Искусственное освещение растений

Выращивать дома растения несложно.  Овощи, в целом, более требовательны к условиям, чем обычные комнатные цветы (просто потому, что важен результат, а не процесс).  Им нужен правильный полив, подкормка, температурный режим, влажность, длительность светового дня и, собственно, свет.  Почти за всеми этими параметрами понятно как уследить, кроме света.  Я часто сталкивался с полным непониманием проблемы (на уровне «вроде нужно больше ламп, наверное красных, или синих»), поэтому излагаю для чайников то, что мне удалось понять, изучив чужой опыт, теорию и применив это на практике.

Да, для нетерпеливых: люминесцентные лампы пригодны для освещения овощей.  Они потребляют столько же электричества, стоят значительно дешевле и они несоизмеримо доступнее красно-синих светодиодных лент.  Но лампы надо правильно выбирать.

Нужна освещённость 6 тысяч люкс или выше.

Красная часть спектра отвечает за рост корней, цветение и созревание плодов, синяя отвечает за вегетативный рост.  Остальные части тоже нужны, но в гораздо меньших дозах и за что они отвечают — не так очевидно.

Теория.  С помощью фотосинтеза растения превращают воду и углекислый газ в сахар.  Нет света — нет питания для растений, как их ни поливай и удобряй.  В доме — особенно зимой — света недостаточно, хотя бы потому, что световой день составляет не 12-16 часов, а иногда меньше 8.  Растения от этого вытягиваются, хиреют, дохнут.  Выживают только те, у которых припасен сахар в семенах или луковицах, например — лук.  Но даже он при истощении запаса дохнет.

У освещения есть несколько параметров: продолжительность (тут поможет розетка с таймером, есть в большинстве хозяйственных магазинов), интенсивность (зависит от количества и мощности ламп, измеряется в люксах на принимающей и в люменах на испускающей стороне), и длины испускаемых волн, то есть спектр (считается, что свет — это электромагнитное излучение).

Интенсивность света в солнечный летний день составляет около 100,000 люкс, но растениям для жизни достаточно 6-10 тысяч.  Это уровень освещённости, который надо получить.  На светильниках пишут интенсивность светового потока, которую светильник может испустить, и она указана в люменах.  Люмен — это люкс на квадратный метр.  Если лампа испускает 1,000 люмен, и освещает при этом площадь в 1 м² — получится освещённость в 1,000 люкс.  Чем выше поднят светильник — тем по большей площади рассеивается свет, тем выше потери.  Считается, что при подъёме на 30 см интенсивность падает на 30%.  Таким образом, чтобы получить освещённость в 6,000 люкс на одном квадратном метре, нужно светильников на 7,800 люмен.  И не стоит забывать про световой день: он зимой краток, поэтому закладывать в целях экономии какие-то приходящие через окно люмены не стоит — зря выбросите деньги, света всё равно не хватит.

Со спектром испускаемого света сложнее всего: его не проконтролировать на глаз, если вы не овощ, а для растений спектр очень важен.  (Говорят, можно собрать спектроскоп на коленке.) В целом, растения усваивают синюю и красную часть спектра, в идеале — 440 и 660 нм; сами они зелёные — то есть зелёный свет они отражают.  Считается, что красный свет нужен для развития корней, цветения и созревания плодов, а синий — для вегетативного роста.  Если лампа слабо излучает синий или излучает не совсем тот синий свет — мощность придётся увеличить (что-то ведь она излучает, но мало).  При невозможности достать подходящие светильники можно идти этим путём.

Для подсвечивания растений есть три основных решения.  Одно из самых эффективных — газоразрядные натриевые лампы.  Они очень яркие, светоотдача достигает 200 люмен/Ватт — это важно, когда нужно экономить электричество, например, при подсветке в промышленных масштабах.  Они испускают правильный свет.  Минус их в том, что эти лампы сложно найти в провинции, и они считаются пожароопасными (хотя опытные читатели этой заметки эту информацию опровергают).  Опыта работы с этими лампами у меня нет.

Самый модный способ освещения — красно-синие светодиоды.  Главный рекламируемый плюс светодиодов в том, что они излучают в очень узкой части спектра.  Можно взять светодиоды на 440 и 660 нм, набрать их нужное количество (посчитать люмены) и спокойно и уверенно выращивать любые растения.

Один из минусов светодиодов — низкая доступность.  В провинции обычный светодиод ещё можно наковырять в выключателе освещения, а мощные красно-синие диоды придётся заказывать почтой, вероятно в Китае.  Ещё один минус — неестественный для человека свет.  Людям привычен белый свет, красно-синий их обычно раздражает.  Если растения находятся на видном месте, их много и свет яркий, то долго находиться в таком помещении будет тяжело.  Придётся устраивать какое-то ограждение, а это дополнительно удорожает конструкцию.  В тоже время белый свет, если его в помещении много — это только хорошо.

