Lumière et les plantes, les différentes plantes de maison.

Lumière et les plantes, les différentes plantes de maison.

Watts, Lumens, Photons et Lux

Comme l’importance de la lumière artificielle dans l’industrie croissante des plantes a augmenté, les fabricants de lampes ont commencé à lampes de taux spécifiquement pour les besoins des plantes.Cet article décrit et compare les différentes mesures de " niveau de lumière" qui sont actuellement utilisés pour la croissance des plantes et des applications hydroponiques. Le niveau de lumière est l’une des variables importantes pour optimiser la croissance des plantes, d’autres étant qualité de la lumière, l’eau, le dioxyde de carbone, des nutriments et des facteurs environnementaux. L’annexe décrit une approche étape par étape pour l’élaboration d’une mise en page d’éclairage simple en utilisant les évaluations PAR watts de sources lumineuses.

Au cours des dernières années, il est devenu de plus en plus rentable d’utiliser des lumières artificielles pour aider la croissance des plantes. les coûts d’éclairage et les lampes sont devenus moins chers, et les sources de lumière très efficaces sont maintenant disponibles dans les hautes puissances. Ces développements ainsi que la capacité de préserver et de plantes de transport et de produire ainsi que de nouveaux produits spéciaux à la demande d’aujourd’hui ont donné lieu à un marché lucratif pour les produits hydroponiques, qui est, les produits cultivés sans sol.

La lumière artificielle peut être utilisé pour la croissance des plantes de trois façons différentes:

    1. Pour fournir toute la lumière une plante a besoin pour grandir
    2. Pour compléter la lumière du soleil, surtout pendant les mois d’hiver, lorsque les heures de jour sont courtes.
    3. Pour augmenter la longueur de la "journée" afin de déclencher la croissance et la floraison spécifique.

    PAR et la réponse des plantes Curve

    Tout comme les humains ont besoin d’une alimentation équilibrée, les plantes ont besoin, de la lumière à spectre complet équilibré pour une bonne santé et une croissance optimale. La qualité de la lumière est aussi importante que la quantité. Les plantes sont sensibles à une partie similaire du spectre est l’oeil humain. Cette partie du spectre de la lumière est appelée radiation photosynthétiquement active ou FER, à savoir environ 400 à 700 nanomètres de longueur d’onde. Néanmoins, la réponse des plantes à l’intérieur de cette région est très différente de celle de l’homme.

    L’œil humain a une sensibilité de pointe dans la région jaune-vert, autour de 550 nanomètres. C’est le "optique jaune" couleur utilisée pour les signes et les objets très visibles. Les plantes, d’autre part, de répondre plus efficacement à la lumière rouge et la lumière bleue, le pic étant dans le rouge à environ 630 nanomètres. Les graphiques ci-dessous montrent la courbe de réponse de l’oeil humain et la courbe de réponse de la plante. Notez la grande différence dans les contours.

    Dans la même graisse façon fournit les calories les plus efficaces pour les humains, la lumière rouge fournit la nourriture la plus efficace pour les plantes. Cependant, une plante éclairée seulement par la lumière rouge ou orange ne parviendra pas à développer suffisamment en vrac. la croissance feuillue (croissance végétative) et en vrac exigent également la lumière bleue. De nombreux autres processus complexes sont déclenchés par la lumière nécessaire à partir de différentes régions du spectre. La partie correcte du spectre varie d’une espèce à. Cependant, la quantité de lumière nécessaire à la croissance et la santé des plantes peut être mesurée, en supposant que toutes les parties du spectre sont couverts de manière adéquate. Lumière pour les plantes ne peut pas, cependant, être mesuré avec les mêmes normes utilisées pour mesurer la lumière pour l’homme. Quelques définitions de base et distinctions suivent qui sont utiles pour déterminer les moyens appropriés pour mesurer la quantité de lumière pour la croissance des plantes hydroponique.

