В современном растениеводстве, животноводстве и освещении, ориентированном на человека (HCL), на первый план выходит вопрос эффективного управления спектром света. Волькер Ной, генеральный менеджер по светодиодному освещению в Vossloh-Schwabe Lighting Solutions, указывает на существующие сходства и различия между людьми, животными и растениями с точки зрения биологических реакций на различные длины волн. Благодаря накопленным данным и исследованиям, теперь мы можем точнее управлять спектром освещения, улучшая рост и здоровье растений, повышая продуктивность животных и оптимизируя условия для человека.

ЦЕЛЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СПЕКТРАЛЬНОГО СВЕТА В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ

Основная цель фитоламп и специального светодиодного освещения в растениеводстве – стимулировать рост, развитие и улучшать качество урожая. Различные участки спектра по-разному влияют на растения:

  1. Фиолетово-УФ (менее 400 нм).

    • Подавляет некоторые виды грибковых заболеваний.

    • Стимулирует работу криптохромов, фототропинов и фитохромов, что делает листья более устойчивыми к стрессу.

  2. Синий диапазон (400–500 нм).

    • Управляет высотой растения и может предотвращать чрезмерное вытягивание стеблей.

    • Снижает транспирацию, помогая растениям сохранять влагу.

  3. Зелёный диапазон (500–600 нм).

    • Частично компенсирует эффект «карликовости» от избыточного синего излучения.

    • Способствует более равномерному развитию листовых пластин.

  4. Красный диапазон (600–700 нм).

    • Усиливает фотосинтез и влияет на размеры и формирование бутонов.

    • При правильной дозировке улучшает вкус плодов (например, томатов).

  5. Длинноволновой красный (700–800 нм).

    • Способствует ускоренному созреванию.

    • Позволяет оптимизировать период сбора урожая, включая синхронное созревание плодов.

Благодаря регулировке отдельных каналов (многоцветные фитолампы) можно комбинировать эти диапазоны так, чтобы добиваться одновременно и ускоренного роста, и оптимального качества плодов. Важен не только общий показатель мкмоль (количество фотонов), но и распределение света по длинам волн на разных этапах вегетации.

ПОТЕНЦИАЛ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ

Правильно выстроенная стратегия освещения даёт возможность экономить электроэнергию. Например, если в определённый момент развития растения не требуется усиленный красный спектр, его можно уменьшить и тем самым сократить расходы. Подобная гибкость недоступна при использовании классических ламп, имеющих фиксированный спектральный состав. Кроме того, многоканальные системы позволяют оперативно «подавлять» нежелательные эффекты (например, избыточное вытягивание стебля) и тем самым получать более качественный урожай при меньших энергозатратах.

ОСОБЕННОСТИ ОСВЕЩЕНИЯ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ

Применение спектрально регулируемого света в животноводстве пока не столь распространено, как в растениеводстве. Однако известно, что разные диапазоны волн способны влиять на гормональную активность животных, их поведение и даже иммунитет:

  1. Птицеводство.

    • Зелёный свет стимулирует рост мышечной массы у молодняка.

    • Синий диапазон влияет на активность гормонов, что способствует ускоренному набору веса.

    • Жёлто-белый свет создаёт комфортную видимость и снижает стресс.

    • Красный свет иногда используют для сокращения агрессии у птиц и снижения уровня травматизма.

  2. Крупный рогатый скот.

    • Синий свет с длиной волны около 480 нм может подавлять сонливость у коров и повышать удои.

    • У коров нет зрительной чувствительности к диапазону свыше 640 нм, что важно учитывать при подборе светильников.

Ключевым фактором в помещениях для животных является минимизация мерцания света. Многие виды обрабатывают зрительные стимулы гораздо быстрее человека, и при низких частотах (даже до 1 кГц) может возникать стресс, который негативно сказывается на росте и здоровье животных. Применение драйверов с постоянным током и грамотное диммирование (без простого ШИМ на низких частотах) помогают избежать подобных проблем.

Краткое сравнение растений, животных и людей

Если сравнить известные и испытанные «спектры растений» со спектрами, которые используются сейчас в животноводстве, легко увидеть, что преобладающие длины волн в основном совпадают.

Воздействие отдельных световых спектров как биологического стимула человека практически не исследовано. Тот факт, что синий свет (480 нм), как известно, угнетает выработку мелатонина, можно считать первым важным шагом к использованию HCL в области общего освещения.

