Количество энергии, используемой в сельскохозяйственном производстве, постоянно увеличивается. Теплицам в зимние месяцы требуется дополнительное освещение для поддержания производительности – это приводит к высоким расходам. Сегодня бизнес ищет инструменты для повышения эффективности по всем направлениям, в том числе по снижению энергозатрат, которые существенно влияют на себестоимость тепличной продукции. LED-освещение позволяет снизить энергопотребление в среднем почти в 2 раза по сравнению с натриевыми лампами высокого давления, значительно повысить урожайность. Также с его помощью можно тонко настраивать свет в соответствии с потребностями каждого вида растений. Как это происходит – разберем на примере культуры огурца.
Выращиваем качественные огурцы: как освещение влияет на урожай
Огурец культивируют уже шесть тысячелетий. Родина этого вида — тропические и субтропические районы Индии. Сегодня это экономически важный овощ, выращиваемый более чем в 80 странах мира, а его годовое производство оценивается примерно в 80 миллионов тонн. Только в Европейском союзе выращивается около 3 миллионов тонн.
При производстве огурцов, как и при выращивании других растений, большое внимание уделяется энергии, обеспечиваемой светом. При этом контроль температуры следует учитывать в контексте интенсивности освещения. Общая площадь листьев растений, производство углеводов и, следовательно, продуктивность – все это зависит от энергии света. Низкие запасы углеводов в зимние месяцы могут стать причиной снижения урожайности и даже гибели растений. Таким образом, свет напрямую влияет на качество овощей.
Культуры, выращиваемые при низком уровне освещенности, содержат меньше сухого вещества. Плоды при сборе урожая приобретают светло-зеленый цвет, а при хранении, когда огурцы находятся на полке, – легко становятся желтыми.
Использование дополнительного освещения в производстве тепличных культур становится необходимым для агрономов по всему миру. В северных широтах, где уровень солнечной радиации недостаточен в осенне-зимние месяцы и даже в пасмурные летние дни используется дополнительное освещение с натриевыми лампами высокого давления (HPS). Несмотря на то, что такие лампы – отличные источники света, это не самый эффективный способ освещения для промышленного производства. Из-за высокой рабочей температуры они могут применяться в качестве источников света только тогда, когда они размещены достаточно высоко над растениями во избежание перегрева маушки растений – чем выше лампы, тем лучше равномерность распределения света.
Альтернативным решением станет LED-освещение. Светодиоды, используемые в тепличном хозяйстве, обычно содержат комбинации красного (пик ≈ 660 нм), синего (пик ≈ 450 нм), белого и/или дальнего красного (пик ≈ 730 нм). Результаты исследований показали, что LED-светильники обладают высоким уровнем производительности: 3,4 мкмоль Дж-1 для белых и красных устройств и 4,1 мкмоль Дж-1 для синих и красных. Красный спектр стимулирует рост клеток и тканей растений, а синий –процессы дифференциации клеток при развитии (закладка кистей, образование побегов, цветение, корнеобразование). Это позволяет растениям получать свет в диапазоне фотосинтетической активной радиации (ФАР). Доказано, что использование LED улучшает внешний вид плодов огурца, а также увеличивает урожайность более чем на 10%.
Научные исследования
Положительное влияние светодиодов на урожайность огурца было подтверждено в ходе исследования, проведенного Philips Horticulture LED Solutions и Варшавским университетом естественных наук. Результаты были опубликованы в 2020 году.
В ходе испытания сравнивали огурцы, выращенные при:
- стандартном дополнительном освещении лампами HPS (контрольный вариант);
- гибридной досветке топлайт HPS-лампами и межрядной светодиодной досветке;
- полностью светодиодной досветке топлайт и интерлайт LED-LED – 100%.
Уровень освещения везде поддерживался на одном уровне – около 320 мкмоль/м2/s PPFD (плотность фотосинтетического потока фотонов).
Использование 100% светодиодной досветки позволило увеличить урожайность продукции на 24,8%. При этом удалось сократить использование воды до 1,4 литра на каждый килограмм полученной продукции, а затраты на электроэнергию стали ниже на 60%. Потребители также предпочли вкус огурцов, выращенных только при LED-освещении, поскольку они были чуть более сладкими и менее водянистыми.
Подтверждение практикой
Светодиоды широко используются не только в исследованиях, но и в фермерских хозяйствах. Так, компании Jardins Réunis и Cheminant установили верхнее и межрядное светодиодное освещение в своих новых огуречных теплицах в регионе Нант во Франции площадью 25 000 м² и 20 000 м2 соответственно. Уровень верхнего освещения составил 145 мкмоль/с/м2, а межрядного – 67 мкмоль/с/м2.
Агрокомплекс Gerja BV (Эльсендорп, Нидерланды) применил межрядную досветку с интенсивностью светового потока 88 мкмоль/с/м2. Это самый высокий уровень межрядной досветки огурцов. LED-освещение позволяет компании получать высокие урожаи огурца и выращивать более качественные плоды.
Фермерское хозяйство Ulf Harf, расположенное в финском городе Нярпес, установило светодиодное освещение на всей территории. Компания оборудовала теплицы досветкой топлайт при уровне светового потока 190 мкмоль/м2/с и двойной линией межрядной досветки с уровнем освещения 91 мкмоль/м2/с. Хозяйство использует освещение для производства гибрида Imea F1 (Enza Zaden). LED-решения позволяют выращивать на 20% растений больше на квадратном метре, что значительно повышает общий урожай. При этом растения получают больше света, не перегреваясь от избыточного тепла.
Компания Getliņi EKO (Латвия) применяет светодиодное освещение на огурце гибрида Mewa F1 (Rijk Zwaan), что позволяет получать 146 плодов с квадратного метра за 10 недель зимних месяцев. Густота стояния растений составляет 3,6шт/м2, урожай – более 150 кг в год. При этом время плодоношения огурца удалось продлить до 26 недель.
Есть множество примеров и в российских агрокомплексах. Так, например, компания РИАТ, расположенная в Иваново, оснастила LED-модулями городскую ферму на базе старых цехов авторемонтного завода – это позволяет выращивать овощи без доступа солнечного света. Интенсивность света составляет 305 мкмоль/м2/с, верхнего света – 235 мкмоль/м2/с, межрядного – 65 мкмоль/м2/с. Досветка работает на протяжении 20 часов. В результате удалось продлить период плодоношения Mewa до 38 недель. При этом длина стебля составляет более 20 метров, а густота стояния саженцев – 3,75 шт\м2.
Согласно докладу Департамента по экономическим и социальным вопросам ООН World Population Prospects2019, в ближайшие 30 лет население мира увеличится на 2 млрд человек, с 7,7 млрд в настоящее время до 9,7 млрд в 2050 году. Чтобы прокормить их, потребуется на 50% больше урожая, чем сегодня. При этом площадь посевных земель сокращается с ростом урбанизации, а климат на планете постепенно ухудшается. В этой связи особенно актуальным становится использование технологичных решений для агробизнеса, позволяющих максимально эффективно использовать имеющиеся площади, в том числе светодиодного освещения.