Энергосберегающая, абсолютно безопасная, компактная, с большим сроком службы. Таким характеристикам отвечает новый светодиодный фитооблучатель, разработанный учёными Мордовского университета совместно с одним из светотехнических предприятий Мордовии. В условиях учебного процесса команда только при помощи лампы вырастила огурцы в лабораторной аудитории, которую на время переоборудовали в подобие теплицы. По размеру и вкусовым качествам урожай ничем не уступает тому, который получается в том же «Тепличном». А вот процесс освещения иной. Обо всех тонкостях поговорили с кандидатом технических наук, заведующим кафедрой светотехники института электроники и светотехники Мордовского университета имени Н.П. Огарёва Алексеем Горбуновым.

 «Сам светильник изготовлен на местном предприятии по той методике, что придумана нашими преподавателями, студентами-лаборантами и специалистами завода. Первые опытные образцы нам предоставили для того, чтобы проверить адекватность непосредственно на растении. За образец мы взяли огурцы. И вот, в течение 50 суток специальная команда следила за тем, что получается из семечка под нашей запатентованной чудо-лампой», – отметил Алексей Горбунов.

 

Фитоустановка представляет собой несколько светодиодных светильников. Они спроектированы и расположены так, что в них чередуются лампы различного цвета: белая, красная, синяя, а также светодиоды дальнокрасного спектра. «Оптика позволяет фокусировать излучение от светодиодов в пространстве именно так, чтобы площадь посадки растений равномерно заполнялась светом, – рассказывает заведующий кафедрой, – и ещё одним преимуществом является программное обеспечение. Здесь есть специальная оснастка, которая позволяет в процессе выращивания культуры менять спектр освещения. Это необходимо для развития растения. В разные периоды жизни – от двух листочков до вытянутой лианы стебля, завязи и готового овоща, в каждый вегетативный период – нужен свой цветовой спектр».  

Другое преимущество установки в том, что она полностью состоит из светодиодов. В тех же разрядных источниках света, например, натриевых лампах, которые используются на современных тепличных комбинатах, присутствуют вредные и взрывоопасные вещества, а высокая температура накаливания лампы часто приводит к ожогам во время уборки урожая. Здесь есть функция охлаждения подложки светодиода, что делает технологию абсолютно безопасной и по многим пунктам превосходящей натриевые лампы. 

«Установка энергосберегающая, довольно компактных размеров. Сам светодиод обладает высоким сроком службы – если это не заводской брак, вам не понадобится его замена. В то же время спектр освещения максимально приближен и к естественному источнику света – солнцу, и к тем же натриевым лампам, которые превосходит за счёт функции управления спектром».

 

 В современных теплицах применяются несколько видов ламп. Выше упомянутые натриевые обладают одним цветовым спектром, пригодным для плодоношения. У них хорошая светоотдача до 130 Лм/Вт, при этом температура внутренней трубки в них достигает 1300°С, а наружная колба свободно разогревается до 400°С. Потому приходится рассчитывать освещение с учётом расстояния от лампы до побегов. 

 Ртутные лампы уступают натриевым по мощности. Они выделяют свет за счёт ионизации паров ртути, и в случае разгерметизации колбы вредное вещество моментально окажется в окружающем пространстве. Соответственно в пищу такие плоды употреблять будет нельзя. Зато ртутные лампы легче установить и эксплуатировать. 

 Металлогалогенные лампы подходят для выращивания рассады. Их применяют в теплицах до того, как культуры входят в стадию активного роста. Дорогостоящие и быстро выходят из строя.  

 Светодиодные лампы считаются универсальными, так как подходят и для всходов семян, и для дальнейшего развития растения и плодоношения. Обладают отличной светоотдачей – до 120 Лм/Вт, при низком потреблении электроэнергии. В зависимости от установленных в них кристаллов способны выдавать любые диапазоны спектра. К тому же светодиодные лампы способны светить около 30 тысяч часов без перерыва. 

 Галогенные – это разновидность газоразрядных ламп, в колбах которых содержатся пары брома и йода. Подходят для локального освещения теплицы, их монохромное свечение имитирует солнечный свет. Но если на «галогенку» попадёт капелька влаги или до неё кто-то дотронется рукой, быстро выходит из строя.

