Фотосинтез и спектр

Для начала немного скучной теории.

Цвет какого-либо предмета, который видим нашими глазами - это отраженная часть спектра.

Каждый цвет имеет свою длину волны.

Цвет	Длина волны (Нанометров)
Красный	~ 625—740
Оранжевый	~ 590—625
Желтый	~ 565—590
Зеленый	~ 500—565
Синий	~ 440—500
Фиолетовый	~ 380—440

Инфракрасное (тепловое) излучение имеет длину волны больше 740 нанометров, а ультрафиолетовое - меньше 380.

Свет, попадая на предмет, частично поглощается, а оставшийся  - отражается и становится видимым. Мел почти не поглощает свет в видимом спектре, поэтому он белый. Тогда как уголь поглощает почти весь видимый спектр, поэтому нам он кажется черным. Зеленые растения поглощают синюю и красную части спектра, а не используемую зеленую отражают в окружающий мир.

Зелень растений

Этот самый зеленый цвет растениям придает хлорофилл. Хлорофилл - это пигмент, с помощью которого происходит фотосинтез. Хлорофилл у зеленых растений бывают двух видов - a и b (есть еще c, d и f, но они есть только у водорослей и цианобактерий). Для фотосинтеза хлорофиллу нужен свет. Но не весь свет хлорофилл может поглотить:

Интенсивность поглощения оптического диапазона спектра хлорофиллом

Из графика видно, что пики поглощения находятся на синем и красных частях спектра, в то время как зеленая часть спектра для фотосинтеза практически бесполезна.

Солнечный (натуральный) свет

В осенне-зимний период многим растениям необходимо дополнительное освещение. Так чем-же освещать растения? Ниже небольшое сравнение.

 С первого взгляда кажется, что источник света должен максимально соответствовать естественному освещению, то есть Солнцу.

Интенсивность излучения Солнца

В солнечном спектре около 5% излучения приходится на ультрафиолет, 45% - на видимый диапазон, и 50% - на тепловое (инфракрасное) излучение. К тому-же как сама атмосфера, так и и различные виды облаков выступают в качестве фильтров, что сильно влияет на свет, который достигает земли.

Основная часть волн, достигающих земли, находятся в диапазоне 400 - 500 нанометров - это "зеленая" часть спектра, которая хлорофиллом практически не используется.
Так что будем подбирать источник освещения, который максимально подойдет зеленым растениям.

Лампочка Ильича 

Обычная лампочка. В ней свет образуется за счет разогрева до очень больших температур вольфрамовой нити накаливания. Лампа дает непрерывный спектр очень похож на солнечный. Синей части спектра очень мало, но много красного. Более половины энергии излучается в виде тепла, что может вызвать перегрев и ожог растений если лампочка будет находится слишком близко. Как раз по этой причине многие растения не выносят прямых солнечных лучей. Но если отодвинуть лампу подальше, то хлорофиллу для фотосинтеза будет не хватать синего света, которого и так мало в лампе накаливания.  Так что для досветки зеленых растений лампа накаливания мало пригодна.

Люминесцентные газоразрядные лампы

Они же лампы дневного света, энергосберегающие лампы:

В них происходит электрический разряд в газах, которые вызывают свечение в ультрафиолетовой части спектра, а люминофор, нанесенный на внутреннюю поверхность трубки, преобразует ультрафиолет в видимый спектр. Эти лампы дают прерывистый спектр излучения, который полностью зависит от люминофора. Наш глаз суммирует эти цвета и воспринимает их как белый свет. В зависимости от используемого люминофора (и, соответственно, от цены)  пиков у такой лампы может быть три (синий, зеленый, красный) и больше. От соотношений этих цветов зависит цветовая температура лампы - субъективное восприятие человеком "теплоты" или "холодности" света.

Для нас важно то, что пики спектров таких ламп находятся в синем и красном диапазонах. Но по-прежнему половина излучения такой лампы приходится на зеленый. Люминесцентные лампы греются на порядок меньше, чем лампы накаливания, что позволяет их использовать в мини-теплицах и гроубоксах, и меньше заморачиваться отводом тепла.

Светодиодная лампа

Свет светодиодной лампы состоит из двух компонентов: синий компонент - это цвет самого светодиода, и зелено-желтая - это свечение люминофора, нанесенного сверху на светодиод. Плюсом лампы является пик в синей части спектра, минусами - недостаточная мощность светового потока и практически полное отсутствие красной компоненты и относительная дороговизна.

Светодиодные фитолампы

Состоят из сверхярких светодиодов красного и синего цвета. Дают нужный спектр, но как и у обычных светодиодных ламп мощность светового потока у них невысокая. Да и цена довольно ощутима для семейного бюджета.

Дуговые натриевые лампы высокого давления (ДНаТ)

Широко разрекламированные для садоводства как "лучшие лампы для выращивания растений" натриевые лампы высокого давления. Имеют очень большую мощность светового потока, на порядки превосходящую как светодиоды, так и люминесцентные лампы. 

Кроме высокой цены есть еще несколько "но".

Во-первых, температура такой лампы более 400˚C, что может быть приемлемо в больших теплицах, но создает дополнительные трудности в домашней мини-теплице или гроубоксе, поскольку требует дополнительного отвода тепла.

Давайте взглянем на спектр лампы, представленый на сайте производителей ДНаТ'ов:

Спектр ДНаТ'а с сайта производителя

Две трети излучаемого света приходится на часть спектра от 500 до 600 нанометров, которую хлорофилл не может использовать. Большая часть оставшегося излучения приходится на красный спектр, и лишь незначительная - на синий.

Вместо выводов

Оптимальным вариантом для домашнего гроубокса будет использование комбинации светодиодной, люминесцентной и слабой лампы накаливания.