Освещенность и фотосинтез

[Евгений Родимин]

Грустно! Никто не хочет высказаться на эту тему. А для тепличников это серьезный вопрос.

Все просто. Таблицы освещенности для растений учитывают эту особенность люксометров, иначе говоря - откалиброваны.

[cecet71]

... Нашел массу информации об освещенности, необходимой тем или иным растениям, но нет ни слова о том, о какой области спектра идет речь в тех или иных рекомендациях. И чем измеряли освещенность разработчики этих рекомендаций?

Люксметр и измеряет уровень естественной освещенности, который измеряется в люксах.

Немного разберемся. У ламп искусственного освещения есть световой поток определенной силы измеряемой в люменах. Освещенность ослабевает, допустим с увеличением расстояния до растений, но при этом увеличивается площадь освещения. Т.е, освещенность падает, а световой поток лампы не изменяется.
Люкс – это отношение потока к площади.
Замарочки со спектрами нужны нам, когда мы выращиваем (досвечиваем) растения при искуственном освещении. И лампы наиболее "фитопригодных" спектров позволяют весьма значительно экономить на электричестве.
У разных видов ламп есть свои характеристики, есть формулы для вычисления этих данных для различных видов искуственного освещения.

Например (далее цитаты):
Лампа накаливания. В спектре лампы накаливания мощностью 60 Вт интенсивность излучения в УФ-области совершенно незначительна и наибольшая часть энергии приходится на ИК-излучение, большие количества которого вредны для растений. С энергетической точки зрения спектр ламп накаливания неблагоприятен для выращивания растений. В ФАР превращается приблизительно 4.5% мощности лампы. Светоотдача ламп накаливания изменяется приблизительно от 8 лм/вт (лампа 25 Вт) до 14 лм/вт (лампа 200 Вт).
Ртутные газоразрядные лампы высокого давления. Спектр имеет значительные полосы в синей области, красная область представлена сравнительно хуже. В ФАР превращается около 18% мощности. Светоотдача составляет приблизительно 58 лм/вт.
и т.д. и т.п.

[IRIS]

Все просто. Таблицы освещенности для растений учитывают эту особенность люксометров, иначе говоря - откалиброваны.

А Вы в этом уверены? Это слишком легкий вариант ухода от ответа на вопрос. Я пока не нашел по этому поводу серьезной информации.
Дело в том, что в принципе датчики люксметров (кремниевые диоды) без светофильтров имеют совершенно другую спектральную чувствительность.

фотодиод.jpg

И способны улавливать не 10% части спектра с длиной волны 445 нм (как это делают люксметры, сконструированные в соответствии со спектральной чувствительностью глаза человека), а целых 50%, что в 5 раз больше. Аналогичная ситуация и в диапазоне 600 нм. Кремниевый диод способен улавливать порядка 80% светового излучения в этом диапазоне, тогда как после фильтрации в светофильтре люксметра он пропускает только 35%.
Поэтому, если перед кремниевым диодом не ставить фильтра, адаптирующего его чувствительность под человеческий глаз, он способен улавливать совершенно другой спектр.
В литературе с рекомендациями по освещенности обычно приводится много разных цифр, но я пока не нашел информации о том, какими люксметрами пользовались разработчики этих рекомендаций. А нет ничего проще, как поставить перед фотодиодом не специализированный фильтр, а банальное стекло и таким образом сделать его максимально чувствительным для 445 и 600 ни. И тогда люксметр будет выдавать совершенно другие результаты. В разы другие! И более правильные для оценки освещенности для растений.
Отсюда и вопрос к форумчанам. Кто-то где-то находил информацию о том, какими люксметрами пользовались разработчики различных таблиц с рекомендациями по освещенности, необходимой для растений. Велика вероятность того, что хотя бы некоторые из них пользовались не банальным, а специализированным люксметром.
Если это так, то оценка освещенности на участке или в теплице с помощью обычных люксметров, адаптированных под человеческий глаз, теряет всяческий смысл.

