Свет для орхидей. А.Храмов

В конце 18-го века английский и голландский ученые пришли к выводу, что растения питаются водой, воздухом, светом и в малой части почвой. Серия простых по современным меркам опытов привели их к понятию фотосинтеза - растения дышат. Световая фаза - "вдох", темновая - "выдох". Тимирязев доказал, что источником энергии для фотосинтеза служат преимущественно красные лучи спектра, на что указывает спектр активности фотобиологических процессов, где наиболее интенсивная полоса поглощения наблюдается в красной, и меньше – в сине-фиолетовой части (рис.1)[1]

На графике виден "провал" в области зеленой части спектра (500-600 нм), пик в сине-фиолетовой (400-500 нм) и желто-красной (600-750 нм) области.
Причем, в процессе фотоморфогенеза (формообразования, "урожайности") сине-зеленая составляющая часть солнечной радиации не участвует. Забегая вперед, можно сказать, что этот факт используется в современном тепличном хозяйстве в полной мере, посредством применения в качестве дополнительного источника освещения натриевых ламп высокого давления (типа Reflux 600), имеющих в спектре своего испускания подъем в области 550-700 нм. Далее мы подробно остановимся на этом виде ламп и на том, как этот факт используем мы.

рис. 1

Орхидеи в домашних условиях должны чувствовать себя комфортно, поэтому освещение для них желательно воспроизвести как можно точнее к природному. Необходимые условия достигаются комбинированием ламп, имеющих спектры испускания близкие к приведенным спектрам поглощения, в частности в областях 445 и 660 нм. Особенно это касается наших квартир, где большая часть суток свет является отраженным и лишь несколько часов (в лучшем случае) - прямым. Отраженный свет только для человеческого глаза - свет, растения же его почти не "видят". Это связано не только с малой интенсивностью отраженного света, но еще и "благодаря" явлению частичной поляризации (рис. 2).

Смысл его заключается в том, что луч света при отражении от неметаллических предметов претерпевает определенные фазовые изменения, характеризующиеся смещением цуга [3] световой волны отраженного и преломленного луча.

рис. 2

Люминесцентные лампы

Преимущества: невысокая стоимость, малая температура колбы (40-45 °С), широкий ассортимент.
Недостатки: малый (по сравнению с натриевыми и галогенными) световой выход, большие габариты.

	В лампах 965 цветности как Osram, так и Philips красный-желтый спектр представлен достаточно полно. Имея пик в зеленой области и цветовую температуру 6500К, лампы приближаются к естественному дневному свету. О чем, в свою очередь, говорит коэффициент цветопередачи 98 у Philips и 90 у Osram.
рис. 4
	Philips цветности 54 самостоятельно уже не может освещать растения, потому что красного в ней практически нет. Однако, присутствие точно "подогнанного" синего в области 440 нм, делает её незаменимой при комбинированном освещении. Цветовая температура её равна 6200К, что делает восприятие её свечения холодно-дневным.
рис. 5

Особо следует сказать про лампы Philips Reflex Super /80 New Generation 840 цветности. Это лампы с внутренним отражателем. На данный момент компания выпускает стандартные лампы Reflex NG только 830 и 840 цветности. Лампы той же цветности можно встретить у Osram и GE, но без отражателей. Спектры их свечения идентичны. Как видно из рисунка, точно передан синий, близок - красный и максимален зеленый, что придает свечению холодно белый оттенок.

рис. 6

Однако эти лампы хороши не только своими спектральными характеристиками. Основное их достоинство это мощный световой выход - на 170% превышающий простые люминесцентные лампы 840 цветности. Это стало возможным, благодаря специальному полупрозрачному внутреннему рефлектору.
Сторона такой лампы, обращенная к светильнику, нагревается значительно меньше, что позволяет слегка ослабить "давление" температуры внутри орхидариума. Они так же хороши в тех местах, где расстояние между источником света и "рабочей" поверхностью превышает 70 см.

рис. 7

Металлогалогенные и натриевые лампы

Преимущества: малые габариты, высокая экономичность и эффективность.
Недостатки: большая стоимость и температура колбы (220-240 °С).

Если не брать в расчет недостатки, среди дополнительных источников света, у этих ламп нет соперников. Они полностью удовлетворяют всем условиям культивирования растений.

Натриевые лампы так называются потому, что в процессе их горения участвуют молекулы обыкновенной соли. Спектр их свечения идентичен у всех производителей, и сдвинут в желто-красную область. Однако не все выпускают лампы с зеркальным покрытием. К чести отечественной конструкторской мысли, можно назвать лампы серии ДНаЗ Рефлакс лучшими в своем классе.

