Эффективные параметры искусственного освещения для выращивания быстрорастущих культурных растений, таких как редис, в закрытых помещениях определили ученые Красноярского научного центра (КНЦ) СО РАН, 17 октября сообщает издание «Наш Красноярский край».

Исследование, проведенное красноярскими специалистами, показало, что наилучший урожай при стационарном облучении посадок в теплицах, в том числе в северных районах или, например, в замкнутых системах жизнеобеспечения космических кораблей, достигается при освещении с преобладанием красного спектра.

Светокультура — выращивание растений при искусственном освещении, в последнее время становится актуальным направлением в сельском хозяйстве, поскольку данный метод позволяет успешно культивировать растения в экстремальных условиях (сложный климат или космос) в замкнутых экологических системах жизнеобеспечения. Для таких систем важной задачей становится выбор наиболее эффективного освещения посадок.

Ранее учеными КНЦ СО РАН были разработаны и запатентованы светодиодные облучатели с регулируемым спектральным составом излучения, в которых применен метод дистанционного люминофора. Их конструктивной особенностью является то, что нанесенный на подложку определенной формы люминофор отделен от светодиодного кристалла.

При такой технологии снижается воздействие температуры на кристалл, улучшается равномерность распределения силы света и его пространственная однородность. Это позволяет использовать в облучателе компактные и мощные диоды, генерирующие интенсивный световой поток.

Поэтому такие светодиодные облучатели могут эффективно освещать растения в теплицах с полностью искусственным освещением. Кроме того, эти облучатели позволяют быстро настраивать различные соотношения спектральных потоков в видимой области, чтобы обеспечить растениям оптимальное освещение для роста. Такая настройка осуществляется за счет механического перемещения картриджей с люминофорами.

В новом исследовании красноярскими учеными была проведена оценка фотобиологической эффективности излучения новых облучателей и определен оптимальный спектральный состав их излучения для выращивания редиса в закрытых помещениях.

В ходе эксперимента, который проводился на культуре редиса в герметичной термостатированной вегетационной камере, определялась видоспецифическая реакция растений на спектральный состав света. Эффективность того или иного состава спектра оценивалась по урожайности.

Полученный исследователями результат показал, что в случае использования переменных спектральных режимов лучший урожай давало освещение с переходом в процессе выращивания от спектра с преимущественно красным излучением к спектру с преобладанием синего излучения. При этом возрастание доли красного излучения выше определенного уровня приводило к снижению продуктивности.

Сравнивая результаты урожайности редиса после его облучения стабильным (постоянное соотношение интенсивности излучения в различных частях спектра) и переменным (изменяющийся спектр) освещением, ученые выяснили, что различия были незначительными. Поэтому был сделан вывод, что редис экономически более выгодно выращивать в условиях электроосвещения при стабильном, а не переменном спектральном режиме освещения.

Однако ученые отметили, что такой вывод справедлив лишь для растений с одной стадией развития, таких как корни редиса или листья салата. Тогда как для растений, проходящих до получения урожая несколько стадий вегетации, ситуация может быть обратной.

Такие растения на начальной стадии лучше развиваются при значительной доле синего излучения, а для процессов цветения будет лучше повышенная доля красного. Таким образом, для этих растений для получения лучшего урожая может оказаться перспективным изменение спектрального состава света.

Заведующий лабораторией управления биосинтезом фототрофов Института биофизики СО РАН профессор, доктор биологических наук Александр Тихомиров пояснил полученные результаты:

«Современные исследования показали, что нет универсального спектра излучения, который был бы наиболее эффективен для выращивания всех видов растений. Важно, чтобы спектральные режимы искусственного облучения растений обеспечивали оптимальное протекание не только фотосинтеза, но и других физиологических процессов, способствующих максимальному урожаю».

Учеными Института биофизики СО РАН впервые была проведена экспериментальная оценка применения режимов стабильного и переменного спектрального облучения быстро вегетирующих растений, которые выращиваются в условиях освещения новым типом люминесцентных светодиодов.

Результаты их работы станут базой для последующих исследований с тепличными растениями, имеющими несколько стадий вегетации, для определения режимов освещения, обеспечивающих получение максимального урожая при полном электрическом облучении.

«Полученные результаты могут быть положены в основу выбора спектральных режимов освещения растений, имеющих короткую вегетацию, таких как редис, выращиваемых в условиях искусственного освещения: в светонепроницаемых теплицах в северных регионах России и в искусственных условиях в изолированных помещениях, например, на стеллажных установках по технологиям „Сити-ферма“», — отметил ученый.

Результаты исследования были представлены в статье «Фотобиологическая эффективность PAR для растительных сообществ редиса, облученных светодиодным источником с регулируемым спектром излучения» (Photo-biological effectiveness of PAR for radish plant communities irradiated using an led source with an adjustable spectrum), опубликованной в журнале Light & Engineering.

PAR — спектральный диапазон излучения от 400 до 700 нанометров, который фотосинтезирующие организмы могут использовать в фотосинтезе.