Немного разберемся. У ламп искусственного освещения есть световой поток определенной силы измеряемой в люменах. Освещенность ослабевает, допустим с увеличением расстояния до растений, но при этом увеличивается площадь освещения. Т.е, освещенность падает, а световой поток лампы не изменяется.
Люкс – это отношение потока к площади.
Замарочки со спектрами нужны нам, когда мы выращиваем (досвечиваем) растения при искуственном освещении. И лампы наиболее "фитопригодных" спектров позволяют весьма значительно экономить на электричестве.
У разных видов ламп есть свои характеристики, есть формулы для вычисления этих данных для различных видов искуственного освещения.

Например (далее цитаты):
Лампа накаливания. В спектре лампы накаливания мощностью 60 Вт интенсивность излучения в УФ-области совершенно незначительна и наибольшая часть энергии приходится на ИК-излучение, большие количества которого вредны для растений. С энергетической точки зрения спектр ламп накаливания неблагоприятен для выращивания растений. В ФАР превращается приблизительно 4.5% мощности лампы. Светоотдача ламп накаливания изменяется приблизительно от 8 лм/вт (лампа 25 Вт) до 14 лм/вт (лампа 200 Вт).
Ртутные газоразрядные лампы высокого давления. Спектр имеет значительные полосы в синей области, красная область представлена сравнительно хуже. В ФАР превращается около 18% мощности. Светоотдача составляет приблизительно 58 лм/вт.
и т.д. и т.п.

Все, что написано в этой цитате, соответствует действительности. Но при этом не имеет ни малейшего отношения к сути вопроса, поставленного в теме!

[александр-зеленоград]

По моей профессии мне доводилось измерять энергию лазерного излучения в диапазоне 450-750 нм.Это лазеры на органичемких красителях.Используя различные красители в качестве активного тела,получал излучение от УФ до ближнего ИК-диапазонов.

Такие измерения ведутся с помощью приборов калориметрического типа,имеющих гладкую чувствительность в данном диапазоне.Получаем АБСОЛЮТНЫЕ значения энергии в спектральном диапазоне излучения лазера.
Данные приборы градуируются по образцовым источникам в институте метрологии(ВНИИФТРИ,п.Менделеево) http://www.vniiftri.ru/index.php/ru/ .

Поэтому все измерения по освещенности,привязанные не к энергии,поглощенной биоклеткой в ее диапазоне чувтвительности и фотосинтеза на ДАННОЙ длине волны - бессмысленны,как бессмысленна средняя температура по больнице.

Точные измерения биофизики проводят с помощью отнюдь не люксметров.
А люксметры - прибоы,измеряющие некие интегрированные показатели излучения,да еще приведенные к чувствительности человеческого глаза.Это слишком грубо и не совсем корректно.

Вопрос Вы ставите абсолютно правильно.Освещенность - это вторичная усредненная характеристика излучения.Первична энергия кванта(группы квантов) излучения - там заложены все параметры влияния на биологическую клетку(систему).

[irina+]

Больной вопрос освещенности виноградника и влияние на фотосинтез, увы, даже в ОГ на севере этот вопрос стоит очень остро, хорошо, хоть тепличники задались этим вопросом на форуме. Масса разрозненной информации в интернете, потому что виноград не статичная культура и слишком много факторов должно быть учтено при фотосинтезе, поэтому общего знаменателя не будет. Так же как люксы выявляют средний показатель "общей температуры по больнице" так что стоит ли его покупать для общего понимания, как обстоит дело с освещенностью на конкретном участке - дело личное.

Фотосинтез у виноградного растения при наличии всех Других необходимых условий начинается при освещенности около 2 тыс. лк. Световое насыщение в зависимости от сортовых особенностей и факторов среды в большинстве случаев наступает при освещенности 30–40 тыс. лк. Нижний предел освещенности, при котором наблюдается отток ассимилятов, находится на уровне 1–2 тыс. лк, верхний 60 тыс. лк. В целом для виноградного растения характерна высокая пластичность к различной освещенности при проявлении значительных видовых и сортовых различий.(с)

Оффтопик: открыть

In My Humble Opinion.
Classic писал:

Свет.

