Опубликовано 22.04 13:37

Перспективы светокультуры в России

Использование современных систем искусственного освещения в тепличных комбинатах позволяет сегодня не только заметно поднять урожайность растений и улучшить качество продукции, но и получать свежие овощи независимо от сезона. Какие тенденции можно наблюдать в российской светокультуре, в каком направлении движется инженерная мысль, и успевают ли за ней селекционеры? О современных тенденциях в светокультуре рассуждали представители тепличных хозяйств и эксперты отрасли

Без преувеличения можно сказать, что сегодня искусственное освещение в теплицах более эффективно, чем естественное. Так, для получения килограмма продукции при использовании искусственного освещения нужно затратить 4,5–5 тыс. Дж/см2, а при естественном свете на это при прочих равных условиях уйдёт больше энергии — от 5 до 6,5 тыс. Дж/см2. Означает ли это, что лампы мощнее солнца и имеют более благоприятный спектр? Безусловно, нет. Дело в том, что при искусственном освещении в теплице мы создаём растению максимально комфортные условия. Естественное освещение между тем оптимальным или стабильным бывает крайне редко. Обыкновенно оно находится либо в недостатке, либо в избытке; даже в течение нескольких дней мы можем наблюдать значительные перепады по освещённости. При переходе от высокой освещённости к низкой и наоборот растение дополнительно тратит пластические вещества для адаптации фотосинтетического аппарата к новым условиям. Избыток света, в свою очередь, приводит к снижению интенсивности фотосинтеза у растения за счёт частичного разрушения хлорофилла в листьях или сопутствующего значительного повышения температуры до отметки, на которой механизм фотосинтеза блокируется. Таким образом, искусственное освещение за счёт оптимальных и стабильных условий для растений даёт бОльшую прибавку урожая.

Правильное освещение — мощное освещение

Каждая культура, каждый сорт и гибрид растений требуют своих параметров освещённости, именно поэтому неразумно пытаться сформулировать, каким будет правильное освещение в идеальной теплице. Однако общий момент всё же есть: правильное освещение должно подразумевать получение от выращиваемых культур максимальной урожайности. Сегодня повышение урожайности растений защищённого грунта происходит во многом благодаря увеличению мощности освещения на единицу площади теплиц.

«Если раньше светокультура начиналась со 100–120 Вт/м2, то сегодня мощность освещения, например, для томата во многих хозяйствах составляет 200 Вт/м2, для огурца — 230–250 ватт, — рассказывает главный специалист по агрономическому сопровождению ГК «Рефлакс», д.с.-х.н. Валентин Король. — Трудно сказать, насколько оптимальны эти показатели и как в дальнейшем они будут изменяться, потому что ни мы, ни наши голландские коллеги пока не можем сказать даже, какова оптимальная мощность искусственного освещения при выращивании конкретного гибрида Мева. Никто не закладывал таких экспериментов. Однако известно, что при повышении мощности света до 250 Вт/м2 урожайность огурцов выше, чем при мощности 200 Вт/м2. Совсем недавно, рассчитывая развес ламп для большинства тепличных комбинатов, мы ориентировались на цифру 150–165 Вт/м2; в это же время многие комбинаты выращивали томаты при 115-120 Вт/м2. На тот момент урожайность считалась неплохой, но сегодня этого недостаточно. Мощность освещения неуклонно растёт. На сегодняшний день основной источник света в теплицах — это натриевая лампа высокого давления. Наши зеркальные лампы с серебряным отражателем ДНаЗ/Reflux Ag мощностью 600 и 1000 Вт сегодня успешно используют множество тепличных комбинатов России, получая при этом самые высокие урожаи».