    Lumière de mesure pour les humains: Lumens et Lux

    Tout d’abord, comment mesurer la quantité de lumière pour les humains? La façon évidente est basée sur la luminosité de la source apparaît et comment "bien" l’œil voit sous la lumière. Depuis l’oeil humain est particulièrement sensible à la lumière jaune, plus de poids est donné à la région jaune du spectre et les contributions de la lumière bleue et rouge sont largement écartée. Ceci est la base de la notation du montant total de la lumière émise par une source en lumens.

    La lumière émise par la source est ensuite répartie sur la zone à éclairer. L’éclairage est mesurée en "lux", Une mesure de combien de lumens tombe sur chaque mètre carré de surface. Un éclairage de 1000 lux implique que 1000 lumens tombent sur chaque carré mètre de surface. De même, "pieds-bougies" est le terme pour la mesure de combien de lumens tombent sur chaque carré pied de surface.

    De toute évidence, les deux lumières et lux (ou pieds-bougies) se réfèrent spécifiquement à la vision humaine et non pas à la façon dont les plantes voient la lumière.

    Comment alors la note pour l’éclairage de la centrale devrait être accompli? Il existe deux approches de base pour développer cette note: mesurer l’énergie ou le comptage des photons.

    PAR Watts pour les plantes

    Watts est une mesure objective de l’énergie utilisée ou émise par une lampe à chaque seconde. L’énergie elle-même est mesurée en joules, et 1 joule par seconde est appelé un watt. Une ampoule à incandescence de 100 watts utilise jusqu’à 100 joules d’énergie électrique à chaque seconde. Combien de lumière l’énergie est-elle génère? Environ 6 joules par seconde ou 6 watts, mais l’efficacité de la lampe est seulement 6%, un nombre assez lamentable. Le reste de l’énergie est dissipée principalement sous forme de chaleur. lampes à décharge modernes comme sodium haute pression (HPS) et converti aux halogénures métalliques (typiquement) 30% à 40% de l’énergie électrique en lumière. Ils sont beaucoup plus efficaces que les ampoules à incandescence.

    Comme les plantes utilisent l’énergie entre 400 et 700 nanomètres et la lumière dans cette région est appelée rayonnement photosynthétiquement actif ou PAR, nous avons pu mesurer la quantité totale d’énergie émise par seconde dans cette région et l’appeler watts PAR. Ceci est une mesure objective contrairement aux lumens qui est une mesure subjective, car il est basé sur la réponse des patients (humains). watts PAR indique directement la quantité d’énergie de la lumière est disponible pour les plantes à utiliser dans la photosynthèse.

    La sortie d’une ampoule à incandescence de 400 watts à environ 25 watts de lumière, une lampe aux halogénures métalliques de 400 watts à environ 140 watts émettant de la lumière. Si PAR est considérée comme correspondant plus ou moins à la région visible, une lampe aux halogénures métalliques de 400 watts fournit environ 140 watts de PAR. A lampes HPS 400 watts a moins PAR, généralement de 120 à 128 watts, mais parce que la lumière est jaune, il est évalué à lumens plus élevés (pour l’oeil humain).

    "Éclairage" pour les plantes est mesurée en watts par mètre carré PAR. Il n’y a pas de nom spécifique pour cette unité, mais elle est appelée "irradiance" et écrit, par exemple, que 25 watts / mètre carré ou 25 w / m 2.

    Un autre moyen de mesurer la quantité de lumière pour la croissance des plantes implique la compréhension que la lumière est toujours émise ou absorbée par paquets discrets appelés "photons." Ces paquets ou photons sont les unités minimales de transactions énergétiques impliquant la lumière. Par exemple, si une certaine réaction photosynthétique se produit par absorption d’un photon de lumière, alors il est raisonnable de déterminer le nombre de photons sont en baisse sur la plante chaque seconde. En outre, étant donné que seuls les photons dans la région PAR du spectre sont actifs dans la création de la photosynthèse, il est logique de limiter le nombre de photons PAR. Une lampe pourrait être évaluée sur le nombre de photons minuscules réels qu’il émet chaque seconde. À l’heure actuelle, aucun fabricant de la lampe ne présente note.