Один из важнейших для жизни растений абиотических «факторов. Роль света определяется прежде всего особым положением растений, в том числе виноградного, в биосфере как автотрофов, образующих путем фотосинтеза органическое вещество из неорганических соединений с использованием лучистой энергии Солнца. Специфические требования современных форм винограда к свету вырабатывались в процессе их эволюции. В третичном периоде в связи с изменениями условий среды, появлением и распространением на большой территории суши тропических лесов, виноградное растение оказалось в непривычных для него условиях затененности. Это привело к тому, что наряду с высокой потребностью к свету оно со временем приобрело еще одно свойство— теневыносливость. Таким образом, у него появилась высокая приспособительная способность к оптическому излучению разной интенсивности, что позволяет выращивать виноград в зонах с различной освещенностью, и этот фактор, по мнению Ф. Ф. Давитая (1948), при наличии тепла и влаги в районах возделывания винограда не является ограничивающим. Наибольшее значение для физиологических процессов имеет коротковолновая часть солнечной радиации. Ее подразделяют на ультрафиолетовую (290–380 нм), оказывающую фотоморфогенетический эффект; видимую, или фотосинтетически активную радиацию (ФАР, 380–710 нм), дающую фотосинтетический, фотоморфогенетический я тепловой эффект; и близкую инфракрасную (750—4000 нм), оказывающую морфогенетический и тепловой эффект (Амирджанов, 1980).

В продукционном процессе КПД ФАР виноградников в зависимости от агробиоценоза составляет от 0,5 до 2%. Это позволяет реализовать только 15–20% потенциальной продуктивности: насаждений. Дальнейшее совершенствование технологии возделывания винограда направлено на повышение КПД ФАР до 4–5%..

ДВОЙСТВЕННАЯ природа винограда (СВЕТОЛЮБИВОСТЬ и одновременно ТЕНЕВЫНОСЛИВОСТЬ), относительно невысокое световое насыщение фотосинтеза определяют то обстоятельство, что при высокой интенсивности оптического излучения коэффициенты поглощения его несколько ниже, чем при средних и низких показателях. Фотосинтез у виноградного растения при наличии всех Других необходимых условий начинается при освещенности около 2 тыс. лк. Световое насыщение в зависимости от сортовых особенностей и факторов среды в большинстве случаев наступает при освещенности 30–40 тыс. лк. Нижний предел освещенности, при котором наблюдается отток ассимилятов, находится на уровне 1–2 тыс. лк, верхний 60 тыс. лк. В целом для виноградного растения характерна высокая пластичность к различной освещенности при проявлении значительных видовых и сортовых различий.

С увеличением общего прихода солнечной радиации улучшаются условия для закладки и формирования эмбриональных соцветий в зимующих глазках. И если плодоносность почек зависит от общего количества часов с Достаточно высокой облученностью, то накопление сухого вещества определяется в первую очередь напряженностью лучистой энергии и в меньшей степени продолжительностью ее воздействия.

Специфично влияние освещенности и на развитие ягод. При очень слабой и избыточной освещенности развитие их задерживается. Наилучшее развитие ягод достигается при некотором их. затенении, причем и здесь в значительной степени проявляются сортовые различия. Оптимизация фактора освещенности приводит прежде всего к увеличению завязываемости ягод, что, в свою очередь, положительно сказывается на повышении урожайности.

Освещенность определенным образом влияет и на химический состав сока ягод винограда. Снижение ее значительно увеличивает содержание яблочной и уменьшает количество винной кислоты в соке ягод. Различная интенсивность оптического излучения не оказывает существенного влияния на содержание глюкозы и фруктозы в ягоде. Увеличение доли ультрафиолетовых лучей в спектре повышает интенсивность окраски ягод.

На нормальное прохождение ростовых процессов и плодоношение виноградного растения влияет не только интенсивность освещения. Важная роль принадлежит продолжительности светового и теневого периода суток. Виноград относится к растениям длинного дня, однако различные виды и сорта его по-разному реагируют на долготу дня. Сорта, относящиеся к виду Витис винифера, — слабее реагируют на сокращение светового периода, чем сорта. американских видов. При коротком дне у виноградного растения быстрее заканчивается рост побегов, раньше начинается и быстрее проходит фаза вызревания побегов, более энергично протекают процессы образования феллогена, отложения феллодермы, синтеза крахмала, повышается морозостойкость растений. Короткий день не оказывает заметного влияния на начало созревания ягод, интенсивность прохождения этой фазы, сахаристость и кислотность ягод.