Чувствительность (восприимчивость) к спектральным длинам волн у растений и людей такая же, как у кур

Сравнение длин волн и их влияние на теплицы, скот и освещение, ориентированное на человека

Солнечный свет обеспечивает основу для всех форм жизни и организмов, при этом только типичная среда влияет на индивидуальные спектры: лес и пустыня, холмы и долины, земля и вода В этом отношении фильтрация на основе окружающей среды может привести к различиям.

Исходя из результатов исследований, анализов и испытаний во всех трех областях (растения, скот и люди), кажется логичным предположить, что будут обнаружены дальнейшие сходства между эффектами, зависящими от длины волны.

Возможные последствия

В общем, остается вопрос о правильной номенклатуре этих процессов и измеримых факторов. обычный профиль освещения. Учитывая типичное приглашение к участию в тендере, светильник, совместимый с HCL, проигрывает с точки зрения эффективности в люменах на ватт.

Протестированные параметры и представления, используемые в установленных нишевых приложениях, могут стать основой содержательного обсуждения.

Однако одинаково можно было бы оценить степень влияния, которому подвергается какой-то один вид, используя кривую чувствительности соответствующего рода, уже обычную практику в птицеводстве.

Эффект мерцающего и мерцающего света, которое в настоящее время исследуется на людях и приводит к созданию нового и/или улучшенного механизма управления, уже хорошо известен в области птицеводства. Многоканальные драйверы с постоянным током могут оказать положительное влияние на желаемый результат, поскольку свет будет доступен постоянно.

ПАРАЛЛЕЛИ С ЧЕЛОВЕЧЕСКИМ ОСВЕЩЕНИЕМ (HUMAN CENTRIC LIGHTING)

Хотя HCL (Human Centric Lighting) относительно новая концепция для массового внедрения, некоторые механизмы уже хорошо изучены в животноводстве и растениеводстве. Например:

– Синий свет (около 480 нм) у человека также подавляет выработку мелатонина, регулируя циклы сна и бодрствования.
– Красные и ближние инфракрасные диапазоны могут влиять на регенерацию тканей и общее самочувствие.

Точно так же, как «спектр для птиц» более широк и захватывает УФ- и ближние инфракрасные длины волн, человек тоже имеет свою собственную биологическую кривую чувствительности. Однако стандартные показатели (люкс, люмен) не отражают влияние спектра за пределами видимого диапазона. Это осложняет оценку эффективности систем HCL по привычным параметрам.

ПРОБЛЕМА МЕРЦАНИЯ И ЕЁ РЕШЕНИЕ

Эффект мерцания (flicker) и стробоскопический эффект давно изучаются в птицеводстве, где слишком низкие частоты приводят к повышенной агрессии и стрессу. Для HCL это также важная тема. В свете будущего внедрения интеллектуальных систем освещения стоит рассмотреть переход к драйверам постоянного тока или применению высокочастотного ШИМ, синхронизированного для всех спектральных каналов. Тогда свет станет одинаково стабильным и для животного, и для человеческого глаза.

НОВЫЕ СТАНДАРТЫ И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

В растениеводстве широко используется единица «мкмоль фотонов/м²·с», которая отражает количество фотосинтетически активных фотонов (PAR). В животноводстве нет единой стандартизации, но учитываются кривые чувствительности конкретного вида. В освещении для людей всё ещё преобладают люмены и люксы, не учитывающие ультрафиолетовые или инфракрасные диапазоны. Вероятно, дальнейшие исследования приведут к появлению новых методов оценки воздействия света на человека, подобных тем, что уже применяются в «зелёном» и «животном» секторах.

ВЫВОДЫ

  1. Исследования в области растениеводства и животноводства демонстрируют важность спектральной настройки освещения.

  2. Биологические механизмы, зависящие от длины волны, во многом схожи у растений, животных и людей.

  3. Для HCL важно учитывать не только видимый спектр, но и УФ, и ближний ИК.

  4. Исключение мерцания при помощи драйверов постоянного тока и высокочастотного ШИМ способно снизить стресс у животных и улучшить восприятие света у человека.

  5. Необходимы единые расширенные стандарты и параметры измерения (в дополнение к люксам и люменам) для объективной оценки биологического воздействия света.

В перспективе наиболее передовые методы освещения для животных и растений могут найти применение и в системах, рассчитанных на людей. Понимание принципов «спектрального управления» поможет создавать по-настоящему адаптивные решения, которые положительно повлияют на здоровье и комфорт всех живых организмов.