Фолькер Ной, генеральний менеджер з світлодіодного підсвічування у Vossloh-Schwabe Lighting Solutions, представляє приклади, обговорює подібності та відмінності між людьми, тваринами та рослинами щодо відповідних спектрів та ретельно досліджує можливі наслідки.

Висвітлення садівництва у кліматичній камері

Фіто світильники

 

У галузі вирощування рослин та тваринництва проводиться безліч досліджень, щоб знайти можливості для покращення росту, здоров'я та продуктивності. У деяких відносинах про перше відомо навіть більше, ніж про HCL. У статті докладно описані різні біологічні ефекти однакових довжин хвиль на рослини, худобу та людей. Поточні знання про різні пологи порівнюються і використовуються як натхнення для розгляду можливих переходів до HCL (Human Centric Lighting).

Стан освітлення у садівництві

Стандартизоване використання біоефективного управління спектральним освітленням було звичайним явищем у галузі рослинництва протягом досить тривалого часу. Наявні знання використовують у промисловості, і проводяться інтенсивні дослідження виявлення подальших можливих кореляцій. Але також доступні результати фундаментальних досліджень поведінки рослин за різних довжин хвиль.

Було виявлено, що при стимулюванні криптохромами, фототропінами та фітохромом рослини виростають міцніші листя і стають більш стійкими до стресу при довжинах хвиль менше 400 нм (УФ-випромінювання). Вищезгадані фоторецептори активні не тільки під впливом такого короткохвильового випромінювання, а й у поєднанні з довжинами хвиль, показаними на графіці нижче. Крім того, низькі дози УФ-випромінювання використовуються як захист від грибкового зараження.

Діапазон довжин хвиль від 400 до 500 нм дає серію ефектів, але не потребує великих доз. Опромінення синім світлом може значною мірою запобігти висиханню рослин (транспірації). Що стосується побутової техніки, сучасні холодильники забезпечені синім підсвічуванням для овочевого відділення, що допомагає довше зберігати свіжі фрукти.

Фіто світильники спектр світла

Малюнки 1a і b:  спект поглинання хлорофілу a та хлорофілу b (a) [1] та спектр випромінювання спеціалізованого світлодіодного модуля COB для садівництва (b) [2]

Однак цей діапазон довжин хвиль також відповідає за затримку росту рослин у поздовжньому напрямку, що може призвести до коротких інтервалів між листям (карликовість/присадкуваті рослини) і, таким чином, має негативний ефект.

Застосування світла у зеленому діапазоні довжин хвиль (від 600 до 700 нм) протидіє затримці росту синього світла та запобігає коротким інтервалам між ярусами листя.

Червоне світло (від 700 нм до 800 нм), у свою чергу, змушує рослини виробляти більші квіти і рости в більш компактній формі. Цей діапазон довжин хвиль від 700 до 800 нм дуже впливає на рослини, особливо на смак їстівних рослин.

В результаті правильне змішування цих різних діапазонів довжин хвиль може створити світлові сценарії, які не тільки сприяють ідеальному вирощуванню рослин, але й мають потенціал оптимізації врожайності щодо споживання енергії та якості рослин. Енергоефективність досягається за рахунок коригування спектра відповідно до фази зростання. Багатоканальні системи дозволяють придушувати небажані фактори зростання будь-якої миті часу. Передчасне освітлення довгохвильовим червоним світлом не покращить зростання коріння. Проте червоне світло, включене в потрібний час, дозволить цілеспрямовано дозрівати таким фруктам, як виноградні томати. Забезпечення дозрівання фруктів в той самий момент часу максимізує ефективність збирання врожаю. Однак, цю спектральну експозицію не можна визначити за допомогою інтегрального значення для джерела світла. Одиничне значення мкмоль, без будь-якої диференціації випромінюваних довжин хвиль, тут не має сенсу і може служити тільки індикатором потужності джерела світла. Для практичного використання краще розділити світло на діапазони довжин хвиль і спеціальні завдання освітлення. Це було б порівняно з інтегральним Ra та показниками окремих кольорів.

bio_graf_led2.pngМалюнок 2: Складний «Еквалайзер освітлення», 11-канальна система, яка дозволяє спектральне налаштування для кращого контролю росту рослин. Крім контролю зростання чи великих квіток, ця система пропонує кілька додаткових переваг.

Фіто світильники

Малюнок 3: Освітлення садівництва в кліматичній камері

Поточна ситуація у галузі освітлення тваринництва

Використання спектрально регульованих джерел світла у тваринництві ще негаразд розвинене. Хоча деякі ефекти відомі щодо тваринництва, біологічні причини, що лежать в основі, ще належить зрозуміти. На відміну від цього, використання штучного освітлення у тваринницьких приміщеннях стає все більш поширеним явищем, причини якого можна побачити у переході до утримання худоби в закритих сараях без денного світла та значному глобальному збільшенні попиту на м'ясо. Попит на птаха піднявся на перше місце у світі і навіть перевершує свинину.