На световой режим виноградных насаждений как агробиоценоза и отдельное растение (куст) сильно влияют экологические и антропогенные факторы: экспозиция склона и его крутизна, направление рядов, система ведения, форма, нагрузка кустов глазками и побегами и др. Так, на склонах 18–20° южной экспозиции продолжительность светового периода в летние дни достигает 12–13 ч, юго-западной и юго-восточной — соответственно 11–12 и 10,5—11 ч, восточной — 9—10, западной — 9—10,5, северной экспозиции — 8–9 ч. При ориентации рядов виноградных растений с севера на юг за световой день с восточной и западной сторон они получают примерно одинаковое количество солнечной радиации. При размещении же рядов с запада на восток освещенность южной стороны в течение всего дня значительно выше, чем в северной.

По максимальным значениям интенсивности поступающей радиации стороны кроны куста на вертикальной шпалере в порядке убывания располагаются следующим образом: верхняя, восточная ъ западная, южная, северная. В зависимости от системы ведения и архитектоники кустов, которая определяется их формой, площадь освещенных и затененных листьев значительно различается. Так, доля затененных листьев может составлять 30–50% всей площади куста. И если освещенность листьев внешней части куста равна 32 тыс. лк, то в зоне второго яруса 12–15, а внутри кроны — только 2–4 тыс. лк.

Освещенность листьев внутри кроны значительно изменяется также в зависимости от нагрузки кустов глазками. По данным В. Ф. Рыбина и Н. Г. Цурканенко (1970), эти изменения могут варьировать от 27,8 до 6,4 тыс. лк.

Таким образом, фактор освещенности в значительной степени поддается изменению с помощью выбора экспозиции склона, направления рядов, создания рациональной структуры насаждений и архитектоники куста.
Смирнов К.В,Калмыкова Т.И, МорозоваГ.С-"Виноградарство"

п.с. взято с обсуждения на чужом виноградном форуме, потому ссылка не вставляется.

[irina+]

К сожалению не нашла источник, кто исследовал

Фотосинтез наиболее резко повышается при увеличении освещенности от 7,5 до 12,5 тысячи люкс. В этом диапазоне на каждую тысячу люкс интенсивность фотосинтеза увеличивалась на 1,3 миллиграмма СО2 на квадратный дециметр листа в час. В диапазоне 2,5—7,5 тысячи люкс — только на 0,16 миллиграмма С02. Очевидно, освещенность была недостаточная и небольшое увеличение ее не могло значительно повлиять на интенсивность фотосинтеза.
При высоком световом уровне — 12,5—50 тысяч люкс — интенсивность фотосинтеза повышается всего лишь на 0,08 миллиграмма С02 на каждую тысячу люкс. Наибольшая зависимость интенсивности фотосинтеза от степени освещенности будет в пределах 7,5—15 тысяч люкс. При дальнейшем увеличении освещенности свет перестает быть лимитирующим фактором, поэтому фотосинтез повышается медленно.

