Результат интеллектуальной деятельности: ГИБРИДНАЯ ОБЛУЧАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ СВЕТОКУЛЬТУРЫ ОГУРЦА В ТЕПЛИЦАХ

Настоящее изобретение относится к сельскохозяйственной технике, а именно к системам освещения, предназначенным для применения в растениеводстве. В частности, данную установку можно использовать для выращивания огурца в защищенном грунте по технологии светокультуры в промышленных теплицах.

Известны облучательные установки (ОУ), использование которых в технологии светокультуры позволяет увеличить продуктивность основного тепличного растения, огурца, в 3-5 раз и содействовать тем самым обеспечению населения страны свежей и богатой витаминами овощной продукцией в холодное время года.

В современных теплицах для компенсации недостаточности естественного излучения (октябрь-март месяцы) используются осветительные установки с облучателями на основе специальных мощных натриевых ламп высокого давления (НЛВД), устанавливаемых сверху над ценозом растений в виде шпалер высотой до 3,5 м. Шпалеры образуют ряды растений, располагаемые на небольшом расстоянии друг от друга, достаточном для технологического обслуживания и сбора урожая. Освещенность от верхней части, обращенной к облучателям, вглубь шпалеры быстро падает и уже в середине ее части, являющейся зоной образования плодов, становится недостаточной для продуктивной светокультуры. Подобная практика наблюдается, в частности, в самые темные месяцы года (ноябрь-декабрь), когда естественное излучение крайне незначительно и составляет около 10% от необходимого уровня.

Известны так называемые, гибридные осветительные установки, в которых для компенсации указанного эффекта «светового колодца» используют дополнительное межрядное освещение на основе облучателей с НЛВД средней мощности (как правило, 250 Вт).

Например, из RU 153690 U1 известна светодиодная установка-трансформер, содержащая фитооблучатель, состоящий из плат со световыми элементами, выполненных из гибкого материала в виде полуцилиндров, соединенных попарно навесами и установленных в прозрачный цилиндрический плафон, групп светодиодов с различными спектрами излучения, которые располагаются с наружной стороны плат в несколько рядов, с компьютерным управлением. Документ RU 159034 U1 описывает светодиодную осветительную установку с изменяемой цветовой средой, содержащую светильник, состоящий из корпуса, на задней стенке которого расположены основные светодиодные модули, излучающие белый свет, и объединенные в группы, а также драйвера питания и блока управления, отличающаяся тем, что в корпусе светильника расположены дополнительные светодиодные модули, излучающие свет с длинами волн, и также блок управления. Из документа RU 59206 U1 известен облучатель для растениеводства, содержащий корпус, матрицу светодиодов, максимумы которых в спектре излучения лежат в области 450-480 и 660-690 нм, блок управления рабочими токами светодиодов с синим и красным цветом свечения, отличающийся тем, что матрица включает светодиоды с углом излучения не превышающим 30°. Изобретение RU 2369086 С1 раскрывает светодиодный фитопрожектор, содержащий корпус со световыми элементами, состоящими из групп светодиодов с различными спектрами излучения, блок электрического питания, микропроцессорную систему управления с коммутатором групп светодиодов, датчик освещенности, датчик - спектрометр, воздействующий на группы светодиодов через блок управления и позволяющий корректировать спектральный состав источника света в зависимости от внешнего освещения, и с учетом вида растений, с корпусом в виде прямоугольной рамы.

Однако, все предшествующие, в т.ч. и указанные осветительные установки не обладают оптимальным спектром фотосинтетически активной радиацией (ФАР) для светокультуры огурца и не обеспечивают дополнительный хозяйственный эффект из-за высоких температур и уровня облученности на небольших расстояниях от «горячих» ламп в случае натриевых ламп, что приводит к высыханию и порче листьев, снижает ассимиляционные возможности растений и создает неудобства для персонала.

Появление светодиодов, позволяющих выполнить любые требования к спектру излучения в области ФАР, дают возможность подойти с реальных позиций к оптимизации этого важнейшего параметра ОУ с учетом видовых особенностей растений. Эти требования определены для растений огурца на основе специальных фотобиологических экспериментов и приведены в источнике [1]. В соответствии с ними доли излучения в синем (Δλ_с=400÷500 нм), зеленом (Δλ_з=500÷600 нм) и красном (Δλ_к=600÷700 нм) диапазонах ФАР должны соотноситься для светокультуры огурца, как 20%:40%:40%.

Создание осветительных установок со светодиодными облучателями для верхнего освещения с оптимизированным спектром ФАР не имеет существенного значения для практики из-за высокой стоимости (в 5-7 раз выше стоимости аналогов с НЛВД), ограничений по мощности и высокого уровня затенения естественного излучения (до 20% вместо 3-4% у аналогов с НЛВД).