    Au lieu de cela, les biologistes des plantes et des chercheurs préfèrent parler du flux de photons qui tombent chaque seconde sur une surface. Ceci est la base du PPF PAR avec PPF debout pour photosynthétique Photon Flux, un processus qui compte en fait le nombre de photons par seconde chute sur un mètre carré de surface. Puisque les photons sont très petites, le nombre représente un grand nombre de photons par seconde, mais le nombre fournit une comparaison significative.

    Une autre mesure appropriée pour la croissance des plantes, appelée YPF PAR ou Rendement Photon Flux, prend en compte non seulement les photons, mais aussi dans quelle mesure ils sont utilisés par la plante. Puisque la lumière rouge (ou photons rouges) sont utilisés de manière plus efficace pour induire une réaction de photosynthèse, YPF PAR donne plus de poids aux photons rouges basés sur la courbe de sensibilité de la plante.

    Puisque les photons sont très petits paquets d’énergie, plutôt que se référant à 1,000,000,000,000,000,000 photons, les scientifiques utilisent traditionnellement la figure "1,7 micromoles de photons" désigné par le symbole "mol." Un mol signifie 6 x 10 17 photons; 1 mole signifie 6 x 10 23 photons. Irradiance (ou illumination) est donc mesurée en watts par mètre carré ou en micromoles (de photons) par mètre carré par seconde, en abrégé mol.m -2 .s -1

    L’unité "einstein" est parfois utilisé pour faire référence à une mole par mètre carré par seconde. Cela signifie que chaque seconde un 1 mètre carré de surface dispose de 6 x 10 23 photons tombant sur elle. les niveaux d’éclairement pour la croissance des plantes peuvent donc être mesurés dans des micro-einstein ou PAR watts / m². mètre.

    Ces trois mesures de rayonnement photosynthétiquement actif, PAR watts par mètre carré, PPF PAR et YPF PAR sont tous légitimes, bien que différentes, des façons de mesurer le rendement lumineux des lampes pour la croissance des plantes. Ils ne concernent pas la courbe de réponse de l’oeil humain, qui est sans importance pour les plantes. Depuis la réponse des plantes ne "répandre" au-delà des limites de 400 nanomètres et 700 nanomètres, certains chercheurs se réfèrent à la 350 &# 150; 750 nanometres région en tant que région PAR. L’utilisation de cette région élargie conduira à des notations PAR légèrement gonflés par rapport à l’approche plus conservatrice dans cette discussion. Toutefois, la différence est faible.

    Les plantes qui reçoivent des niveaux de lumière insuffisantes produire plus petit, plus longue (par rapport à l’échelle) laisse et avoir un poids global inférieur. Les plantes qui reçoivent des quantités excessives de lumière peuvent se tarir, de développer des points de croissance supplémentaires, devenir blanchi par la destruction de la chlorophylle, et afficher d’autres symptômes de stress excessif. Les plantes sont également endommagés par la chaleur excessive (infrarouge) ou un rayonnement ultraviolet extrême (UV).

    Dans la gamme acceptable, cependant, les plantes réagissent très bien à la lumière de leur taux de croissance étant proportionnelle à des niveaux d’éclairement. Le rendement quantique relatif est une mesure de la probabilité que chaque photon est de stimuler une réaction chimique photosynthétique. La courbe de rendement quantique relative par rapport à la longueur d’onde est appelée la courbe de réponse photosynthétique des plantes, comme indiqué précédemment dans cette section.