Оффтопик: открыть

Солнечная инсоляция, напряженность световой энергии не поддаются регулированию, но освещенность отдельных частей куста, количество света, попадающего на листья, в значительной степени зависят от системы агротехники. При расположении рядов по отношению к странам света, выборе системы формирования, опоры, а также обрезке и зеленых операциях должны учитывать оптимальный световой режим, позволяющий листьям работать с максимальной продуктивностью.
Для этого необходимо выяснить, как изменяется интенсивность фотосинтеза листьев при разном освещении и каковы условия освещения виноградных кустов (освещение наружных плоскостей и затененных внутри куста) в насаждениях с различной системой формирования.
Все наблюдения проводили в ясные солнечные дни, когда количество света (при измерении люксметром со светофильтрами) на открытой горизонтальной площадке было 100—130 тысяч люкс.
Работу вели в двух направлениях: определяли интенсивность фотосинтетической деятельности листьев при различной их освещенности и измеряли степень освещения различных частей кустов на шпалере и чашевидной системе формирования — «донская чаша».
В первом случае для создания более или менее постоянного освещения кусты искусственно затеняли, марлевыми экранами различной плотности, что позволило создать диапазон освещенности от 2,5 до 100 тысяч люкс.
При измерении освещенности кустов (в тех случаях, когда наблюдалось угнетение листьев) отмечали степень угнетения листьев в определенных условиях освещения. Таким образом устанавливали порог свето-обеспеченности, необходимой для жизнедеятельности листьев виноградных растений. Интенсивность фотосинтеза при различной освещенности листьев определяли в июле от 9 до 11 часов дня при температуре воздуха 27° и относительной влажности 37% (рис.).
Фотосинтез наиболее резко повышается при увеличении освещенности от 7,5 до 12,5 тысячи люкс. В этом диапазоне на каждую тысячу люкс интенсивность фотосинтеза увеличивалась на 1,3 миллиграмма СО2 на квадратный дециметр листа в час. В диапазоне 2,5—7,5 тысячи люкс — только на 0,16 миллиграмма С02. Очевидно, освещенность была недостаточная и небольшое увеличение ее не могло значительно повлиять на интенсивность фотосинтеза.
При высоком световом уровне — 12,5—50 тысяч люкс — интенсивность фотосинтеза повышается всего лишь на 0,08 миллиграмма С02 на каждую тысячу люкс. Наибольшая зависимость интенсивности фотосинтеза от степени освещенности будет в пределах 7,5—15 тысяч люкс. При дальнейшем увеличении освещенности свет перестает быть лимитирующим фактором, поэтому фотосинтез повышается медленно.
Все эти данные получены в определенных условиях и находятся в зависимости от влагообеспеченности, температуры и относительной влажности воздуха.
Измерением степени освещенности листьев в различных частях куста мы установили, что угнетенное состояние листьев (они становятся светлыми и приобретают желтоватый оттенок) проявляется тогда, когда освещение их в дневные часы солнечного дня снижается до 500 люкс. А при дальнейшем ухудшении освещения и снижении его до 300 люкс наблюдается отмирание листьев. Очевидно, компенсационная точка у листьев винограда, при которой ассимиляция и расход ассимилятов на дыхание равны, находится в пределах 500—1000 люкс.
Определение степени освещенности различных частей виноградных кустов на шпалере и чашевидной формы показало, что наружные плоскости их освещаются хорошо (таблица).
Внутри кустов на шпалере при правильном уходе за ними условия освещения не оптимальны, но вполне удовлетворительны. Неправильно выполненные обрезка, зеленые операции и подвязка резко ухудшают условия освещения листьев внутри кустов и могут привести к гибели листьев. Загущение кустов чашевидной формы снижает освещенность листьев в еще большей степени.
Следовательно, чтобы повысить продуктивность виноградных насаждений, необходимо улучшать освещение затененных (внутренних) частей куста.
Визуальным показателем освещенности может служить примерное количество слоев — плоскостей. При расположении листьев в четыре слоя (первая часть таблицы) внутрь проникает достаточно света и угнетения их не наблюдается. В загущенных чашах листья располагались в восемь-девять слоев и внутри, от четвертого до восьмого слоя (считая бт верхней плоскости), появляются пожелтевшие отмирающие листья, что вызвано снижением освещения в этой зоне до 200 люкс в дневные часы.
Для того чтобы листья, расположенные в нижних плоскостях кустов чашевидной формы, работали лучше, междурядья должны хорошо освещаться. Поэтому нельзя допускать смыкания побегов вверху кустов.

Имей я в этом сезоне люксометр, полагаю ужаснулась бы его нижним значениям, потому эта тема меня интересует с практической точки зрения ухищрения повышения освещенности хотя бы в теплице.
Но для этого наверное нужна другая тема, которая вытечет из этой.

[cecet71]

...
Все, что написано в этой цитате, соответствует действительности. Но при этом не имеет ни малейшего отношения к сути вопроса, поставленного в теме!

На пром.теплице я занимался отопительными системами, но попробую о сути еще раз.

При естественном освещении Вам достаточно измерений люксметром. О необходимых пределах освещенности Вам написали чуть выше.

При искуственном освещении (полностью или дополнительным) в промышленных масштабах, используются системы контроля с целым комплексом датчиков по температуре, влажности, СО2, ФАР и ее интенсивности Почему выделил? Потому что при использовании разных видов искуственного освещения, нагревается поверхность листовой пластины, что значительно влияет на интенсивность фотосинтеза, а также на его интенсивность прямо влияют вышеперечисленные параметры. Само по себе значение ФАР (измеренное допустим http://labdepot.ru/view.php?id=279) Вам не даст ни-че-го (метр вверх и показания в 2 раза выше, метр в сторону и они 3 раза ниже).

