Milline valgustustuge on sobiv põllumajandusliku kasvuhoone kasutamiseks?

Taimekasvu valgusnõuete mõistmine kasvuhoonetes

Valguse roll taimekasvus ja -arengus

Fotosüntees toimub siis, kui taimed muundavad valguse kasutatavaks energiaks oma kasvu jaoks. Erinevad valguse värvid mõjutavad tegelikult taimede kasvu erinevatel etappidel. Sinine valgus umbes 400 kuni 500 nanomeetri pikkuse lainega aitab lehtede ja varrede õigeks arenguks, samas kui punane valgus 600 kuni 700 nanomeetri vahel soodustab õite ja viljade teket, nagu 2019. aastal ajakirjas Nature ilmunud uuring näitas. Soojakasvatusruumi opereerijatele on väga oluline saavutada õige valgustugevuse ja värvilise spektri tasakaal. Kui PAR-radiatsioon, mis hõlmab lainepikkusi 400 kuni 700 nm, ei ole piisav, siis saagid lihtsalt ei jõuda oma täiskasvu. Mõned uuringud näitavad, et saagikus võib languse olla peaaegu kolmandiku võrra, kui soojakasvatusruumides valitseb halb valgustus.

Inimesekese ja taimkekese valguse mõõtmise erinevused

Luximeetrid mõõdavad nähtavat valgust vastavalt sellele, kui tundlikud meie silmad on erinevate lainepikkuste suhtes, maksimaalse tundlikkusega umbes 550 nm juures roheliselt-kollases vahemikus. Kuid siin on probleem – need jätavad välja ligikaudu 43% tegelikust valgusspektrist, mida taimed kasutavad oma fotosünteesiprotsessis. Tulemus? Üsna suur ebakõla selles, mis inimesele hea välja näib ja mis tegelikult taimede jaoks sobib. Võtke näiteks 10 000 luxi näidu – see võib inimese silmale piisavalt hele välja tunduda, ent tomatitaimed vajavad korralikuks kasvamiseks 400 kuni 600 mikromooli ruutmeetri kohta sekundis. See tähendab, et isegi siis, kui valgustus inimese silmale piisav välja näib, võib see siiski jääda puudu taimede tervislikuks arenguks vajalikust.

Miks ainult lux ei piisa kompleksse soojakasvatuse valgustuse haldamiseks

Luxi mõõtmised ei ütle meile palju PAR-väärtuste või päevase valgusintegraali (DLI) kohta, mis tegelikult mõõdab, kui palju taimed päevas saavad kasutatavat valgust. Enamikul lehttaimedel toimib kõige paremini umbes 12 kuni 17 mooli valgust ruutmeetri kohta päevas, kuid olukord muutub, kui vaatame õitsevaid põllukultuure nagu tomatid, kellele on optimaalseks kasvuks vaja ligikaudu 20–30 mooli. Huvitav oli ka 2023. aastal soojakasvatustes tehtud uuring: isegi siis, kui kasvatajad hoidsid täpselt samasuguseid luxitasemeid, oli saagikuse erinevus siiski 22%, kuna tegurid nagu valguse spektri kvaliteet ja igapäevane valgusega kokkupuuteaeg ei olnud piisavalt arvesse võetud. See näitab, kui piiratud võivad traditsioonilised valgustusmõõdikud olla, kui nende aluseks on inimese tajutav valgus, mitte see, mida taimed tegelikult vajavad.

Olulised valgusmõõdikud: luksist fotosünteetiliselt aktiivse valguse (PAR) juurde

Fotosünteetiliselt aktiivse valguse (PAR) määratlus ja selle tähtsus

Fotosünteesi jaoks aktiivne kiirgus (PAR) hõlmab 400 kuni 700 nanomeetri vahelist valguse lainepikkuste diapasoni, mis tegelikult juhib taimedes fotosünteesi. See erineb luxi mõõtmistest, mis näitavad peamiselt, kui heledana inim silma jaoks midagi välja näeb. Selle asemel mõõdetakse PAR-i mikromoolides ruutmeetri kohta sekundis ning see näitab, millist valgust taimed tegelikult kasutada saavad. Uuring, mis ilmus möödunud aastal ajakirjas Scientific Reports, näitas huvitavaid tulemusi, kui kasvatajad kohandasid kasvatustubade valgustust nii, et punase ja sinise valguse suhe oli 3:1. Need tingimused andsid lehtsalatite ja basiiliku saagis umbes 18% rohkem kui tavapärane valge valgus. See viitab sellele, et PAR-i spektri täpne reguleerimine mõjutab oluliselt viljakasvatus tootlikkust.

