Фолькер Ной, генеральный менеджер по светодиодной подсветке в Vossloh-Schwabe Lighting Solutions, представляет примеры, обсуждает сходства и различия между людьми, животными и растениями в отношении соответствующих спектров и тщательно исследует возможные последствия.
Освещение садоводства в климатической камере
В области выращивания растений и животноводства проводится множество исследований, чтобы найти возможности для улучшения роста, здоровья и продуктивности. В некоторых отношениях о первом известно даже больше, чем о HCL. В статье подробно описаны различные биологические эффекты одинаковых длин волн на растения, домашний скот и людей. Текущие знания о разных родах сравниваются и используются в качестве вдохновения для рассмотрения возможных переходов в HCL (Human Centric Lighting).
Состояние освещения в садоводстве
Стандартизованное использование биоэффективного управления спектральным освещением было обычным явлением в области растениеводства в течение довольно долгого времени. Имеющиеся знания используются в промышленности, и проводятся интенсивные исследования для выявления дальнейших возможных корреляций. Но также доступны результаты фундаментальных исследований поведения растений при различных длинах волн.
Было обнаружено, что при стимулировании криптохромами, фототропинами и фитохромом растения вырастают более крепкие листья и становятся более устойчивыми к стрессу при длинах волн менее 400 нм (УФ-излучение). Вышеупомянутые фоторецепторы активны не только под воздействием такого коротковолнового излучения, но и в сочетании с длинами волн, показанными на графике ниже. Кроме того, низкие дозы УФ-излучения используются как средство защиты от грибкового заражения.
Диапазон длин волн от 400 до 500 нм дает серию эффектов, но не требует применения в больших дозах. Облучение синим светом может в значительной степени предотвратить высыхание растений (транспирацию). Что касается бытовой техники, современные холодильники снабжены синей подсветкой для овощного отделения, что помогает дольше сохранять фрукты свежими.
Рисунки 1a и b: спектр поглощения хлорофилла a и хлорофилла b (a) [1] и спектр излучения специализированного светодиодного модуля COB для садоводства (b) [2]
Однако этот диапазон длин волн также отвечает за задержку роста растений в продольном направлении, что может привести к коротким интервалам между листьями (карликовость / приземистые растения) и, таким образом, оказывает отрицательный эффект.
Применение света в зеленом диапазоне длин волн (от 600 до 700 нм) противодействует задержке роста синего света и предотвращает короткие интервалы между ярусами листвы.
Красный свет (от 700 нм до 800 нм), в свою очередь, заставляет растения производить более крупные цветы и расти в более компактной форме. Этот диапазон длин волн от 700 до 800 нм оказывает большое влияние на растения, особенно на вкус съедобных растений.
В результате правильное смешивание этих различных диапазонов длин волн может создать световые сценарии, которые не только способствуют идеальному выращиванию растений, но и обладают потенциалом оптимизации урожайности в отношении потребления энергии и качества растений. Энергоэффективность достигается за счет корректировки спектра в соответствии с фазой роста. Многоканальные системы позволяют подавлять нежелательные факторы роста в любой момент времени. Преждевременное освещение длинноволновым красным светом не улучшит рост корней. Тем не менее, красный свет, включенный в нужное время, позволит целенаправленно созревать таким фруктам, как виноградные томаты. Обеспечение созревания фруктов в один и тот же момент времени максимизирует эффективность сбора урожая. Однако эту спектральную экспозицию нельзя определить с помощью интегрального значения для источника света. Единичное значение мкмоль, без какой-либо дифференциации излучаемых длин волн, здесь не имеет смысла и может служить только индикатором мощности источника света. Для практического использования гораздо лучше разделить свет на диапазоны длин волн и специальные задачи освещения. Это было бы сопоставимо с интегральным Ra и показателями отдельных цветов.
Рисунок 2: Сложный «Эквалайзер освещения», 11-канальная система, которая позволяет спектральную настройку для лучшего контроля роста растений. Помимо контроля роста или крупных цветков, эта система предлагает несколько дополнительных преимуществ.
Рисунок 3: Освещение садоводства в климатической камере
Текущая ситуация в области освещения животноводства
Использование спектрально регулируемых источников света в животноводстве еще не так развито. Хотя некоторые эффекты известны в отношении животноводства, лежащие в основе биологические причины еще предстоит понять. В отличие от этого, использование искусственного освещения в животноводческих помещениях становится все более распространенным явлением, причины которого можно увидеть в переходе к содержанию скота в закрытых сараях без дневного света и значительном глобальном увеличении спроса на мясо. Спрос на птицу поднялся на первое место в мире и даже превосходит свинину.