Крупные хоз-ва используют типовые проекты, где все расписано: какие лампы, на какой высоте расположены и т.д. В зависимости от выращиваемой культуры даются рекомендации когда, сколько досвечивать, оптимальная Т днем и ночью и много чего еще.
При самостоятельном организации досветки, все высчитывают теоретически.
Установка системы контроля параметров микроклимата (интенсивность ФАР - один из этих параметров) в личном подсобном хоз-ве нецелесообразна.
О существовании приборов, способных оценить все эти параметры в комплексе мне не известно.

На фото: часть теплицы используется под выращивание рассады огурца, с использованием досветки. Лампы выключены, свет от вспышки. Фото с прошлого января, если не ошибаюсь.
Далее высаживаются в мин. маты под гидропонику.

[dmitr]

В целом для виноградного растения характерна высокая пластичность к различной освещенности при проявлении значительных видовых и сортовых различий.(с)

Мне вот понравилась эта фраза. Переводим на простой язык - виноград не так сильно требователен к той или иной степени освещённости (в отличии от других растений).
Позволю себе напомнить, как в одной из тем не так давно я рассуждал на тему что важнее для винограда тепло или свет. Получалось, что виноградная теплица только уменьшает свет , проходящий через слой поликарбоната. Плюс теплицы - это тепло, но ни как не свет. Получается плюс тепла и МИНУС света даёт очень хороший результат в росте винограда. Логичный вывод - свет для винограда важен не в такой степени как тепло! Света винограду хватает , а вот тепла нет

[irina+]

Если почитать статьи о винограде по фотосинтезу, то свет и тепло это не единственные критерии влияющие на развитие винограда, в контексте темы про освещенность более зависимы сорта витис винифера, далее лабруски и менее зависимы от кол-ва света это амуренсы.
Отсюда я сделала вывод что надо указывать и сорта, которые мы выращиваем или собираемся выращивать, если озаботились освещенностью или даем какую либо рекомендацию.

Оффтопик: открыть

Прошу прощения за не профессионализм в терминах, это то что отложилось в сознании, уныло сознавая, что при малом природном освещении на моей территории благоприятными сортами являются только лабруски и гибриды с амурскими, что собственно и есть на практике челябинских виноградарей, выращивающие соответствующие сорта.
Допустим тепло я в теплице для Лучистого создам, а вот освещенность на моей территории - нет.

[IRIS]

При естественном освещении Вам достаточно измерений люксметром. О необходимых пределах освещенности Вам написали чуть выше.
.

Как изложено выше, этого явно недостаточно. В первом посте я привел спектры светочувствительности человеческого глаза, люксметра и спектра поглощения света хлорофиллом. Первые два сильно (принципиально сильно) отличаются от последнего.
На графиках 1 и 2 показано, что человеческий глаз и люксметр с фильтром улавливают лучше всего световые волны в области 500-600 нм. Фильтр люксметра пропускает практически 100% этой части спектра. А для хлорофилла эти длины световых волн практически не нужны. Ему нужны волны 445 и 660 нм. А фильтр, стоящий в люксметре, режет эти длины волн и снижает освещенность в этой части спектра в несколько раз. Поэтому получается, что люксметр измеряет освещенность в той области спектра, которая хлорофиллу не нужна и занижает в несколько раз освещенность в тех частях спектра, которые нужны хлорофиллу.
А задаваемый мной вопрос был такой: разработчики таблиц с рекомендациями по освещенности для растений измеряли освещенность обычным люксметром или специализированным прибором, не занижающем в несколько раз мощность светового потока в области 445 и 660 нм? Есть ли у кого-нибудь ссылки на серьезные работы в этой области с описанием методики измерения (ЧЕМ ИЗМЕРЯЛИ)?

Логичный вывод - свет для винограда важен не в такой степени как тепло! Света винограду хватает , а вот тепла нет

В ОГ при при ширине рядов в 3-3,5 метра, наверное, достаточно. Сомнений нет. А в теплице при уплотненной посадке средняя и нижняя части лозы вполне могут освещаться недостаточно! Отсюда и появилась мысль измерить освещенность. А при детальном изучении проблемы выясняется, что люксметры меряют совсем не то, что нужно винограду!