Эволюция освещения

Усовершенствование ламп и создание новых светильников для теплиц происходит постепенно. В нашей стране одними из первых источников искусственного света, применявшихся преимущественно для выращивания рассады, были ртутные лампы (ДРЛФ): дуговые люминесцентные (ЛУФ) и сменившие их в дальнейшем более мощные дуговые металлогалогенные лампы (ДРИ). ДРЛФ и ДРИ используются в различных сферах и сегодня, однако с 2020 года их производство подпадает под запрещение Минаматской конвенции по ртути, которую Россия подписала в 2014 году.

«Когда я начинал работать, в ходу ещё были лампы ДРЛФ на 400 Вт, — делится эксперт. — О светокультуре тогда мы знали только в теории. В то время мы использовали искусственный свет в основном для выращивания рассады — это было оправданно и позволяло начинать оборот несколько раньше. В использовании ртутных ламп всё было хорошо, кроме того, что, во-первых, при возникновении на колбе трещины выгорал большой участок с рассадой, который приходилось выбраковывать. Во-вторых, такие лампы вместе с пускорегулирующим аппаратом весили очень много. Поэтому, когда в процессе роста растений приходилось менять высоту подвеса, это была большая и сложная работа, к которой привлекали электриков. Впоследствии появились ДРИ мощностью 1 и 2 тыс. Вт с постоянной высотой подвеса; были трубчатые натриевые лампы ДНаТ. Для рассады они были неплохи, но в целом эффект от их использования был не слишком высоким. Для примера: в теплицах в одном крупном тепличном комбинате на шести гектарах поменяли лампы ДРИ на 1 и 2 тыс. Вт на лампы ДНаЗ/Reflux мощностью 600 Вт, в результате чего просто благодаря замене ламп были высвобождены мощности для искусственного освещения 1,3 га с мощностью примерно 110–115 Вт на м2».

Зеркальная лампа ДНаЗ/Reflux представляет несомненный интерес. Это изобретение главы компании «Рефлакс» Владимира Пчелина. Конструктивная особенность, отличающая её от других типов натриевых ламп, — уникальная внешняя колба, зеркализованная часть внутренней поверхности которой имеет специальный профиль. Он выполняет функцию отражателя и обеспечивает высокий КПД оптической системы (около 0,95). Внутренний отражатель, находясь в вакууме, не загрязняется и не теряет своих свойств в процессе эксплуатации, гарантируя долгий срок службы лампы. При этом зеркальная лампа Reflux обладает широкой и равномерной кривой силы света, которую очень любят растения.

Валентин Король считает, что в ближайшие несколько лет натриевые лампы, безусловно, будут оставаться основным источником света в тепличных комплексах. Однако в современных теплицах уже достаточно широко испытывают светодиодные светильники.

LED-освещение: начало пути

Сегодня в крупные тепличные комплексы приходят и LED-лампы. Так, на комбинате «Агро-Инвест» в Людиновском районе Калужской области на площади 105 гектаров применяется как натриевое, так и светодиодное освещение. LED здесь используют в основном на томатах. Однако в каждом тепличном отделении выращивают один гибрид, поэтому сравнить полученную урожайность не с чем.

Среди общеизвестных достоинств светодиодных ламп досветки основное, которое, казалось бы, легко проверить, — экономия энергии до 50 %. Но от какой цифры начинается эта экономия и насколько существенно преимущество? Управляющий тепличным комплексом «Агро-Инвест» Александр Мельниченко считает, что экономия колоссальная, хотя LED-освещение и не дало комбинату заметной прибавки урожая.

«Единственный недостаток такого освещения состоит в том, что LED-технология шагнула вперёд, а сортов, которые эффективно отзывались бы на неё, пока не выведено, — утверждает управляющий тепличным комплексом. — Это касается как спектра освещения, так и других физических аспектов. Например, светодиодные светильники не выделяют такого количества тепла, как натриевые лампы. Они светят, но не греют. Это означает, что в теплицу нужно подавать больше отопления. Дополнительных расходов это фактически не создаёт: во-первых, теплицы энергоёмкие, с большим буфером, а во-вторых, зимы в последние годы тёплые. И всё же получается несколько иная картина, чем при использовании натриевых ламп, которые светят и греют, как солнце. Плюс это или минус, зависит от конкретного гибрида. Дело в том, что нельзя дать однозначную оценку современной технологии, особенно учитывая, что сейчас идёт своего рода переходный период, когда одно пытается заместить другое. Селекционеры и инженеры в этих условиях должны работать сообща, чтобы разрабатывать комплексные системы: гибриды и технологии, которые вместе будут давать наибольший эффект».