    Il est également possible de tracer une courbe montrant l’efficacité de l’énergie dans les différentes régions du spectre dans la production de la photosynthèse. Le fait que les photons bleus contiennent plus d’énergie que les photons rouges devrait être pris en considération, et la courbe résultante pourrait être programmée dans les sphères de photométrie pour mesurer directement "lumens des plantes" des sources de lumière au lieu de "lumens humaines." Cela est susceptible de se produire à un moment donné dans l’avenir. En fait, les fabricants comme Venture Lighting International fournissent notes PAR watts pour leur Sunmaster ligne de lampes conçues pour le marché de la croissance des plantes.

    Le principal ingrédient de plantes qui est responsable de la photosynthèse est la chlorophylle. Certains chercheurs ont extrait la chlorophylle des plantes et étudié sa réponse à différentes longueurs d’onde de la lumière, estimant que cette réponse serait identique à la réponse photosynthétique des plantes. Cependant, il est maintenant connu que d’autres composés (caroténoïdes et phycobilines) se traduisent également par la photosynthèse. La courbe de réponse de la plante, par conséquent, est une sommation complexe des réponses de plusieurs pigments et est un peu différente pour les différentes plantes. Une moyenne est généralement utilisé qui représente la plupart des plantes, bien que les plantes peuvent varier par autant que 25% de cette courbe. Bien que les lampes HPS et incandescentes sont fixés dans leur sortie spectrale, des lampes aux halogénures métalliques sont disponibles dans une large gamme de températures de couleurs et sorties spectrales. Avec cela à l’esprit, le producteur de discrimination peut choisir une lampe qui fournit la meilleure sortie spectrale pour ses besoins spécifiques.

    En plus de la photosynthèse, ce qui crée la croissance de la matière, plusieurs autres actions de plantes (telles que la germination, la floraison, etc.) sont déclenchés par la présence ou l’absence de lumière. Ces fonctions, largement classées comme photomorphogenèse, ne dépendent pas beaucoup sur l’intensité, mais sur la présence de certains types de lumière au-delà des niveaux de seuil. Photomorphogenèse est contrôlé par les récepteurs appelés phytochrome, cryptochrome, etc. et les fonctions de plantes différentes sont déclenchées en réponse à infra rouge, bleu clair ou UV.

    Plantes "voir" lumière différemment que les êtres humains font. Par conséquent, lumens, lux ou candelas ne doivent pas être utilisés pour mesurer la lumière pour la croissance des plantes, car ils sont des mesures utilisées pour la visibilité humaine. Des mesures plus correctes pour les plantes sont watts PAR, PPF PAR et YPF PAR, bien que chacun en lui-même ne dit pas toute l’histoire. En plus de la quantité de lumière, les considérations de qualité sont importants, puisque les plantes utilisent l’énergie dans les différentes parties du spectre pour les processus critiques.

    Concevoir une mise en page d’éclairage simple

    Étape 1. Déterminer les niveaux d’éclairement requis dans PAR watts / mètre carré

    Qu’est-ce qu’un "bien" niveau de l’éclairage pour la croissance des plantes? Ce niveau dépend d’un certain nombre de facteurs, y compris le type de plante, le stade de cycle de croissance, la réponse à l’augmentation des niveaux de lumière, entre autres. Recommandations proposées dans les brochures techniques ou d’articles doivent être traités comme des indications approximatives. Au sein d’une large gamme, les plantes poussent plus vite avec plus de lumière; par conséquent, le coût de l’énergie électrique par rapport au bénéfice de plus rapide ou plus la croissance joue un rôle.

    Depuis une lampe à variations, l’amortissement de la lumière sur la vie, la dégradation de l ‘appareil de la saleté et de la ligne des fluctuations de tension tous contribuer à la variabilité, le calcul à trois décimales est inutile!

    A titre d’exemple, si une brochure technique spécifique recommande une irradiance PPF PAR de

    400 mol.m -2 .s -1 pour vos plantes, le tableau ci-dessous montre que vous avez besoin d’environ 85 watts PAR / mètre carré. Les facteurs de conversion entre PPF PAR, PAR Watts et lux dépendent de la source lumineuse. Par exemple, une lampe HPS de 400 watts a plus de lumens qu’une lampe aux halogénures métalliques de 400 watts, mais moins PAR watts. En fonction de la température de couleur de la lampe aux halogénures métalliques, il peut y avoir de petites variations dans les facteurs de conversion.