Päevane valgusintegraal (DLI) kasvuhoonete valgustuse haldamiseks

DLI mõõdab, kui palju PAR-valgust taimed päevas saavad, mis on eriti oluline, kui püüame valgustingimusi sobitada erinevate kultuuride tegelike vajadustega. Noored taimed arenevad tavaliselt hästi umbes 8 kuni 12 moli juures ruutmeetri kohta päevas, kuid asjad muutuvad taimede kasvades. Võtke näiteks tomatid, neil on tihti vaja 20 kuni 30 mol/m²/päev, et korralikult vilja annaks. Nutikate andurite kasutamine DLI reaalajas jälgimiseks aitab kasvatajatel vältida levinud probleeme. Liiga vähe valgust aeglustab taime arengut, samas kui liiga palju raiskab lihtsalt raha raisku läinud elektrile ja võib taimi liigse valguse tõttu tegelikult kahjustada. Selle tasakaalu õigesti hoidmine teebgi hoopis erinevuse kasvuhoonepõllumajanduses.

PPFD lux-ideks teisendamine: piirangud ja praktilised tagajärjed

Kuigi mõned kasvatajad kasutavad ligikaudset teisendust (1 μmol/m²/s ≈ 54 lux valgete LED-de puhul), on sellel lähenemisel olulisi puudusi:

1. Luximeetrid rõhutavad liialt rohelist valgust (500–600 nm), mis fotosünteesi toetamisel väga vähe panustab
2. Kauge punane lainepikkus (700–750 nm), kuigi see jääb PAR-ist väljapoole, mõjutab varre pikenemist ja õitsemist
3. Spektraalsed erinevused päikesevalguse ja kunstliku valguse vahel põhjustavad ±40% kõikumisi PPFD:luks suhtes

Tööstusanalüüs näitas, et 500 luksi roosadest LED-idest annab 72% rohkem kasutatavat PAR-i kui sama luksitugevus valgetest LED-idest, rõhutades allikatevaheliste teisenduste ebapädevust

Tavaliste valgustuse mõõtmise terminite selgitamine: luks, luumen, PAR

• Luks : Inimese silma poolt perceiveeritav valgustatus ruutmeetri kohta
• Luumenid : Kogu inimestele nähtav valgustugevus
• PAR : Kvantmõõtmed footonite kohta (400–700 nm), mis on saadaval fotosünteesiks

Õunhoonete valgustuse jaoks sobiva mõõteriista valimine

Kvantandurid täpseteks PAR- ja PPFD-mõõtmisteks

Kvantandurid on loodud spetsiaalselt PAR-i ja PPFD mõõtmiseks olulises 400 kuni 700 nm lainepikkuse vahemikus, kus taimed tegelikult valgusele reageerivad. Need erilised andurid annavad taimede kasvule olulisi näitu, erinevalt tavapärastest luksi meetritest, mis toimivad inimeste nägemise põhjal. Ka eelmisel aastal tehtud uuringud näitasid üsna head tulemust – kui kasvatjad kasutasid kvantanduritega juhitud süsteeme, mitte lihtsalt luksi mõõtmist, siis nende saak suurenes tegelikult 18 protsenti. Neile, kes haldavad suuremaid soojaseid kohti mitmes tsoonis, võimaldab kvantandurite ühendamine kaablite kaudu kontrollida samaaegselt nii päikeselist kui ka varjulist ala. See aitab säilitada ühtlast valgustust kogu kasvutruumis, mis mõjutab taimede tervist ja tootlikkust.

Põhiline digitaalne luksimeeter vs. professionaaltaseme seadmed

Kuigi lihtsad digitaalsed valgustustaseme mõõdikud (<100$) sobivad üldiste heledusekontrollide jaoks, piiravad nende spektraalsed eelarvamused kasvatustehnoloogilist täpsust. Professionaalse klassi seadmed pakkuvad suuremat täpsust ja funktsionaalsust:

Millal võib luksimeeter olla kasulik – ja millal see eksitab aiaehituses

Luximeetrid toimivad päris hästi, kui juttu tuleb valgustatuse taseme järjepidevuse jälgimisest päeva jooksul, aidates otsustada, millal kasutusele võtta varjukatted või lisavalgustus. Milline on aga lüli? Need seadmed ei suuda tuvastada teatud spektri osasid, mis on olulised taimede arengule, täpsemalt kaugpunaseid lainepikkusi umbes 700–750 nanomeetrit ja UV-A valgust 315–400 nm vahel. Mõni eelmisel aastal tehtud uuring näitas, et tomatite kasvatajad, kes toetasid oma otsuseid ainult luxi näidule, eksisid tegelikult ligikaudu 22 protsenti, mis võib viia sellele, et taimed ei kasva nii hästi kui võiksid. Et otsused põhineksid täpsetel andmetel, peavad kasvatajad kontrollima oma luximeetrite näitajaid risti PAR-mõõtmistega kriitilistes etappides taimede elutsükli jooksul.

Vaidluste analüüs: Oht, kui põllumajandusotsuseid tehakse ainult luximeetrite põhjal

Ainult luksi mõõtmisel toetumine võib põhjustada probleeme fotosünteesiga väärtuslike taimede nagu kanepi ja orhideede puhul, kus on vaja hea kontrolli päevase valgusintegraali üle. Eelmisel aastal avaldatud uuringu kohaselt kasvatustehnika valgustuse valdkonnas lõpetas umbes kolmandik neist kasvatajatest, kes jäid kinni ainult luksimeetrites, õitsengufaasis oluliste PPFD-nõuete täitmise osas puudujäägiga. Parema strateegia tegelikult sobitab mõlemat meetodit. Kasvatajad saavad endiselt kasutada luksimeetreid, et kontrollida, kuidas valgus levib nende kasvatusalal, kuid peaksid seda kombineerima kvantsensoritega, et saada täpseid andmeid taimi tabavast spektrist. See segatud lähenemine vähendab raisatud elektrienergiat ligikaudu 19 protsenti, ilma et see kompromisseks teeks saagikoristuse tulemusi.

Valguse mõõtmise parimad tavased soojakasvuhoonete keskkonnas

Loodusliku ja kunstliku valguse tõhus mõõtmine luksimeetriga

Hea taimede kasvu tagamiseks on oluline saada õige kogus valgust, seetõttu peavad kasvatajad kontrollima nii päiksest tulevat valgust kui ka lisaks paigaldatud valgustuse hulka. Luksi meetrid võivad tuvastada alad, kus taimedele ei piisa valgust, kuid neid näitude ei tohiks võtta ainult pindmisi. Näiteks vajavad tomatitaimed tegelikult umbes 200 kuni 400 mikromooli ruutmeetri kohta sekundis fotosünteetiliselt aktiivset kiirgust. Üksnes lukside arvud seda piisavalt hästi ei näita. Erinevusi valgustuse katvuses on palju parem tuvastada siis, kui andurid on paigutatud just seal, kus lehed kasvavad, ja valgustite lähedusse. Kasvatajad, kes seda teevad, kogevad viljasaaduse langust 15–30% väiksemat kui need, kes oma valgustust hoolikalt jälgimata jätab, nagu näitas 2023. aasta Horticulture Lighting Groupi uuring.

Optimaalne asukoht, kalibreerimine ja valguse mõõtmise sagedus

Täpne hindamine sõltub kolmest olulisest tegurist:

1. Kõrgus : Paigutage andurid kroonikani tasemele, kohandades neid nädalaselt vertikaalselt kasvavate taimede jaoks
2. Nurgad : Seadke andurid hooajaliselt ümber, et need vastaksid muutuvatele päikesenurkadele
3. Kalibreerimine : Kinnitage näidud kvartalis ISO-sertifitseeritud referentsseadmetega

Temperatuuri ekstreemsed väärtused üle 30°C võivad moonutada luksi mõõtmisi 5–12%, mistõttu on vajalik keskkonna kompenseerimine. Mõõtmiste tegemine päikesetõusul, keskpäeval ja päikeseloojangul võimaldab jälgida DLI kõikumisi, mis mõjutavad fotosünteetilist efektiivsust.