По словам Валентина Короля, в теплице с LED-освещением растут затраты на отопление, которые зачастую превышают полученную экономию электроэнергии даже в случае выращивания таких холодостойких культур, как салат и зеленные. При выращивании более теплолюбивых культур (огурец, томат) возникают проблемы с обогревом верхушек растений. Это происходит при использовании светодиодных светильников в качестве основного источника верхнего света. «Что же до экономии электроэнергии, то пока я нигде не встречал конкретных цифр. Производители светодиодов говорят об экономии до 50 %, думаю, что это так. Но ведь и 1 % экономии — это тоже до 50 %», — рассуждает эксперт.

С другой стороны, сотрудники «Агро-Инвеста» видят ещё одно преимущество LED в теплице. Алексей Сурков, главный агроном комплекса, рассказал, что значительная часть их тепличных отделений оборудована светодиодной досветкой. Команда предприятия путём проб и ошибок подбирает ряд гибридов, которые хорошо себя покажут именно под этим освещением. Замечено, что под LED-досветкой и обычным освещением одни и те же гибриды ведут себя с точки зрения физиологии по-разному и имеют на выходе разные вкусовые качества. На LED-досветку, уверены агрономы комплекса, отзываются увеличением содержания сахаров не только новые перспективные гибриды, но и некоторые уже хорошо испытанные старые.

Синий, красный или зелёный?

Несмотря на неочевидность выгоды LED-освещения, у светодиодных ламп есть безусловное преимущество, которое даёт им возможность в будущем стать фаворитами в досветке крупных тепличных комплексов.

Если говорить о натриевых лампах, то их спектр максимально приближен к солнечному, и он не меняется. Основное же преимущество светодиодов состоит в том, что в процессе изготовления можно задавать им необходимый спектр, и подбирать его под требования растений.

«Проблема состоит в том, что в настоящее время никто не знает, какой спектр нужен огурцу или томату, — замечает Валентин Король. — Специалисты из некоторых зарубежных крупных компаний на вопрос, работают ли они сегодня над спектром, говорят, что, в принципе, нет. Они рекомендуют одни и те же лампы с дальним красным применять и на огурце, и на томате, и на салате, и на розе. Здесь и нивелируется основное преимущество этих LED-ламп. Столь разные культуры — салат, томат, огурец — будут требовать разного спектра для оптимального роста и развития. Более того, различные гибриды томата по-разному реагируют на применение светодиодного освещения. Безусловно, нельзя просто заменить натриевое освещение на светодиодное и жить дальше. Замена источника освещения потребует значительных изменений в технологии выращивания. А этим занимаются недостаточно. И если раньше говорили просто о замене одного источника освещения на другой, то сегодня всё чаще звучат более здравые мысли об использовании гибридного освещения».

Действительно, в промышленных теплицах светодиодные лампы разных спектральных диапазонов сегодня не используются. Однако по всему миру идут исследования уникальных возможностей LED-ламп для сельскохозяйственных культур. Например, по словам специалистов Японского национального университета Чиба, сеянцы томата при освещении одновременно синими, зелёными и красными светодиодами увеличивают интенсивность фотосинтеза и количество устьиц на листьях растений. Использование синих светодиодов в качестве вспомогательного освещения к натриевым лампам, согласно экспериментам учёных из университета Лаваля (Канада), также приводит к росту общей биомассы, но снижает у томатов и огурцов урожайность. Разные соотношения красного и синего освещения, по информации исследователей университета Такасаки, влияют на длину стебля сеянцев томата. Кроме того, согласно данным, полученным специалистами Литовского научно-исследовательского центра сельского и лесного хозяйства, световой поток зелёного цвета в целом положительно влияет на развитие растения и, в частности, увеличивает площадь листьев и общую зелёную биомассу рассады огурца. Добавление к основному освещению сладкого перца светодиодов дальнего красного диапазона, как отмечают учёные Космического центра Кеннеди (Канада), стимулирует рост растения во многом за счёт увеличения массы стебля.

