ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ОПТИМИЗАЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СВЕТОДИОДНЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ С ИЗМЕНЯЕМЫМ СПЕКТРОМ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РОСТА РАСТЕНИЙ В СООРУЖЕНИЯХ ЗАКРЫТОГО ГРУНТА

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается использование светодиодов для освещения сельскохозяйственных культур, подчеркивая их преимущества в энергоэффективности, долговечности и возможности изменения спектра света. Исследование проводилось с целью оценки влияния различных спектров освещения (солнечного, полного и фиолетового) на рост сои. В ходе эксперимента мониторились такие показатели, как высота растений, количество листьев, влажность и температура, а также количество дней после посева. Исследование подтверждает, что полный спектр светодиодов является оптимальным для выращивания сои, обеспечивая высокую фотосинтетическую активность, урожайность и сбалансированный биохимический состав. Фиолетовый спектр рекомендован для раннего роста, но требует контроля из-за риска фотостресса, а солнечный — для усиления питательной ценности. Результаты подчеркивают потенциал адаптивного использования светодиодного освещения в сельском хозяйстве.

Ключевые слова: соя, фотосинтетически активная радиация, спектральная адаптация, урожайность, спектры света (солнечный, полный, фиолетовый) фотосинтез, мониторинг, спектральное облучение, светодиоды, автоматика, спектр излучения, фитотрон, контроль микроклимата, рост сои, эксперимент.

В конце XVIII века британские и голландские ученые пришли к выводу о том, что растения синтезируют органические вещества, используя воду, воздух, свет и, в незначительной степени, почву. Результаты их серии экспериментов привели к открытию фотосинтеза — процесса, в ходе которого углекислый газ (CO₂) и вода (H₂O) преобразуются в органические вещества с использованием солнечной энергии, что существенно влияет на рост и развитие растений. Русский ученый К.А. Тимирязев установил, что основные фотосинтетические реакции зависят преимущественно от длинноволновой части спектра (красный диапазон), тогда как влияние коротковолновой части (сине-зеленый диапазон) имеет меньшую значимость. Дополнительно проводились исследования, направленные на изучение воздействия различных диапазонов спектра на растительность.

В рамках эксперимента на кафедре электропривода и автоматизации технологических процессов Дальневосточного государственного аграрного университета осуществляется исследование применения светодиодных светильников для освещения растений. Цель данного эксперимента заключается в проверке способности растений к развитию под воздействием света различных источников, излучающих свет в разных диапазонах спектра, включая полное, солнечное и фиолетовое излучение.

В ходе эксперимента осуществляется мониторинг: высоты растений, количества листьев; влажность, температура, количество дней после посева.

Для реализации эксперимента были выбраны три спектра света: солнечный, полный и фиолетовый. Использованы светодиоды специального назначения (LED), способные переключаться между этими спектрами.

Таблица 1

Физические характеристики роста растения впервые 6 и 12 дней после высева

Из ходя из таблицы 1 видно, что на более ранних этапах (через 6 дней после посева) заметно, что соя, посаженная под солнечным спектром, имеет меньшую высоту (15 см) по сравнению с фиолетовым светом (21 см), что может указывать на раннее стимулирование роста под фиолетовым спектром.  На 12-й день роста наибольшую высоту показала соя под полным спектром (45,5 см), хотя и фиолетовый спектр продемонстрировал высокий рост (43,2 см). Соя под солнечным спектром достигла 27,8 см, что также указывает на позитивный эффект солнечного света, хотя и менее выраженный по сравнению с полным и фиолетовым спектрами. В условиях эксперимента температура была относительно схожей для различных спектров освещения. Влажность была наибольшей (77%) под фиолетовым спектром, что может способствовать лучшему усвоению питательных веществ и, как следствие, лучшему росту растения. Все три случая исследования проводились в одинаковых условиях для 6 и 12 дней после посева, что позволяет утверждать, что разница в росте растений в первую очередь связана со спектром освещения.

Рисунок 1. Влияние спектра на выращивание сои

Таким образом фиолетовый спектр может ускорять фотосинтез, но в избытке вызывает фотостресс и снижает продуктивность семян, однако полный спектр эффективен для всех стадий роста сои, способствует высокой фотосинтетической активности и урожайности. Солнечный спектр максимизирует фотосинтез, способствует здоровому росту и обеспечивает хороший урожай сои.

Таблица 2

Химический состав семян сои, выращенной под разными спектрами

Из выше составленной таблицы 2 можно сделать следующий вывод: фиолетовый спектр выделяется своим высоким содержанием белка, масла, углеводов, клетчатки и антиоксидантов, но уступает в содержании витаминов и минералов. Полный спектр обеспечивает наибольшее количество витаминов и оптимальное содержание минералов, что делает его наиболее сбалансированным вариантом. Солнечный свет проявляет сильные стороны в содержании минералов и витаминов, но слабеет в других параметрах, таких как количество антиоксидантов. Растения под полным спектром образовали большее количество листьев (13), чем под фиолетовым (9) и солнечным (12). Это свидетельствует о лучшей витальности и развитии сои на полном спектре. Масса свежей части растений, освещенных полным спектром, составила 70 г, тогда как под фиолетовым светом этот показатель не превышал 45 г. Сушеная масса также подтвердила тенденцию, составив 15 г для полного спектра против 9 г при фиолетовом освещении.

Список литературы:

1. Молчанов, А. Г. Энергосберегающее оптическое облучение промышленных теплиц : монография / А. Г. Молчанов, В. В. Самойленко. — Ставрополь: СтГАУ, 2013. — 120 с. — ISBN 978-5-9596-0826-2
2. Жиряков А. В. Светотехника и электротехнологии: учебное пособие / А. В. Жиряков, М. М. Иванюга, В. В. Ковалев, Н. И. Яковенко. — Брянск: Брянский ГАУ, 2023. — 65 с.
3. Васильев С.И. Энергосберегающие элементы электротехнологии и светокультуры растений, обеспечивающие перспективы развития АПК: монография / С. И. Васильев, С. В. Машков, В. А. Сыркин [и др.]. — Самара: СамГАУ, 2022. — 155 с. — ISBN 978-5-88575-694-5
4. Башкатов, А. Я. Соя. Современная агротехника / А. Я. Башкатов, Ж. Н. Минченко, А. И. Стифеев. — 2-е изд., стер. — Санкт-Петербург: Лань, 2023. — 188 с. — ISBN 978-5-507-46310-7