 Люминесцентные лампы, по сравнению с лампами накаливания, служат дольше, но тоже узко применимы. Их спектр подходит для роста рассады, а также укрепления побегов. Но такие приборы тоже содержат в себе пары ртути.

 

Эксперимент 

с огурцами

 В условиях учебной лаборатории преподаватели и студенты выращивали огурцы в трёх разных боксах. При этом ежедневно делали записи о том, как меняется растение под воздействием ламп. Потому что, в отличие от теплиц, где в дневное время суток огурцы растут под естественным солнечным светом, а ночью под газоразрядными светильниками, здесь круглосуточно применялись только светодиодные фитоустановки. 

 «Мы контролировали параметры, – продолжает рассказ Алексей Горбунов, – влажность и температуру воздуха в боксе, постоянный питательный состав для полива растения, а также световые характеристики лампы. Студенты вели дневник, куда записывали измерения: толщину стебля, количество листьев, высоту растения, размер листьев, длину и вес выросшего огурца. Эти характеристики сравнивали между тремя боксами, поскольку в каждом из них были заданы разные световые характеристики лампы. Это необходимо для того, чтобы выявить максимально благоприятный для растения спектр излучения света».  

 Обычно в светильниках используют только два цвета светодиодов – синий и красный. Здесь же идёт добавление дополнительных цветов, которые вместе при достаточно низкой температуре на кристалле работают в оптимальном режиме мощности. 

 «Мы выращивали огурец сорта «Святогор» – среднеплодный, бугорчатый, высокоурожайный. Данная культура активно применяется в теплицах, в том числе и в Саранске такой выращивают. Он достаточно неприхотливый, стойкий к различным воздействиям. Плюс мы его выращиваем не в земле, без гидропоники. Технология не новая, скажем, но довольно эффективная – минеральная вата. Берётся специальный кубик, куда помещаются семена до определённого состояния, затем эти кубики вставляются в так называемые «маты» с минеральной ватой, чтобы корневая система укреплялась и распространялась в сам «заменитель почвы». Таким образом мы не даём растению «болеть» и оно быстро развивается». 

 

 В рамках программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» родился этот мордовский проект, ставший продолжением стратегической программы «Фотоника, функциональная электроника, цифровые решения и искусственный интеллект». Недавно МГУ имени Н.П. Огарёва получил патент на своё изобретение. Это позволит поставить производство светодиодных фитоламп на поток с дальнейшей реализацией в тепличные хозяйства. 

 «Установка уже выпускается под заказ нашим индустриальным партнёром, – отмечает ректор вуза Дмитрий Глушко, – одним из крупнейших предприятий по производству световых приборов республики. Мы нацелены на импортозамещение.  Наши инновационные фитооблучатели будут способствовать повышению эффективности тепличных хозяйств, а также качества обеспечения населения овощными культурами. Такое преимущество, как урожайность, позволяет повысить интерес к работе наших учёных в сельскохозяйственной отрасли. За рубежом уже много таких выпускают, но наша в России первая. Причём её можно применять не только для выращивания огурцов в закрытых помещениях». 

За два с небольшим года учёным мордовского вуза, совместно с производителями светильников, удалось достичь желаемого результата. А именно – вырастить в лаборатории огурец «Святогор», не уступающий по размерам и вкусовым качествам тому, который рос в открытом грунте. 

 «Проведённые исследования по влиянию спектрального состава излучения на растения говорят о том, что квазимонохроматический спектральный состав излучения не полностью раскрывает заложенный в растениях потенциал. Наша совместная разработка позволяет в любой момент времени корректировать спектр облучения растения. С помощью технических решений и программных средств можно управлять уровнем облучения каждого цветового канала светодиодов, тем самым расширить потенциал применения разработки для практически любой овощной и зелёной культуры», – заключил Алексей Горбунов. Иными словами, под фитооблучателем при определённых заданных параметрах можно будет выращивать томаты, баклажаны, перец, салат и так далее. 

 Но вернёмся к огурцам. Обычно длина плода «Святогора» составляет около 21 сантиметра. При сочетании цветовой палитры светодиодов в последовательности синий – холодный белый – дальне-красный – красный, а также с использованием нужной частоты излучения, здесь смогли получить качественный стебель, мясистые листья, отличную завязь и в итоге красивый пупырчатый, а главное, очень вкусный огурец.