И всё же нужно заметить, что в большинстве своём эти исследования проводятся при вегетативном состоянии растений: на рассаде или зеленных культурах. Если же говорить о плодовых овощных культурах, например, томате и огурце, где вегетативный рост сменяется генеративным развитием, а после они происходят совместно в течение всего оборота, то становится очевидно, что эти растения будут требовать иного, возможно, динамически изменяющегося спектра. Пока таких разработок нет. Светодиоды, безусловно, с успехом используются в многоярусных стеллажных установках при выращивании зеленных культур, где требования растений минимальные и проще подобрать цвет под длину волны. Ну а главное, использование натриевых ламп при выращивании в условиях многоярусных стеллажных установок не представляется возможным.

«Сегодня ведётся много разговоров о цвете, но упор пока сделан на дальний красный, хотя я и вижу в испытаниях светодиоды разного цвета, — делится Валентин Король. — По разным данным, для базилика нужен один спектр, а для салата  — другой, и, возможно, разные сорта салата будут требовать каждый своего спектра: красные — одного, зелёные — другого, светло-зелёные — третьего. Однако пока это всё только догадки. При работе же в дальнем красном спектре есть большой минус. Как считают, например, производители салатов, при красном свете диодов очень трудно понять, какой цвет имеет растение. А производители томатов, в свою очередь, жалуются, что при включённых светодиодных светильниках не могут определить окраску плодов, то есть при сборе урожая освещение приходится выключать».

Эффективное расположение ламп

Приведём один из примеров рационального расположения светильников в теплице. Если обратиться к так называемой российской системе освещения, то, согласно ей, на четыре ряда растений следует размещать не четыре ряда светильников, а восемь: одна половина из них должна быть расположена между рядами растений, а вторая — между строчками ряда. Такое расположение ламп позволяет добиться большей глубины проникновения света, то есть каждый лист у растения будет лучше освещён. Такой приём не означает двойного увеличения количества ламп: просто одно и то же количество источников света распределяется в пространстве более эффективно.

«По нашей технологии лампы размещают перпендикулярно рядам, — поделился Валентин Король. — Мы согласуем всё это с широкой кривой светораспределения, таким образом, глубина проникновения света увеличивается, и свет распределяется лучше. Опыт показывает, что это работает, и работает хорошо».

Чтобы добиться большей эффективности применения искусственного освещения, специалисты рекомендуют на культурах, формирующих ровный покров и не требующих глубокого проникновения света, — на цветах, рассаде, зеленных и салатных культурах — применять более мощные лампы на 1 тыс. Вт. Для прочих культур оптимально использовать лампы на 600 Вт — их количество в теплице больше, поэтому на каждый лист будет попадать свет от нескольких ламп. Такое освещение сможет более глубоко проникать в ценоз, и нижние листья растений при той же мощности будут освещены несколько лучше, чем при использовании киловаттных ламп.

Как часто нужно менять лампы?

Существует мнение, что светодиоды живут почти «вечно» — заявленный срок их службы составляет 50–100 тыс. часов. Однако на практике это пока подтвердить невозможно. На сегодняшний день светодиодных светильников в тепличных комбинатах установлено не так много, и используются они сравнительно недавно, поэтому данных, подтверждающих их надёжность, на сегодня недостаточно. При этом реальная гарантия производителя устанавливается сроком на 5–7 лет, что, например, на культуре огурца составляет всего 17,5–24,5 тыс. часов из расчёта использования искусственного освещения около 3,5 тыс. часов в год.

