2023. Барселона. 116к lx, 2100 ppfd без учёта uv и ir
Солнце в полдень летом составляет около 2000 мкмоль/м2/с. Что позволяет растениям раскрыть весь свой потенциал в солнечную погоду. Однако в индоре необходимый показатель будет значительно ниже. Солнце имеет такой интенсивный световой поток ограниченный период времени и потому, что угол этой интенсивности меняется в течение дня. Важно понимать, что длительное воздействие на растения слишком мощным светом может их сильно повредить. В зависимости от вида растения и концентрации CO2 эффективность использования света растениями начинает замедляться на уровнях более 800-1000 мкмоль/м2/с. Для всеми любимой нашей культуры достаточно 600-800 мкмоль/м2/с на вегу и 800-1200 мкмоль/м2/с цвет, все, что выше требует небывалого скилла у гровера, баллон с CO2 и точный контроль питания. Суть в том, что вы можете предоставить вашему растению больше света, чем данная норма, но вы не увидите огромного изменения в результатах, конечно, все может варьироваться от вида растения и даже стадии роста. К сожалению, PPFD еще далек от совершенства. Например, метрика дает равный вес любым фотонам, которые попадают в диапазон 400-700 нм, хотя красный свет более важен для управления фотосинтезом. Метрика также игнорирует как УФ, так и инфракрасный свет, хотя большое количество исследований показало, что УФ-свет стимулирует выработку вторичных метаболитов - таких как пигменты, флавоноиды и ТГК, а инфракрасный свет играет важную роль в управлении циркадианными ритмами. Кроме того, PPFD также легко манипулировать и преувеличивать. Одним из способов преувеличения метрики является уменьшение расстояния между источником света и точкой измерения. Поскольку интенсивность света обратно пропорциональна квадрату пройденного расстояния (закон обратного квадрата), PPFD, измеренный на поверхности ближе к источнику света, будет больше, чем измеренный на более удаленной поверхности. Воспользовавшись этим, некоторые производители сообщают о значениях PPFD максимально близкому к источнику света, хотя на практике такое расстояние выдержать невозможно, из за высокого уровня тепла от ламп или по другим причинам. Светодиодная компания должна всегда сообщать, какое расстояние было при замере PPFD (например, 30 см или 60 см).
DLI
DLI (Daily Light Integral) — количество фотосинтетически активной радиации (ФАР), которую растение получает в течение дня. Это общее количество фотонов PAR, сконцентрированных на определенной площади за один 24-часовой период. Поскольку растения можно рассматривать как аккумуляторы солнечной радиации, DLI является особенно полезной метрикой для выражения общего воздействия фотосинтетического света на растение на ежедневной основе. Он рассчитывается как моль света (моль фотонов) на квадратный метр (м2) в день (день−1), или моль·м2·день−1.