Samm-sammult juhend usaldusväärse andmekogumise kohta soojakasvatistes

1. Kaardistage mõõtepunktid ruudustiku kujul (vähemalt 1 andur iga 50 m² kohta)
2. Salvestage lähtetaseme looduslik valgus enne kunstliku valgustuse sisselülitamist
3. Kontrollige luksnäitudeid kvantsensoritega oluliste kasvuperioodide jooksul
4. Kasutage andmesalvestavaid mudeleid kogunenud kokkupuute jälgimiseks 48-tunniste tsüklite vältel
5. Aktiveeri varjutussüsteemid, kui näitajad ületavad kasvu piirväärtusi rohkem kui ‰¥20%

Automaatsete, pilvepõhiste süsteemide kasutamine vähendab inimlikke vigu 64% võrrelduna käsitsi logimisega (Kontrollitud keskkonna põllumajanduse aruanne, 2023). Suurtõenduses tuleb alati kontrollida käsikonte peamõõdiku täpsust fikseeritud referentsensordite suhtes.

Olulised funktsioonid, mida otsida professionaalsest luksimeetrist põllumajanduses

Kriitilised tehnilised nõuded täpseks valguse jälgimiseks soojakasvatites

Valige luksimeeter, mille täpsus on ±5% ja spektraaltundlikkus vastab taimede vajadustele (400–700 nm). IP65 klassifikatsiooniga mudelid on tundlikud niiskuse ja tolmuga vastu, mistõttu sobivad need kõrge niiskusega keskkondadesse. Veenduge, et seadmel oleks kosinuskorrektsioon, et täpselt kinni püüda madala nurga all langev valgus hommikuti varasel ja õhtul hilisel ajal.

Luksimeeter andmesalvestajaga: eelised pikaajalise taimekultuuride planeerimise jaoks

Meetrid, mis on varustatud 10 000 andmepunkti andmesalvestajatega, toetavad valgusintensiivsuse kogusumma trendide analüüsi kasvutsükli vältel. Uuringud näitavad, et kasvuhoonete tootlikkuse ennustatavus on 18% parem juhul, kui kasutatakse salvestatud PPFD-luksi korrelatsioone, võrreldes neid, kes toetuvad käsitsi koostatud andmetele.

Andmesalvestus pidevaks valguse jälgimiseks ja analüüsiks

Eelistage seadmeid, mis salvestavad andmeid 1-minutiliste intervallidega, et tuvastada ajutised varjud, mis tekivad tagasitõmbuvate katustega või kõrvalhoonete tõttu. Pilveühenduses üksused annavad reaalajas hoiatusi, kui luksitasemed langevad optimaalsest vahemikust välja – näiteks alla 15 000–25 000 luksi lehtsalatite või 30 000–40 000 luksi tomatite puhul.

Luksimeeter kauganduriga: eelised suuremahulistes põllumajanduslike kompleksides

Eraldatavad andurid 15-metrise kaabliga lihtsustavad mitmepunktset jälgimist laiades kasvuhoonetes. Kahe anduriga konfiguratsioon võimaldab samaaegselt võrrelda taimede kroonide ja juurde piirdunud valgustust, mis on eriti oluline astmelistes vertikaalsetes kasvatamissüsteemides.

KKK

Miks on PAR tähtis kasvuhoonete valgustuses?

PAR (fotosünteesiks aktiivne kiirgus) on oluline, kuna see hõlmab valguse spektrit (400–700 nm), mida taimed kasutavad fotosünteesiks. See on täpsem mõõde võrreldes luksiga, mis põhineb inimese nägemisel.

Kas luksimeetreid saab kasutada taimede kasvuks vajaliku valguse mõõtmiseks?

Luksimeetritel on piirangud aiandusotstarbel, kuna nad mõõdavad valgust inimese silma tundlikkuse alusel, mis erineb taimede vajadustest. Täpseteks taimedele suunatud valgusmõõtmisteks eelistatakse kvantsensoreid.

Mis on DLI ja miks on see oluline?

Päevane valgusintegraal (DLI) mõõdab päevas saadud PAR-i koguhulka. See aitab kasvatajatel kohandada valgustingimusi taimede vajadustega, parandades nii kasvu kui ka energiatõhusust.

Miks võib luksimeeter aianduses eksitav olla?

Luksemeetrid rõhutavad rohelist valgust ja jäävad vahele olulised spektri osad, nagu kaugpunane ja UV-A valgus, mis on taimede arengu seisukohalt olulised, mistõttu hinnangud on ebatäpsed.

Kuidas võivad kvantsensorid kasu tuua suuremahuliste kasvuhoonete toimimisele?

Kvantsensorid pakuvad täpseid PAR- ja PPFD-mõõtmisi, aidates säilitada ühtlast valgustust erinevates suurte kasvuhoonete tsoonides, mis viib taimede parema tervise ja suurema saagikuse saavutamiseni.