В то же время производители натриевых ламп дают 3 года гарантии на своё изделие, что составляет 10,5 тыс. часов на культуре огурца. Фактически во многих тепличных хозяйствах натриевые лампы работают значительно дольше — до четырёх и даже пяти лет. Однако после трёх лет специалисты рекомендуют производить замену ламп, поскольку за время эксплуатации они теряют в светоотдаче 10–12 %, что подразумевает соответствующую потерю урожайности. В связи с этим ряд тепличных комбинатов регулярно производят своевременную комплексную замену ламп на всей площади комбината.

Межрядная досветка

Межрядное освещение в теплицах сегодня применяют одинаково как при выращивании культуры огурца, так и томата, несмотря на то что по использованию продуктов фотосинтеза это совершенно разные растения. Так, у огурца продукты фотосинтеза, вырабатываемые всеми листьями, перераспределяются по растению, направляясь в первую очередь к нижним наливающимся плодам, а затем — к точке роста, листьям и боковым побегам. Растение томата, в отличие от огурца, имеет симподиальный тип роста и состоит из множества симподиальных побегов, представляющих соцветие и три листа, которые это соцветие и кормят. Перераспределение продуктов фотосинтеза между симподиальными побегами практически отсутствует. А поскольку нижние симподиальные побеги всегда освещены хуже и другие симподиальные побеги не делятся с ними продуктами фотосинтеза, использование межрядного освещения будет лучше работать на томатах.

Интересно, что горизонтальное межрядное освещение затрудняет использование такого элемента технологии, как интерплантинг: перевешиванию растений со шпалеры на шпалеру мешают горизонтально расположенные светильники.

Что дальше?

Дальнейшее развитие тепличного освещения сложно предугадать. Технологии идут вперёд, и специалисты сходятся на том, что натриевые лампы постепенно будут всё активнее дополняться светодиодами. Но полное вытеснение натриевого освещения светодиодным в ближайшем обозримом будущем маловероятно. Светодиодная революция в тепличном освещении идёт уже не первый десяток лет, однако реальные достижения пока достаточно скромные. LED-светильники продолжают активно дорабатывать, обсуждается методика измерений спектра, отведения тепла, идут поиски оптимальных значений мощности и др. То есть на передний план выходят вопросы, связанные с выращиванием гибридов в условиях светодиодного освещения.

Существует мнение, что через 4–5 лет в России останется только светокультура, и тому есть ряд причин. Светокультура предполагает круглогодичное производство овощей, причём максимальные урожаи собирают в самые тёмные месяцы года. Выращивание овощей в течение всего года для производителя означает стабильные контракты с торговыми сетями. Кроме того, и, возможно, это главное — многократно увеличивается выход с единицы площади в денежном выражении, что позволяет быстрее расплатиться по кредитам, которые большинство банков последние 4–5 лет выдают только на строительство теплиц со светокультурой.

«Площадь теплиц под светокультурой будет увеличиваться, — предполагает Валентин Король. — Это оправдано тем, что Россия — северная держава, и на большей территории нашей страны овощи можно круглогодично выращивать только в условиях защищённого грунта. Думаю, мы научимся получать ещё большую урожайность отличного качества. Российские овощи уже отличаются в лучшую сторону от тех, которые можно завезти из Ирана, Турции и Китая, у нас массово используют биологические методы защиты растений, в России нет настолько серьёзных болезней и вредителей, предполагающих постоянное использование средств химической защиты. К тому же овощи, особенно огурцы, не выдерживают длительной транспортировки. Огурцы, которые везли с берегов Персидского залива, проводили в пути 11–12 дней при том, что максимальный срок хранения этих овощей составляет 7–8 дней. В результате к нам приезжал огурец, который нежелательно было использовать в пищу. Сегодня же повсеместное распространение тепличных комбинатов позволяет нам иметь свежие и качественные овощи».


Комментарии (0)