Но главный минус светодиодов — их высокая цена.  Ниже будет сводная таблица, но в целом освещение на светодиодах выходит в 3-5 раз дороже, чем на описанных ниже люминесцентных лампах, при аналогичном энергопотреблении.  Светодиоды можно купить поштучно (понадобится умение паять), в виде одноцветных лент или в виде готовых красно-синих лент (умение паять всё равно пригодится).  Понадобится также блок питания («драйвер» на жаргоне ботаников).  Если всё это сложить и поделить, получается примерно 2,85 люмен на рубль.  То есть чтобы на 1 м² домашнего дендрария вылить 13,000 люмен придётся выложить 4560 рублей.  Я ещё не учёл стоимость металлической подложки, выполняющей роль радиатора — для этого можно использовать подручные средства, например, кусок ненужной микроволновой печи.

Бывают готовые светильники, с цоколем E27, как на фотографии выше.  Их цена ещё выше, в два с лишним раза выше самодельных ленточных светильников (1,14 люмен на рубль).  Также при выборе диодов и лент стоит проверять их характеристики на сайте производителя самих диодов («чипов» на китайском жаргоне) и ориентироваться на самые низкие показатели: продавцы склонны завышать световой поток в полтора раза.

Соотношение красных и синих светодиодов зависит от желаемых результатов.  Наиболее фанатичные овощеводы регулируют это соотношение в зависимости от фазы растения.  Но обычно используют 4 красных на 1 синий.  Кстати, потребляемая мощность и излучаемый световой поток у казалось бы одинаковых светодиодов разного цвета отличаются, это следует учитывать при покупке.

Люминесцентные лампы — самые эффективные.  Они бывают длинные трубчатые («линейные») и компактные («энергосберегающие»).  Они дешёвые, яркие и есть везде.  Далеко не все лампы подходят растениям, но даже в нашем райцентре есть из чего выбрать.

У люминесцентных ламп есть такой параметр, как индекс цветопередачи, её достоверности.  Это Ra-индекс, со значением от 0 до 100 (растениям нужно 80 или больше).  На большинстве люминесцентных ламп указан либо Ra-индекс и температура цвета, либо трёхзначный CRI индекс (например, Osram выносит его прямо в название лампы: «L 36W/840»).  Расшифровывается индекс так: первая цифра — это Ra-индекс поделенный на 10 (8 из примера = 80...90), остальные две — температура цвета: 827 = 2700K (жёлтый), 840 = 4000K (холодный белый), 865 = 6500K (дневной).  По спектрограмме с сайта производителя видно, что в синем спектре лампа светит на 50% мощности, а в красном — на 90%.  То есть такие лампы больше подходят для цветения и плодоношения, чем для вегетативного роста.  Лампы с индексом 865 и 880 в этом отношении лучше и ещё лучше, соответственно, но в нашей провинции таких не найти.

Ещё бывают совсем специальные, растительные лампы (например, популярны лампы Osram Fluora), которые дают вдвое меньше света (1400/3100 люмен, 2.21×) и стоят в пять раз дороже (110/580 рублей, 5.27×).  Действительно ли они в двенадцать раз эффективнее — я пока не знаю, но цифры не сходятся.  Судя по спектрограмме, лампы Fluora действительно лучше подходят для цветущих и плодоносящих растений.  Они выдают 100% красного (против 50% обычной лампы с индексом 840).  То есть, если взять две обычные лампы, это даст тот же результат, но в шесть раз дешевле.

Плюс линейных ламп в их дешевизне и в отдельном «балласте» (дроссель со стартером): дохнут чаще всего сами лампы, а они стоят в нашей провинции 110 рублей в розницу; у компактных чаще дохнет балласт, но менять приходится всё изделие.  Плюс компактных ламп — в простоте использования и установки.  Как это ни удивительно, стоимость в пересчёте на люмены выходит практически одинаковой.

Минус этих ламп в том, что они светят во все стороны, в отличие от светодиодов, у которых направленность составляет обычно 120°.  Если растений немного — можно добавить ещё пару ламп.  Чаще эту проблему решают изготовлением специального закрытого ящика, «grow box» на жаргоне ботаников.  Стены этого ящика покрывают фольгой (35 р/м² в нашем райцентре), эффективность использования света резко повышается.  Причём используют такие ящики даже при освещении светодиодами.  Кроме лучшего улавливания света ящик позволяет лучше контролировать микроклимат (влажность и температуру).

Итоговая сравнительная таблица параметров разных типов освещения:

Выводы: если нужна максимальная светоотдача на рубль — люминесцентные лампы лидируют, если важен расход электричества — лидируют натриевые лампы.

Ближе к весне я дополню эту заметку результатами экспериментов этого года.  Оставшиеся вопросы:

• Когда пишут, что растениям нужно 6000 люкс, что это значит? Значит ли это по 6000 красного и синего, или 4800 красного и 1200 синего?

PS: несмотря на то, что освещение — очень важный фактор для успешного выращивания растений, влажность воздуха и подкормка важны не меньше.  Разница лишь в том, что техника и параметры подкормки вызывают гораздо меньше непонимания.