Зеленый свет для помидоров

Зеленый свет не полностью поглощается листьями растений и менее эффективен в стимулировании фотосинтеза по сравнению с красным светом. Поэтому некоторые производители по-прежнему считают, что зеленая часть спектра в светодиодных лампах не нужна или нужна только для удобства обеспечения хорошего цветового баланса света и рабочих условий для визуального контроля здоровья растений. Однако показано, что наличие зеленого света в спектре роста положительно влияет на урожайность, особенно при выращивании плодовых культур, таких как томаты, с многослойной структурой навеса и длительным жизненным циклом.

Исследователи из Университета Вагенингена и Research (WUR) опубликовали результаты эксперимента, в котором томаты выращивались в тепличных условиях при светодиодном освещении только с синим и красным светом в спектре или с различным процентным соотношением зеленого света, смешанного с синим и красным (Weerheim et al. 2019). Исследование показало, что лампы для выращивания, содержащие 40% зеленого в выходном спектре, увеличивают урожай тепличных томатов на 6% по сравнению с помидорами, выращенными при дополнительном светодиодном освещении, содержащем только синий и красный свет с той же общей интенсивностью света. Исследователи WUR также заметили, что листья в среднем слое навеса показали значительное увеличение соотношения хлорофилла a: b и концентрации каротиноидов по мере увеличения интенсивности зеленого света.

Чтобы лучше понять, как зеленый свет влияет на рост и доступность света в густом покрове томатов, лаборатория Heliospectra Plant Lab выращивала помидоры с помощью четырех световых обработок с одинаковой интенсивностью света и соотношением красного и синего света, но с разным процентом зеленого света. Кроме того, все световые спектры содержали дальний красный цвет (FR).

Результаты и обсуждение:

Размер спелых плодов увеличивается с увеличением процента зеленого света:

На общую биомассу растений и биомассу плодов в конце эксперимента несколько повлияли различия в обрезке между обработками, но не состав спектра света для выращивания. У растений в обработке с наименьшим процентом зеленого света (5%) и наибольшим процентом зеленого света (40%) было одинаковое количество полностью развитых листьев (т.е. они были обрезаны одинаково), и у них была почти идентичная биомасса стебли, листья и общие плоды. Однако растения, выращенные при 40% -ном зеленом освещении, как правило, имели более высокий процент крупных спелых плодов в конце эксперимента. В среднем 90% созревших плодов растений, выращенных при световой обработке, с высоким процентом зелени были класса А или отнесены к категории только крупных размеров. 70% растений, выращенных под 5% зеленой обработкой, достигли полного размера и были отнесены к категории больших. Плоды растений, выращенных при 40% -ном зеленом освещении, также были в среднем на 18% тяжелее, чем плоды растений, выращенных при 5% -ном зеленом освещении (рис. 2). Среднее количество томатов на одну кисть значительно различается (7,6 против 7,4 томатов на одну кисть, соответственно). Однако у томатов, выращенных при 40% -ном зеленом освещении, было меньше кистей с развивающимися плодами и больше с цветами.

Результаты этого эксперимента показывают, что общая биомасса растения (листья и плоды Iestem) зависит от общего количества света, доступного для растения, независимо от светового спектра. И увеличение доли зеленого света в спектре света для выращивания может способствовать лучшему развитию плодов.

Зеленый свет в спектре света для выращивания увеличивает доступность PAR света внутри растительного покрова:

Доступность света внутри плотного навеса из листьев томата экспоненциально снижалась по мере увеличения расстояния от вершины навеса. Измерения внутри полога сравнивали с интенсивностью света внутри отсеков для выращивания без растений. Следовательно, на результаты влияет затенение листьев и не зависит от расстояния до светодиодных светильников. Измерения интенсивности света существенно различались в разных точках в пределах кроны, но в среднем больше света было доступно в более глубоких слоях листьев растений, выращенных при 40% -ной обработке зеленым светом. Различия между 40% и 5% обработками зеленым светом были значительными при большинство точек измерения (рис. 2). Похоже, что большая часть света, доступного в более глубоких слоях полога, проходит через отверстия между листьями, а не за счет пропускания света через листья, поскольку соотношение зеленого, синего и красного света существенно не различается с увеличением FR от роста. спектр. Коэффициент зеленого света был увеличен при очень низких уровнях освещенности (данные не показаны).