рис. 9

На рис. 10 весьма схематично изображен поперечный разрез колбы лампы ДНаЗ в самой широкой её части. Желтым - попытка продемонстрировать ход лучей внутри колбы и внешний "ореол" (речь о котором, пойдет ниже). Разработчики отказались от стандартной сферы, придав колбе двунаправленную параболическую форму; покрыли изнутри большую часть колбы амальгамой и получили самую эффективную натриевую лампу в мире. При одинаковой освещенности она экономичнее в 2-3 раза, а при тех же потребляемых мощностях рефлакс имеет световой выход в 2-3 раза выше своих не зеркальных собратьев. Большую часть своей продукции ООО "Рефлакс" отправляет в Голландию, Норвегию, Германию - освещать теплицы и оранжереи.

рис. 10

Вместе с тем, у Рефлакс на данный момент есть один эксплуатационный недостаток - её "пускатель". Рефлакс выпускают пока только с родным ПРА, а он не имеет защиты от преждевременного включения. Поэтому, во избежание выхода из строя ПРА, повторное включение следует делать только после полного остывания лампы, через 5-7 минут. Компания "Точка опоры" и ряд других работают над этой особенностью и в недалеком будущем появятся более совершенные ПРА для Рефлакса.
Если вас не волнует экономия средств на электроэнергии и эффективность освещения, вы можете остановиться на Son-T AGRO или её аналогах.

Последней разработкой Philips стала лампа Son-T AGRO. В ней по заявлению специалистов компании учтены все требования к искусственному освещению растений. Не смотря на то, что в Son-T AGRO и Рефлакс используются разные натриевые горелки, спектры их весьма похожи. Данная лампа может быть интересна пока для больших теплиц, поскольку выпускается лишь в 400 Вт исполнении. Для домашнего пользования можно приобрести её аналог - Son-T Plus, T или WLS.

рис. 11

Данная статья не имеет цели описать все лампы. Выбор пал на: 1. те, что можно без труда приобрести в магазинах; 2. те, чьи показатели максимально отвечают физиологии растений.

Здесь на одном примере будет уместно сказать несколько слов об аквариумных лампах, поскольку довольно часто вместо фито-ламп в магазинах и организациях, торгующих электротоварами, продавцы вам могут предложить аква-лампы, подтверждая свои слова цитатами из солидных каталогов.

На первый взгляд спектр лампы Philips Aquarelle 89 цветности напоминает Osram Fluora. Но если обратить внимание на максимум в области 440 нм и смещенную красную составляющую 615 нм, то можно с уверенность сказать, что эта лампа не годится для горшечных растений. Она имеет сильную синюю часть для того, чтобы, компенсировать спектральные характеристики воды и придать, тем самым, "естественность" освещения в аквариуме. Акварель хороша только для водяной флоры.

рис. 12

Специальные лампы.

Ультрафиолет.

Немного теории. Ультрафиолетовый диапазон волн бывает "дальним" 100-200 нм (нам до него дела нет, этот "свет" поглощается молекулами кислорода и до поверхности земли не достигает) и "ближним" 200-380 нм, который условно делят на 3 части.

УФ А - "полезный", с длиной волны от 320 нм. (по некоторым источникам 315нм), и до привычного "фиолетового" (напомню, он начинается от 380 нм). Этот ультрафиолет наименее интенсивен и, как следствие большой (относительной) длины своих волн, глубже всего проникает в ткани животных и растений. У человека, например, он участвует в создании витамина D [5], некоторые виды ящериц [6] его вообще видят, глазами, не говоря уже о том, что УФА стимулирует некоторые виды рептилий во время брачного периода.

УФ B - 280-320 нм. диапазон среднего ультрафиолета. Он вызывает не только преждевременное старение кожи человека и замедляет вегетативный рост большинства растений, но и несмолкающие споры о своем влиянии на биосферу. Благодаря УФВ, кстати, тилляндсия имеет красивые розовые цветоносы и розетки, из-за красноокрашенных каратиноидов, защищающих её от ультрафиолета (ирония природы :), а европейцы золотисто-коричневый цвет кожи во время летних отпусков. Чем ближе к границе с УФС (280 нм), тем смертоноснее лучи. Если мы лишимся озонового слоя, к слову сказать, то вполне ощутим на себе прикосновение УФВ, поскольку озон поглащает солнечную радиацию именно этого участка.