В тоже время задачам создания высокоэффективных облучательных систем для светокультуры растений с оптимальным спектром для светокультуры огурцов отвечают предлагаемые настоящим изобретением гибридные осветительные установки с верхними облучателями с НЛВД и межрядными светодиодными облучателями. С учетом того, что 90% всех тепличных комбинатов в настоящее время оснащены облучателями с НЛВД, которые могут быть сохранены в соответствии с предлагаемым изобретением и эксплуатироваться длительное время, подобный подход представляется наиболее рациональным. Следует отметить, что подобные гибридные ОУ считаются весьма перспективными в глобальных оценках развития теплиц со светокультурой растений [2].

Согласно настоящей заявке, предлагается гибридная осветительная установка с облучателями с НЛВД для верхнего освещения и светодиодными облучателями для межрядного облучения, отличающаяся тем, что с целью повышения продуктивности светокультуры огурца спектр светодиодного облучателя выбран таким образом, чтобы суперпозиция действия на ценоз растений обоих типов облучателей обеспечивала оптимальное соотношение облученностей от отдельных диапазонов ФАР: синего (Δλ_c=400÷500 нм), зеленого (Δλ_з=500÷600 нм) и красного (Δλ_к=600÷700 нм).

При этом, в одном из вариантов, указанная гибридная осветительная установка имеет соотношение долей излучения в указанных диапазонах ФАР у светодиодного облучателя следующее: Ф_Δλс:Ф_Δλз:Ф_Δλк=(25-27)%:(27-30)%:(44-46)%.

В еще одном из вариантов, указанная гибридная осветительная установка имеет такую конфигурацию, что межрядные светодиодные облучатели должны создавать фотосинтетическую фотонную облученность на уровне 90-100 мкмоль/(с⋅м²).

Гибридная осветительная установка отличается тем, что суммарная фотосинтетическая фотонная облученность средней части шпалеры огурца составляет 140-165 мкмоль/(с⋅м²)

Если пренебречь естественным излучением (его доля в зимние месяцы находится на уровне 10%), задача оптимизации спектра в предлагаемой гибридной осветительной установки заключается в обеспечении указанных выше для растений огурца относительных значений облученностей для каждого диапазона ФАР с помощью суперпозиции излучения верхних облучателей с НЛВД и межрядных облучателей со светодиодными облучателями.

Абсолютные значения облученности по полученным авторами данным от межрядных облучателей для светокультуры огурца должны соответствовать 90-100 мкмоль/(с⋅м²), что примерно в 1,5-2 раза превышает облученность от верхних облучателей в средней части шпалеры («зона налива») с учетом потерь излучения в ценозе. С учетом этого суммарная облученность в средней части шпалеры составит 140-165 мкмоль/(с⋅м²).

При этом, распределение излучения НЛВД по трем диапазонам ФАР составляет Ф_Δλс:Ф_Δλз:Ф_Δλк=8%:60%:32% и, практически, не искажается ценозом растений.

С учетом приведенных относительных спектральных характеристик и уровней облученности от верхних и межрядных облучателей в гибридной осветительной установке оптимальные условия по спектру растений огурца E_Δλс:E_Δλз:E_Δλк=20%:40%:40% в АС будут достигаться при следующем соотношении относительного спектрального распределения потока излучения от межрядного светодиодного облучателя:

Ф_Δλс:Ф_Δλз:Ф_Δλк =(25-27)%:(27-30)%:(44-46)%.

Использование гибридных ОУ с указанными характеристиками будет способствовать достижению максимальной продуктивности светокультуры огурца.

Авторами настоящего изобретения гибридные облучательные установки согласно настоящему изобретению были опробованы в теплицах (защищенном грунте) на различных видах культуры огурца, и было выяснено, что уровень облученности этих культур при использовании данных установок был повышен на 60-70% по сравнению с облучателями с НЛВД и прирост урожая в зимние месяцы составил 30-45% по сравнению с традиционными осветительными установками, не содержащими межрядных светодиодных облучателей и не дающих указанные соотношения спектров фотосинтетической активной радиации.

Исследования проводились в рамках Соглашения №14.576.21.0099 о предоставлении субсидии от 26.09.2017 года, заключенного между ООО «ВНИСИ» и Министерством образования и науки России. Идентификатор Соглашения: 0000000007417PD20002. Уникальный идентификатор работ (проекта) RFMEFI57617X0099.

Источники

[1]. Авторское свидетельство №1620062 А1, Институт биофизики СО АН СССР, Способ выращивания огурца [Текст] / А.А. Тихомиров, И.Г. Золотухин. Г.М. Лисовский, Ф.Я. Сидько, Л.Б. Прикупец. - 4550599/13; заявлено 17.02.89; опубл. 15.01.91, Бюл. 2.

[2]. Smallwood, P.Н. Tracking the Horticultural SSL Market and Technology // Horticulture Lighting conference 2017, Denver, CO, USA.