Количество света, проходящего через листья (коэффициент пропускания), зависело от количества света, освещенного листом, а также от спектра света для выращивания. Листья томатов, выращенных при 40% -ном зеленом свете, имели до 5 раз более высокий коэффициент пропускания, чем листья растений, выращенных при 5% -ном зеленом свете. Фотоны, в основном зеленые и дальние красные, отфильтрованные верхними листьями, все еще могут использоваться для обеспечения энергией нижних листьев, расположенных внутри навеса, даже если они не полностью поглощаются. Однако в случае томатов пропускание света через листья низкое, и значения, полученные в этом эксперименте, были ниже 3% падающего света (данные не показаны).

Наличие зеленого света в спектре света для выращивания влияет на архитектуру растений:

Растения, выращенные при более высоком проценте зеленого света, имели тенденцию к появлению более широких и длинных листьев (рис. 3) с большими промежутками между листочками. Такая архитектура позволяет большему количеству света проникать в более глубокий слой навеса.

Эффект дальнего красного (FR) света:

Хотя все световые обработки были настроены на одинаковое соотношение R: FR, процентное содержание FR света в спектре уменьшалось по мере увеличения количества зеленого света. Большая часть красного света была заменена зеленым из-за увеличения смеси зеленого света. Наблюдаемые изменения размера плодов (рис. 1) и морфологии листьев (рис. 3) противоположны известным эффектам FR. FR отвечает за удлинение стеблей, черешков и других частей листа (обзор Demotes-Mainard et al 2016). Сообщалось также, что дополнительный FR увеличивает выделение биомассы для плодов томатов (Ji et al 2019). Следовательно, различия, наблюдаемые с помощью Heliospectra между световыми обработками, с большей вероятностью будут вызваны зеленым светом, чем дополнительным светом FR.

Оптимальный спектр солнечного света:

Зеленый свет составляет около 35% фотосинтетически активного излучения солнечного света (Chiang et al, 2019). Появляется все больше свидетельств того, что процент зеленого света, близкий к этому уровню, может быть оптимальным для улавливания радиации всем растением, что, следовательно, приводит к высокой урожайности и урожайности (Kaiser 2019). В ситуации, когда свет очень сильный, зеленые фотоны имеют больший потенциал для стимулирования фотосинтеза, потому что они могут проникать дальше в ткань листа, чем красные или синие фотоны, которые поглощаются в основном на поверхности листа (Nishio 2000, Terashima et al., 2009 ).

Аналогичный принцип можно применить ко всему профилю полога растения (Smith et al, 2017). При сильном освещении с низкой долей зеленого света или когда присутствует только синий и красный свет, фотосинтетический аппарат листьев в верхней части полога будет насыщенным, в то время как листья внутри навеса могут не получать достаточно света для поддержания эффективного фотосинтеза. Когда количество синего света превышает количество зеленого света (высокое соотношение B: G), многие виды растений увеличивают производство антоцианов, которые представляют собой пигменты, действующие как солнцезащитный крем для листьев. Антоцианы поглощают часть световой энергии ФАР, которая не участвует в фотосинтезе. Этот механизм выполняет очень важную функцию защиты фотосинтетического аппарата от повреждения сильным светом (Gould et al 2008), но когда это вызвано ненасыщенным составом светового спектра, производство антоцианов также может ограничивать эффективность сбора света. Избыточное количество зеленого в спектре (или низкое соотношение B: G) вызывает реакцию тени и может негативно повлиять на растения, способствуя избыточному удлинению и уменьшая накопление биомассы (Zhang et al 2011).

Отличия лабораторных условий от теплицы:

В лабораторных условиях общее количество света, потенциально доступного растениям, зависит только от количества света, производимого лампами для выращивания. Поскольку интенсивность ненасыщающего света и навесы растений заполняют все доступное пространство, можно ожидать, что растения собирают практически все доступные фотоны. Качество спектра света для выращивания в таких условиях может влиять на долю света, собираемого на разных слоях листьев (т. Е. Меньше фотонов собирается на вершине и внутри кроны), но не на общее количество света, доступного для растения.

В теплице на структуру растений больше всего влияет солнечный свет. Эффект искусственного освещения в теплице заметен в сезонное время года при низкой доступности естественного света. Даже небольшие различия в структуре растений могут повлиять на уровень освещенности внутри растительного покрова и могут повлиять на общую площадь листьев, которая активна при уборке урожая, тем самым влияя на биомассу и урожай растений. Кроме того, можно ожидать, что изменения в проникновении света могут напрямую влиять на рост и созревание плодов, поскольку маленькие зеленые плоды могут фотосинтезировать и поддерживать часть своих собственных энергетических потребностей при наличии достаточного количества света.