И, наконец, УФ С - "жесткий" ультрафиолет с длиной волны от 200 до 280 нм. Есть мнения [7], что на некоторых стадиях развития жизни на Земле, УФС весьма активно участвовал в создании ДНК, потому что спектр поглощения нуклеиновых кислот имеет пик в области 254 нм. Продемонстрируем это на рисунке 13.

Как видно из рисунка, с УФС связано не только начало жизни на Земле, но и при некоторых условиях, её конец. В диапазоне УФС, а именно 254 нм. излучают т.н. стерилизаторы - ртутные ультрафиолетовые лампы низкого давления, применяемые не только в медицине. Об этом подробнее.
Для того, чтобы убить, например, дизентерийную палочку [9] требуется доза УФ облучения в 8,8 мДж/см?, что примерно равносильно 4-х минутному кипячению, а, допустим, элементарный грибок "Красного ожога" Stagonospora, поражающего некоторые виды комнатных растений, потребуется около 1,5 мДж/см?, что по нашей "кухонной" шкале будет равно примерно одной минуте при температуре 70 градусов по Цельсию.

рис.13

Вирусы и бактерии - возбудители заболеваний орхидей, во-первых, потребуют гораздо больших (заведомо смертельных для растений) доз УФ облучения, а во-вторых, не смотря на то, что официально орхидеи не являются высшими растениями, они (в данном аспекте) весьма тесно ужились с окружающей их микрофлорой. Другими словами, избавляя своих любимцев с помощью ультрафиолета от болезней, вы лишаете их весомой части естественного обитания (если к тому времени не убъете их своей заботой).

Что делать, если "кварцеваться" очень хочется или всерьёз одолели болезни?
На мой взгляд, дезинфицировать следует отдельно субстрат, отдельно помещение (флорариум) и отдельно растение. Конечно, используя для этого разные инструменты и методы обеззараживания. Если вы хотите использовать УФ для стерилизации орхидариума, то:
1.Выньте и оградите от света УФ лампы плотной ширмой ВСЕ растения из флорариума ДО обработки.
2.Покиньте помещение и не допускайте в него ни людей, ни животных.
3.Используйте только специализированные лампы, например серии Ultramed 400.
4.Разместите лампу так, чтобы ближайшее стеклянный или пластиковый предмет находился не ближе 50 см.
5.В подсчете времени обработки руководствуйтесь следующими цифрами: 2-3 минуты на 1 куб.м. объема.

УФ лампы.

Лампа с "черной" колбой HQV 125, вкручивающаяся в обыкновенный патрон или люминесцентная L 18 / 73, используется для визуальных спецэффектов в театрах и танцевальных клубах. Она "горит" узким лучём в пограничном с видимым светом диапазоне УФА, за счет чего и возникают весьма неожиданные эффекты света и цвета. Один из них - просвечивание белого нижнего белья, сквозь НЕ белую ткань платья или рубашки.
Как борец с вредителями, этот юнит бесполезен.

рис.15

Philips "ультрафиолетовые" лампы выпускает в "люминесцентном" и компактном исполнении.
Для домашнего и профессионального солярия данный brand предлагает лампы под общим названием Cleo. Например, Cleo (15-25)W SR. Последние две буквы означают улучшенное отражение (super reflex). На рис.19 видно, что спектр испускания этих лапм на 80% находится в УФА диапазоне, и лишь небольшим "всплеском" своей активности касается значения 320 нм. Это говорит, что cleo практически ничем не отличается от Osram L40/79K

рис.19

По мнению некоторых флористов данная цветность (08) наряду с Osram HQV 125 и др. может быть применена для освещения тилляндсий. Для остальных видов я рекомендовал бы эксперимент - перед применением опробывать на отдельно взятом растении. Потому что на мой взгляд черные лампы для растений это слишком!
Однако, если Вам захочется включить в освещение своих безмолвных питомцев ультрафиолетовую лампу, я порекомендовал бы маломощную 79-ю цветность Osram или Cleo от Philips.

Комбинирование ламп.

У всех коллекционеров орхидей и флористов свои условия содержания растений, и описать возможные случаи будет непросто. Мы остановимся на двух вариантах.
1. Растения содержатся на "открытом" пространстве, например, в специально оборудованном помещении, где нет опасности превысить температурный максимум.
2. Растения находятся в замкнутом объеме. Это может быть стационарный или настольный флорариум, где повышены требования к температурному режиму.

