Свет для растений является источником первичной энергии. В результате действия света образуются простые молекулы. Они как бы запасают в себе поглощенный свет, но не в виде его частиц, а в виде самой образованной молекулы, которая в нужный момент распадается, выделяя энергию. В результате образуются более сложные молекулы, и за счет этого растение развивается. Если опустить тонкости всего процесса преобразований, можно сказать, и это естественно, что каждая частица света (фотон), которая была поглощена, привела к какой-то фотохимической реакции и каким-то новым соединениям.
Количество поглощенного света напрямую влияет на развитие растения
Предположим, что одна поглощенная частица света привела к образованию одной молекулы глюкозы, значит, десять поглощенных частиц света приведут к десяти образованным молекулам глюкозы, соответственно, тысяча поглощенных частиц — к тысяче образованных молекул и так далее, т. е. количество образованных молекул прямо зависит от количества поглощенных частиц света. Это ключевой момент, это закон! Мы к этому вернемся, но несколько позже.
Свет и освещенность — в чем и как их измеряют
Очень долгое время пользовались и пользуются до сих пор таким показателем, как освещенность, измеряемая в люксах. Как соотносится освещенность с потребностями растений, одной и той же она должна быть или все же разной при освещении разными источниками света, например натриевыми или светодиодными лампами, люминесцентными, или лампой накаливания, или лампой ртутной? Если мы хотим понять однажды суть процесса и всегда понимать, нам необходимо обратиться к физическим законам, т. е. к законам природы.
Основные понятия и термины
Что такое освещённость?
Освещенность — это характеристика поверхности, на которую падает свет, а точнее, световой поток.
А что такое световой поток?
Световой поток — величина, пропорциональная потоку излучения, оцененному в соответствии с относительной спектральной чувствительностью среднего человеческого глаза. То есть световой поток — это общий поток энергии частиц света или общая энергия, которую несут с собой частицы света, но не вся, а только та, которую чувствует человеческий глаз. Иначе говоря, множество частиц может двигаться и нести с собой энергию, но только та их часть, которую видит глаз, — и есть световой поток. Обратите внимание, что световой поток — это не количество частиц, которые требуются растению, а энергия частиц.
Что такое энергия?
Энергия — это способность выполнить какую-либо работу, т. е. в частности то, может ли частица взаимодействовать с чем-либо или не может. Энергия в конкретном случае — это свойство частицы — такое, как длина волны, частота, масса, скорость, заряд и т. д. А что нужно растению? Разве ему нужна энергия или другое свойство частицы? Разве у него существует зависимость между свойством частицы и количеством образованных молекул? Конечно, нет! В начале статьи мы уже разобрались: растению нужно количество частиц, которые могут быть поглощены. Именно от количества поглощенных частиц света зависит количество новых образованных молекул в растении. А что же освещенность?
Освещенность — это световой поток, падающий на единицу площади, т. е. общая энергия частиц света, которую чувствует глаз, падающая на единицу площади, например на 1 м2, т. е. 1 люкс = 1 люмен/м2. А при чем тут растения? При чем тут чувствительность глаза человека? И как так получилось, что все используют освещенность при расчетах досвечивания растений, если от освещенности, т. е. от энергии, интенсивность фотохимических процессов, а значит, и интенсивность развития растений не зависит? Кстати, это было доказано более 130 лет назад русским физиком и инженером А. Столетовым (следствие закона фотоэффекта) и еще раз подтверждено немецким физиком А. Эйнштейном.
А все очень просто, если принять во внимание, что все источники излучают один и тот же свет, т. е. один набор длин волн, одно соотношение между ними, один спектр, то можно говорить, что в некоем количестве энергии содержится определенное количество частиц света. Если спектр источника никак не меняется, а меняется только мощность излучения, то можно говорить, что при изменении мощности изменяется количество частиц света — опосредованно, через изменение энергии, т. е. через световой поток и соответственно освещенность. Но все это до той поры, пока мы не применим источник света с другим спектром излучения. В этом случае вся опосредованность и зависимость распадается, поскольку при другом спектре и одинаковой освещенности будет иметь место другое количество частиц света — есть частицы с высокой энергией, есть с низкой, и определить количество частиц света невозможно. Перевод светового потока в количество частиц также невозможен.
А теперь ближе к практике. На сегодняшний день мы имеем источник, который излучает один и тот же спектр независимо от производителя и времени производства. Это натриевая лампа. Излучение у данной лампы происходит на резонансной частоте атомов натрия, в диапазоне длин волн 580-589 нм, и неважно, когда были выпущены лампы, 70 лет назад или сейчас. Это то, о чем я говорил чуть выше.
И еще важный момент: все значения освещенности растений, которые вы можете встретить где-либо, применительны только к натриевой лампе. Почему? Потому что опытным путем было выяснено, что такая-то освещенность от натриевой лампы для растений достаточна, а дальше эти данные просто интерполируются на другую мощность, другую площадь и так далее без определения фактического количества излучаемых частиц света и количества поглощаемых.
Иначе говоря, если вы будете использовать другие лампы, например ртутные или светодиодные, значения освещенности к ним уже неприменимы.
Освещенность (применительно к растениям) — опосредованное, условное, пригодное только для натриевой лампы значение.
Применять показатель освещенности — то же самое, что мерить расстояние обрезком трубы неизвестной длины. Действительно, мы получим расстояние в виде количества таких длин. И пока мерим одним и тем же куском, это не вызывает проблем и даже входит за десятки лет применения в повседневный оборот.
Но что делать, если кусок трубы пришел в негодность и его заменили другим, неизвестной длины? Что тогда? Вся система измерений рушится, возникает непонимание, кривотолки — сколько теперь и как считать? Именно так получилось с освещенностью. Чтобы такой ситуации не возникало, измерять нужно теми стандартизованными мерами, которыми положено: расстояния — мерой расстояния в метрах, вес — мерой веса в граммах, время — мерой времени в секундах, а свет растениям — количеством частиц в штуках или, например, в молях.
К чему я все это говорю? Да к тому, что применять освещенность как единицу для определения потребности растений для источников света с разным спектром недопустимо! Измерять нужно в тех единицах, от которых зависит интенсивность роста, т. е. в количестве частиц света. Поскольку количество частиц — это очень большое число, можно измерять другими единицами, но тоже численными, например молями. Моль — это единица вещества, равная количеству атомов в 12 г углерода-12.
Еще вопрос. Можно ли перевести моли (фотонный поток, т. е. количественный) в люксы (освещенность, т. е. энергию для человеческого глаза) и обратно? Ответ через вопрос. А можно посчитать общий вес груза с мешками, если мешки каждый раз по-разному весят? Наверное, нет! И перевод освещенности (люкс) или светового потока (люмен) в количество частиц (моль) и обратно невозможен!
О биологической эффективности света
При определении количества света нужно учитывать, что не все его частицы поглощаются растением. Поэтому использовать значения количества частиц света (моль) можно только в части поглощаемого излучения. Когда мы говорим об эффективности источников света, нужно понимать, что существуют разные виды эффективности: одна — сколько мы получаем общего света, затрачивая определенное количество энергии, а другая — какой мы получаем результат при затратах света.
Виталий Пономаренко, ООО Европейская светодиодная компания «СНеппиЛэд» (SNeppiLed)