Птах недорогий, корисний і швидко вирощується. Протягом семитижневого періоду, протягом якого курча перетворюється на курча вагою 1,8 кг, переважні наступні сценарії освітлення на основі наявної в даний час інформації. Зелене світло сприяє гарному зростанню м'язів протягом перших тижнів життя, а синє світло збільшує вироблення гормонів. Як орієнтир і для поліпшення засвоєння їжі використовується жовто-біле світло. Якщо кури схильні до взаємного клювання, червоне світло може знизити рівень їхньої агресії. Позитивний вплив також може бути на проблему канібалізму та використання антибіотиків, але ще потрібно провести тести на точних довжинах хвиль. Короткохвильовий діапазон близько 380 нм та червоний діапазон від 700 нм до 800 нм мають стати вирішальними для нових відкриттів. Візуальний спектр курки значно ширший, ніж у людини. Тому їх важко оцінити за допомогою звичайних джерел світла (налаштованих на V (λ)). Те саме і з іншими видами свійської птиці, такими як качки, гуси та індики.

Також варто відзначити, що синє світло з довжиною хвилі 480 нм не дає коровам спати та збільшує удій постійного молока на 8%. Корови немає візуальних здібностей поза 640 нм.

Більш детальна оцінка впливу світла на свинарство ще проводилася, але нині немає через поточних ринкових цін.

Технології експлуатації є ще одним фактором, який має ключовий вплив на освітлення в таких додатках. Освітлення має володіти особливо високою стійкістю до мерехтіння та мерехтіння.

Скот та рослини обробляють зорові стимули значно швидше, ніж люди. Робота з використанням постійного струму була б найкращою альтернативою і могла б позитивно вплинути на здоров'я птиці та тварин загалом.

Для димування не слід використовувати простий метод ШІМ, швидше за все, має бути можливість налаштувати «чистий» коефіцієнт управління імпульсом, який також має бути синхронізований у разі спектрального (багатоканального) освітлення. Нездатність забезпечити це призводить до стресу для худоби, що, у свою чергу, негативно позначається на якості продукції.

Фіто світильники

Малюнок 4: Вплив світла на свійську птицю досить добре вивчений, і відомо багато. На зображенні показано звичайну практику спектрального освітлення на птахофермах.

Коротке порівняння рослин, тварин та людей

Якщо тепер порівняти відомі та випробувані «спектри рослин» із спектрами, що використовуються нині у тваринництві, легко побачити, що переважаючі довжини хвиль переважно збігаються. У цьому контексті не можна дати остаточних результатів щодо амплітуд спектрального складу.

Вплив окремих світлових спектрів як біологічного стимулу людини практично не досліджено. Той факт, що синє світло (480 нм), як відомо, пригнічує вироблення мелатоніну, можна вважати першим важливим кроком до використання HCL в області загального освітлення.

Чутливість (сприйнятливість) до спектральних довжин хвиль у рослин і людей така сама, як у курей (рис. 5).

Фіто світильники

Рисунок 5: Порівняння довжин хвиль та їх впливу на теплиці, худобу та освітлення, орієнтоване на людину

Сонячне світло забезпечує основу для всіх форм життя та організмів, при цьому лише типове відповідне середовище впливає на індивідуальні спектри: ліс та пустеля, пагорби та долини, земля та вода. У цьому відношенні фільтрація на основі довкілля може призвести до відмінностей.

Виходячи з результатів досліджень, аналізів та випробувань у всіх трьох областях (рослини, худобу та люди), здається логічним припустити, що будуть виявлені подальші подібності між ефектами, що залежать від довжини хвилі. Наприклад, у курчат рівень гормону стресу кортизолу можна знизити за допомогою «червоних» довжин хвиль. Тести за участю ув'язнених США дали зіставні результати.

Можливі наслідки

Загалом, залишається питання про правильну номенклатуру цих процесів та вимірних факторів. Поле людини, що вимірюється в люксах та люменах, не може бути розширено до довжин хвиль в інфрачервоному та ультрафіолетовому діапазонах. Пригнічення мелатоніну на довжині хвилі 480 нм може бути ефективно представлено кривою V (λ). HCL не вписується у звичайний профіль освітлення. Враховуючи типове запрошення до участі в тендері, світильник, сумісний з HCL, програє з точки зору ефективності в люменах на ват.

Протестовані параметри та подання, що використовуються у встановлених нішевих додатках, можуть стати основою змістовного обговорення. Оскільки вплив HCL на людей, як і на інші форми життя і організми, слід описувати через ступінь впливу, одиницею вимірювання цього спектрального діапазону повинні бути мкмоль.

Однак однаково можна було б оцінити ступінь впливу, якому піддається якийсь один вид, використовуючи криву чутливості відповідного роду, що вже є звичайною практикою в птахівництві. Але чи застосовні «курячий люкс» чи «галлус люкс» до всіх видів птахів?

Ефект мерехтливого та мерехтливого світла, яке в даний час досліджується на людях і призводить до створення нового та/або покращеного механізму управління, вже добре відомий у галузі птахівництва. Робочі частоти до 1 кгц негативно впливають здоров'я худоби. Інші організми з швидкою візуальною реакцією включають планктон і водорості. Цю обставину не слід недооцінювати для загального освітлення. Багатоканальні драйвери з постійним струмом можуть позитивно вплинути на бажаний результат, оскільки світло буде доступне постійно.

Висновки

У майбутньому стандартні методи висвітлення, що застосовуються нині у тваринництві, також буде впроваджено у сфері загального висвітлення. Це також стосується аргументів, висунутих на користь HCL та його переваг, оскільки технічні специфікації значною мірою можуть передаватися. Для безпеки планування необхідні чітко визначені характеристики продукту.