Лучшим сочетанием освещения для псевдооткрытого пространства является ДНаЗ Рефлакс и Osram HQI-T 250/D или Philips Reflex Super /80 New Generation. Первая благодаря своей экономичности и спектральным характеристикам, вторая как, идеальный заменитель "дневного" света.
В замкнутом пространстве, безусловно - Osram Fluora и Philips цветности 54 в соотношении 2:1 (почему так? см. рис. 12) или Philips Reflex Super /80 New Generation. Последняя, как упоминалось ранее, имеет лучшие температурные характеристики и световой выход. С этой лампой соотношение красного и белого можно свести к пропорции 3:1, т.е. на три Fluora - одну Reflex. Если в вашем увлечении комнатными цветами присутствует декоративность, то лучше всего использовать лампы только 965 цветности. Они как нельзя лучше передают естественные краски растений и в то же время, имеют много красного.

Количество света.

Согласно [2] объем суточной радиации при 8-10 часовом режиме освещения составляет 300-350 ккал/м² и 200-250 при 18-и часовом. Другими словами, если вы не добираете освещенности, можно сократить темновой период. С другой стороны, мощность солнечной радиации не одинаково на всем протяжении спектра (рис. 23) [1].

На синем (400-500 нм) участке видимого диапазона в интегральном исчислении она равна 120 Вт/м²,на зелёном (500-600 нм) - 190 Вт/м² и на красном (600-700 нм) - 240 Вт/м². Конечно, это не те "ваты", которыми измеряется потребляемая мощность ламп, и нет смысла приводить здесь формулы перевода мощности солнечной радиации в мощность ламп. Нам в данном случае более важны относительные величины.

рис. 23

Итак, про зеленый участок можно забыть, тем более, что окончательно с ним расстаться нам не позволят спектры испускания ламп. Главное, что синего в освещении должно быть в два раза меньше красного. Вот почему при комбинировании освещения основной упор необходимо делать на Osram Fluora и натриевые лампы, отводя синим или "дневным", роль достаточного освещения.

Последний, принадлежит натриевой лампе, это очевидно. Сиреневый же есть результат смешения синего и красного. Справа я попытался смоделировать искомый цвет. В результате недолгих проб инструментами Macromedia flash 5.0 получилась данная фигура, где синий квадрат имеет 20% прозрачность цвета (интенсивность цвета), красный - 40% (т.е. в два раза интенсивнее). Пересечение цветов практически не отличается от загадочного света на стеллаже. Кстати, на правой стороне слабо розовый свет (хорошо виден на правой верхней полке) принадлежит, скорее всего, лампе Silvania AquaStar. Она похожа Osram 77 цв., но красного в ней значительно меньше.
Вывод: орхидеи будут расти при любом освещении, если его много. Но лучшие показатели вегетативного роста ,фотосинтеза и цветения растений в искусственной среде, следует ожидать от комбинированного освещения.

Много света это сколько?
Теория говорит, что для орхидей освещенность желательно иметь в пределах от 2000 Lx до 5000 Lx.
В солидных фирмах, специализирующихся на освещении, бытует программа по расчету освещенности CalcuLux 4.0. Судя по отзывам, она достаточно точна потому что учитывает массу показателей, таких как: высота источника света от освещаемой поверхности, освещаемая площадь, вид светильника, марка лампы, наличие естественной подсветки, тип помещения и его назначение и пр. Для одного из своих изделий (Beaver) я попытался определить освещенность с помощью данной программы, и вот что у меня получилось.

На этом рисунки изображен график распределения освещенности. Черным показаны оси ламп. Из рисунка видно, что несколько люминесцентных ламп ведут себя, как одна, образуя в центре "пятно" максимальной освещенности. Закономерно утверждение: если в орхидариуме нет дополнительной подсветки, то самая высокая освещенность будет в центре.

рис. 25

В цифрах тот же рисунок выглядит так (черным показан 1-й сектор, в остальных секторах - оранжевым, числа симметричны).
Освещение "Бобрёнка" состоит из 7 люминесцентных ламп (4 Fluora и 3 Reflex 840 цв.) Программа рассчитывала освещенность, исходя из реальных размеров и материалов. Освещаемая поверхность находится на высоте 40 см. или в 25 см. от поверхности пола орхидариума.
Как видно из рисунка в центре у нас получилось в 5520 Lx, по углам - 2440 Lx.
Исходя из этого, можно сделать очередной вывод по размещению растений. Для того, чтобы растения получали одинаковое количество света лучше всего располагать их в виде параболы или амфитеатра, размещая высокие растения по краям, низкие ближе к середине.

