«Поставив 600-ватну лампу замість 400-ватної - врожай має вирости». Але якщо 600 Вт висять на два метри вище рослини, а 400 Вт висіли на 50 см - PPFD у рослини може бути навіть нижчим. Ватти описують споживання електрики, а не кількість фотонів що досягають листка. Лампа що споживає вдвічі менше але розміщена правильно може давати вдвічі більше корисного світла.
Короткий словник: PAR (Photosynthetically Active Radiation) - фотосинтетично активна радіація, діапазон довжин хвиль 400-700 нм що використовується рослиною для фотосинтезу. PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density) - потік фотонів PAR що досягає поверхні листка за секунду; вимірюється в мкмоль фотонів/м²/с; показує інтенсивність світла у конкретній точці. DLI (Daily Light Integral) - добова доза світла; сума PPFD за весь світловий день; вимірюється в моль фотонів/м²/день; показує скільки фотонів рослина отримала за добу загалом.
Чому ватти нічого не говорять про ефективність
Два джерела світла однакової потужності можуть давати принципово різний PPFD на листку. По-перше: ефективність перетворення електрики у фотони - сучасні LED дають 2.5-3.5 мкмоль/Дж, якісні HPS - 1.7-2.0 мкмоль/Дж, застарілі люмінесцентні лампи - 0.8-1.2 мкмоль/Дж.
По-друге: відстань від лампи до рослини - PPFD падає пропорційно квадрату відстані, тобто вдвічі далі = вчетверо менше світла. По-третє: кут розсіювання і рівномірність - лампа з вузьким кутом дає яскраву пляму в центрі і темні зони по краях.
Порівнювати лампи треба по PPE (photon production efficiency, мкмоль/Дж) і по реальному PPFD на заданій висоті і відстані - ці дані є в паспорті лампи або виміряні квантовим фотометром. Ватти - тільки для рахунку електрики.
PPFD: норми для різних культур
Різні культури мають різну точку світлового насичення - рівень PPFD вище якого фотосинтез вже не зростає і надлишкове світло перетворюється на тепло і стрес.
Мікрозелень і салати: 150-300 мкмоль/м²/с - низька потреба, легко перенасичити.
Зелень і трави (базилік, петрушка, кріп): 200-400 мкмоль/м²/с.
Листові і стеблові культури у вегетативній фазі: 300-600 мкмоль/м²/с.
Томат, перець, огірок у плодоношенні: 600-1000 мкмоль/м²/с і вище при збагаченні CO₂.
Перевищення точки насичення при недостатньому CO₂ і температурі - фотоінгібіція: хлорофіл руйнується, листки світліють, продуктивність падає.
DLI: чому тривалість важлива так само як інтенсивність
PPFD - миттєвий показник, а рослина накопичує фотосинтез за весь день, тому тривалість важить так само як інтенсивність: 500 мкмоль/м²/с за 12 годин і 300 мкмоль/м²/с за 18 годин дають схожий DLI, але різний профіль стресу.
- 500 мкмоль/м²/с протягом 12 годин = DLI 21.6 мол/м²/день
- 300 мкмоль/м²/с протягом 18 годин = DLI 19.4 мол/м²/день
Схожий DLI, але різний профіль: перший - вища пікова інтенсивність, другий - менший стрес і рівномірніший фотосинтез. Для більшості культур помірна інтенсивність протягом довшого дня краща ніж висока інтенсивність за короткий час.
Рахувати DLI: PPFD (мкмоль/м²/с) × 3600 секунд × кількість годин освітлення / 1 000 000 = DLI (мол/м²/день). Для своєї лампи, годин і культури це рахує калькулятор DLI і PPFD.
Цільові DLI:
- Мікрозелень: 10-16 мол/м²/день
- Салат і зелень: 14-17 мол/м²/день
- Базилік: 16-22 мол/м²/день
- Томат вегетація: 20-25 мол/м²/день
- Томат плодоношення: 25-35 мол/м²/день
Цифри для мікрозелені перевіряються формулою вище. При PPFD 150-300 мкмоль/м²/с і фотоперіоді 14-16 годин виходить від 7.6 до 17.3 мол/м²/день, і цільовий діапазон 10-16 лежить усередині цього інтервалу. Верхня межа 20 вимагала б PPFD близько 350, тобто вище за рекомендований для цієї культури.
Рівномірність: чому пляма в центрі - проблема
Лампа що дає 800 мкмоль/м²/с в центрі і 200 мкмоль/м²/с по краях - не «800-ватна рівномірність». Рослини під центром перенасичені, рослини по краях недоосвітлені. Врожай і якість продукту нерівномірні.
Рівномірність PPFD на робочій поверхні: відношення мінімального PPFD до максимального на рівні рослин. Хороший показник: 80%+ (min/max). При 60% і нижче - є суттєва різниця між зонами що впливає на якість і врожайність.
Рівномірність покращується: підвищенням висоти лампи (але зменшує PPFD), використанням ламп з ширшим кутом розсіювання або вторинною оптикою, розміщенням кількох джерел замість одного потужного.
Три помилки, які коштують найдорожче
Вибирати лампу за ватами без перевірки PPE і реального PPFD. Дешева LED за 5000 грн з PPE 1.5 мкмоль/Дж дасть вдвічі менше світла на листку ніж якісна LED за 12 000 грн з PPE 3.0 мкмоль/Дж при однаковому споживанні. Рахувати не ватти і не ціну - PPE і PPFD на заданій відстані.
Не рахувати DLI і орієнтуватись тільки на «виглядає яскраво». Яскраво для людського ока і достатньо для рослини - різні речі. Людське око максимально чутливе до зеленого кольору, рослина - до синього і червоного. Лампа з жовтуватим спектром може виглядати яскравіше але давати менше PAR. Квантовий фотометр або розрахунок за паспортними даними - обов’язково.
Збільшувати PPFD без збагачення CO₂ вище 600-800 мкмоль/м²/с. При концентрації CO₂ 400 ppm більшість культур досягає точки насичення при 600-800 мкмоль/м²/с. Вище - фотоінгібіція і даремне споживання електрики. Підвищення PPFD вище цієї межі виправдане тільки при одночасному збагаченні CO₂ до 1000-1200 ppm.
Як зрозуміти що освітлення налаштоване правильно
PPFD виміряний квантовим фотометром на рівні рослин і відповідає нормі для культури і фази. DLI розрахований і знаходиться в цільовому діапазоні. Рівномірність по зоні перевірена в кількох точках і не нижче 75%. Рослини ростуть рівномірно по всій зоні без помітної різниці між центром і краями.
Якщо хочеш розібратись глибше: Ефективність і спектр: як вибирати лампу для теплиці - пояснює як спектральний склад світла впливає на фази розвитку і чому рівний PAR від різних ламп може давати різний результат залежно від співвідношення синього і червоного.