Нужны ли мне зеленые диоды в светодиодной лампе?

Рабочие характеристики зеленых светодиодов все еще неудовлетворительны по сравнению со светодиодами других цветов. Однако зеленая часть спектра может быть обеспечена за счет использования более эффективных белых светодиодов. Белые светодиоды представляют собой синие диоды с пиковым излучением в синей области с покрытием. со слоем люминофора. Люминофорное покрытие преобразует синий свет в широкую световую полосу, покрывающую зеленые и красные полосы спектра. Часть синего света проходит через покрытие, поэтому такие диоды производят смесь синих, красных и зеленых фотонов, и их световой поток воспринимается людьми как белый свет. Чтобы повысить эффективность светильника и создать оптимальный световой спектр для растений, белые диоды должны сопровождаться красным, а в зависимости от применения светильника также синими и дальними красными диодами.

Heliospectra разработала свой новый MITRAlight, чтобы сочетать свойства естественного солнечного света с высокой эффективностью светодиодов. Светильники MITRA имеют спектр с 40% зеленым светом, что способствует эффективному перехвату света растениями и глубокому проникновению света внутрь растительного покрова, что может положительно сказаться на урожайности томатов и качестве плодов. В то же время спектр MITRA содержит достаточно синего света, чтобы предотвратить чрезмерное удлинение, обеспечить сбалансированный фотосинтез в верхних листьях и стимулировать производство вторичных метаболитов. По сравнению с традиционным освещением, таким как HPS для садоводства, металлогалогенными лампами или люминесцентными лампами, которые также излучают белый свет широкого спектра, MITRA имеет как минимум на 35% более высокую эффективность1. (1По сравнению с новой лампой HPS мощностью 1000 Вт.)

Методы:

Карликовый кустарниковый сорт томатов черри Solanum lycopersicum 'Romello' выращивали при четырех световых обработках с одинаковой интенсивностью света PAR и соотношением красного и синего света, но с различным процентным содержанием зеленого света. Все световые спектры обработок содержали дальний красный (FR), скорректированный для обеспечения аналогичного отношения R к FR во всех световых обработках. Обработка 5%, 10% и 20% зеленого была установлена ​​с использованием приспособлений с регулируемым спектром ELIXIA, тогда как обработка 40% зеленого была обеспечена светом фиксированного спектра MITRA. Отсеки для выращивания были обшиты черной тканью, чтобы уменьшить отражение света от стен и заблокировать дополнительный свет в нижних частях растительного покрова. Температура, влажность и поток воздуха контролировались на протяжении всего эксперимента и были одинаковыми во всех отделениях для выращивания.

Помидоры были перемещены в отделения для выращивания, расположенные в помещении с контролируемым климатом, по мере развития проростков с первыми двумя листьями. В начале эксперимента было выращено девять сеянцев томатов на каждой ячейке размером 1,2 м х 1,2 м. По мере того, как навес закрывался, густота растений была уменьшена до шести, а затем до трех растений. Через пять и семь недель эксперимента три растения были удалены. Остальные три растения связывали и давали расти еще на 4,5 недели. В начале обработки помидоры регулярно обрезали. В течение последнего месяца эксперимента ветви оставляли без обрезки, чтобы создать плотный навес и позволить растениям заполнить все доступное пространство в отсеках для выращивания. Во время процедуры обрезки нижние листья и лишние ветви были последовательно удалены, чтобы оставить два основных стебля на каждый завод. В процессе, одна из основных ветвей томата, подвергшегося 10% -ной обработке зеленым светом, была случайно сломана, что привело к снижению средней биомассы и завязываемости плодов. С растущих связок не удалялись цветы или плоды. Эксперимент завершили через 80 дней. Стебли, листья и плоды томатов взвешивали и измеряли листья с третьего по восьмой лист.

Интенсивность света внутри кроны и пропускание света через листья измеряли перед сбором урожая с помощью спектрометра Ocean Optic JAZ. Интенсивность света измеряли с помощью оптического волокна на прямой вертикальной линии в 7 точках внутри навеса и сравнивали с аналогичными измерениями, выполненными в каждой камере после удаления растений. Коэффициент пропускания измерялся на месте как пропорция интенсивности падающего света отпромышленный светодиодный светильник для выращивания растений и света под листом, помещенного в оптическое волокно, приклеенное черным металлическим блоком.