рис. 26

Очень мне нравится сравнивать теоретические выкладки с практическими результатами.
Люксметр Ю-116 (большое спасибо А. Л. Соболеву) измеряет освещенность в пределах от 0 до 100000 Lx с погрешностью 0,1%. Действующие лица и условия те же: орхидариум Beaver; 7 ламп; 40 см. от пола. Результаты получились немного другие.
Во-первых, не так ярко выражена "монолитность" ламп. Другими словами, величина освещенности реального, а не виртуального орхидариума не так сильно зависит от расстояния до центра, и не имеет такой блюдцеобразной формы. Скорее всего, это прямоугольник со скругленными краями.
Во-вторых, цифры. В центре я получил 4500 Lx (вместо 5520), по краям примерно 3500 Lx (вместо 2440). Реальная освещенность равномернее теоретической.
Все действия с орхидариумом я проводил у себя дома. Это комната площадью 12 кв.м., со светлыми стенами и люстрой с лампами накаливания суммарной мощностью 120 Вт. Так вот, я наблюдал парадоксальное явление. При включении люстры, освещенность внутри орхидариума понижалась (!?) на доли процента.
И, наконец, комбинировать освещение можно только лампами с одинаковым световым выходом. Проще говоря, например, если вы используете лампы разной мощности, то слабые нужно подвешивать ниже. И наоборот, сильные - выше. И с другой стороны, если нет возможности варьировать высотой подвески, лампы следует подбирать с одинаковым световым потоком, узнать который можно из каталога при покупке или здесь, но чуть позже.

Результаты замера светового потока лампы Рефлакс хорошо иллюстрируются на графиках распределения силы света. На 27 рисунке изображен график с широким КСС. Это значит, что на высоте около 30 см. и в круге радиусом около (70+70) 140 см. освещенность будет одинакова и равна "паспортной". Например, для Рефлакса 150 Вт она равна 14000 Lx. Опустив люксметр на уровень 1 метра, мы получили освещенность в 2500 Lx, т.е. почти в 6 раз ниже.
Рефлакс с широким КСС хорош для больших площадей и малых высот подвески, и обозначается он просто, допустим, Reflux 150.

рис. 27

А вот так выглядит КСС лампы уже известной нам Reflex Super /80 New Generation 840. Поскольку колба у лампы круглая, то и форма кривой приближается к форме окружности. Однако, отражающий слой, нанесенный на внутреннюю поверхность лампы, сместил центр графика за пределы стеклянной колбы, увеличив тем самым (как отмечалось ранее), общий световой поток.
В каждом конкретном случае, кривая распределения силы света будет, конечно, не такой, как на рисунках. Во многом потому, что она зависит прежде всего от светильника, используемого с конкретной лампой. КСС светильников тоже приведены в каталогах, но это уже область знаний, выходящая за пределы темы данной статьи.

рис. 29

Например, если вы решили выращивать орхидеи на подоконнике плошадью 0,3 кв.м. и под рукой у вас имеются лишь российские люминесцентные лампы, то возьмите 0,3 (площадь подоконника) х 350 (коэффициент "полезности" люминесцентных ламп) : 40 (мощность 1 люминесцентной лампы) = 2 шт., вставьте их в открытый светильник, разместите светильник на высоте 25 см. от самого высокого растения, и ваши любимцы будут чувствовать себя превосходно.

Используемые источники информации.

1. Рождественский В.И., Клешин А.Ф. "Управляемое культивирование растений в искусственной среде".
2. Хит О. "Фотосинтез".
3. И.В. Савельев, Курс общей физики. Оптика. М., 2002, стр 193.
4. Каталоги светотехники: ООО "Рефлакс", Osram 2002г., Philips 2002г., GE Lighting 2000г., Silvania 2000г.
5. http://leginchenko.narod.ru/Eto_interesno/Ozon.htm
6. Васильев Д.Б. Искусственное освещение и ультрафиолет http://www.veterinar.ru/articles/list.html
7. Томсинский В. Сотворение или эволюция? http://emmanuel.org.ua/Literatures/books/br00024.html
8. Шлегель Г. Общая микробиология, М., Мир, 87г. стр.446
9. В. М. Бутин и соавторы. Обеззараживание питьевой воды УФ излучением, http://www.npo.lit.ru/

	Бесспорный лидер среди люминесцентных фито ламп - Osram Fluora 77 цветности. Весьма точно переданы максимумы в синей и красной областях. Внешнее свечение лампы имеет насыщенно розовый оттенок.
рис. 3

	И, наконец, лампы серии Ultramed 400 (1000 и 2000 - мощность) могут вполне послужить вам стерилизаторами флорариумов и помещений. Внимание! Лампы серии Ultramed опасны для здоровья, и обращение с ними требует специальной подготовки.
рис.16


рис.17	рис. 18

Фитосвет