Птица недорогая, полезная и быстро выращивается. В течение семинедельного периода, в течение которого цыпленок превращается в цыпленка весом 1,8 кг, предпочтительны следующие сценарии освещения на основе имеющейся в настоящее время информации. Зеленый свет способствует хорошему росту мышц в течение первых недель жизни, а синий свет увеличивает выработку гормонов. В качестве ориентира и для улучшения усвоения пищи используется желто-белый свет. Если куры склонны к взаимному клеванию, красный свет может снизить уровень их агрессии. Положительное влияние также может быть оказано на проблему каннибализма и использования антибиотиков, но еще предстоит провести тесты на точных длинах волн. Коротковолновый диапазон около 380 нм и красный диапазон от 700 нм до 800 нм должны стать решающими для новых открытий. Визуальный спектр курицы значительно шире, чем у человека. По этой причине их трудно оценить с помощью обычных источников света (настроенных на V (λ)). То же самое и с другими видами домашней птицы, такими как утки, гуси и индюки.
Также стоит отметить, что синий свет с длиной волны 480 нм не дает коровам спать и увеличивает удой постоянного молока на 8%. Коровы не имеют визуальных способностей за пределами 640 нм.
Более подробная оценка влияния света на свиноводство еще не проводилась, но в настоящее время не проводится из-за текущих рыночных цен.
Технологии эксплуатации представляют собой еще один фактор, который оказывает ключевое влияние на освещение в таких приложениях. Освещение должно обладать особенно высокой устойчивостью к мерцанию и мерцанию.
Домашний скот и растения обрабатывают зрительные стимулы значительно быстрее, чем люди. Работа с использованием постоянного тока была бы лучшей альтернативой и могла бы положительно повлиять на здоровье птицы и животных в целом.
Для диммирования не следует использовать простой метод ШИМ, скорее, должна быть возможность настроить «чистый» коэффициент управления импульсом, который также должен быть синхронизирован в случае спектрального (многоканального) освещения. Неспособность обеспечить это приводит к стрессу для домашнего скота, что, в свою очередь, отрицательно сказывается на качестве продукции.
Рисунок 4: Влияние света на домашнюю птицу достаточно хорошо изучено, и известно многое. На изображении показана обычная практика спектрального освещения на птицефермах.
Краткое сравнение растений, животных и людей
Если теперь сравнить известные и испытанные «спектры растений» со спектрами, используемыми в настоящее время в животноводстве, легко увидеть, что преобладающие длины волн в основном совпадают. В этом контексте нельзя дать окончательных результатов относительно амплитуд спектрального состава.
Влияние отдельных световых спектров как биологического стимула на человека практически не исследовано. Тот факт, что синий свет (480 нм), как известно, подавляет выработку мелатонина, можно рассматривать как первый важный шаг к использованию HCL в области общего освещения.
Чувствительность (восприимчивость) к спектральным длинам волн у растений и людей такая же, как у кур (рис. 5).
Рисунок 5: Сравнение длин волн и их влияния на теплицы, домашний скот и освещение, ориентированное на человека
Солнечный свет обеспечивает основу для всех форм жизни и организмов, при этом только типичная соответствующая среда влияет на индивидуальные спектры: лес и пустыня, холмы и долины, земля и вода. В этом отношении фильтрация на основе среды обитания может привести к различиям.
Исходя из результатов исследований, анализов и испытаний во всех трех областях (растения, домашний скот и люди), кажется логичным предположить, что будут обнаружены дальнейшие сходства между эффектами, зависящими от длины волны. Например, у цыплят уровень гормона стресса кортизола можно снизить с помощью «красных» длин волн. Тесты с участием заключенных в тюрьмах США дали сопоставимые результаты.
Возможные последствия
В общем, остается вопрос о правильной номенклатуре этих процессов и измеримых факторах. Поле человека, измеряемое в люксах и люменах, не может быть расширено до длин волн в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах. Подавление мелатонина на длине волны 480 нм не может быть эффективно представлено кривой V (λ). HCL не вписывается в обычный профиль освещения. Учитывая типичное приглашение к участию в тендере, светильник, совместимый с HCL, проиграет с точки зрения эффективности в люменах на ватт.
Протестированные параметры и представления, используемые в установленных нишевых приложениях, могут стать основой для содержательного обсуждения. Поскольку воздействие HCL на людей, как и на все другие формы жизни и организмы, следует описывать через степень воздействия, единицей измерения этого спектрального диапазона должны быть мкмоль.
Однако в равной степени можно было бы оценить степень воздействия, которому подвергается какой-либо один вид, используя кривую чувствительности соответствующего рода, что уже является обычной практикой в птицеводстве. Но применимы ли «куриный люкс» или «галлус люкс» ко всем видам птиц?
Эффект мерцающего и мерцающего света, который в настоящее время исследуется на людях и приводит к созданию нового и / или улучшенного механизма управления, уже хорошо известен в области птицеводства. Рабочие частоты до 1 кГц отрицательно влияют на здоровье скота. Другие организмы с быстрой «визуальной» реакцией включают планктон и водоросли. Это обстоятельство не следует недооценивать для области общего освещения. Многоканальные драйверы с постоянным током могут положительно повлиять на желаемый результат, поскольку свет будет доступен постоянно.
Выводы
В будущем стандартные методы освещения, применяемые в настоящее время в животноводстве, также будут внедрены в области общего освещения. Это также относится к аргументам, выдвинутым в пользу HCL и его преимуществ, поскольку технические спецификации в значительной степени могут передаваться. Для обеспечения безопасности планирования необходимы четко определенные характеристики продукта.