    Le tableau ci-dessous fournit des lignes directrices générales pour les sources de lumière aux halogénures métalliques. Les facteurs de conversion pour les sources HPS sont semblables, sauf que les niveaux de lux ou pied-bougie environ 10% plus élevées sont nécessaires pour atteindre le même watts PAR / mètre carré.

    Les facteurs de conversion pour les sources d’halogénures métalliques typique

    niveau d’éclairage typique (peut varier considérablement en fonction de l’application)

    PAR Watts / m². mètre

    Pour une discussion plus technique des facteurs de conversion entre les différents types de sources lumineuses, consultez Langhans et Tibbits, "Croissance des Plantes Chambre Handbook", Publication régional de recherche North Central No. 340, Iowa State University (1997). Sachez que la technologie a amélioré l’efficacité et de sources de lumière a avancé, les chiffres donnés il y a quelque peu dépassée. En outre, l’article fait référence aux halogénures métalliques comme une source de lumière standard avec une sortie spectrale spécifique. En réalité, l’halogénure de métal est un nom générique et presque tout type de signal spectral peut être fournie par une lampe aux halogénures métalliques conçus sur mesure.

    Étape 2. Ensuite calculer (ou mesure) la zone que vous souhaitez éclairer en mètres carrés.

    Exemple: Pour 12 mètres d’une zone x 6 mètres, cette = 72 mètres carrés..

    Étape 3. Zone x requis PAR watts par mètre carré = total watts PAR requis

    Total des watts PAR requis = 85 watts PAR / sq. mètres x 72 mètres carrés. mètres = 6120 watts PAR

    Étape 4. watts Estimation PAR nécessaires à la source (généralement 50% plus élevé que dans l’étape 3)

    Si la moitié de la lumière est perdue dans le luminaire, les murs, etc. deux fois plus de watts PAR sont nécessaires à partir de la source. Si 1/3 de la lumière est perdue (une estimation raisonnable pour la plupart des cas), puis 50% plus de watts PAR sont nécessaires à partir des sources (lampes) que le chiffre calculé à l’étape (3).

    Par conséquent (1,5) x 6120 = 9180 watts PAR.

    Étape 5. Sélectionnez une lampe de puissance appropriée (par exemple de 400 watts, 1000 watts, etc) et de calculer sa cote PAR watts.

    Une lampe de 400 watts peut avoir 140 watts PAR, une lampe de 1000 watts peut avoir 380 (ou 420) watts PAR. wattages plus élevés signifient moins de luminaires et sont donc plus économique; mais ils conduisent à de plus grandes variations du niveau d’éclairage. Soyez alerte pour le phénomène de photogrammétrie où les plantes dans les zones d’éclairage plus élevé poussent plus grands que ceux dans les zones sombres, essentiellement traçant le contour de l’irradiance pour la région! Aux fins de cet exemple, nous allons sélectionner une lampe de 1000 watts avec 400 watts PAR.

    Rappelez-vous que ces évaluations de la lampe se réfèrent aux valeurs initiales de la lumière, et toutes les sources lumineuses se déprécier au cours de la vie de la lampe. Si vous concevez en moyenne ou les niveaux de lumière maintenus, commencer à 20% à 30% plus élevé. Assurez-vous avant la dépréciation REMPLACEMENT DES atteint un niveau de lumière inacceptable.

    Étape 6. Calculer le nombre total de lampes (ou appareils) nécessaires

    Pour déterminer le nombre total de lampes nécessaires, diviser le total des watts sources PAR nécessaires par les watts par lampe PAR 9180/400 = 22,95. Pour ce calcul de l’échantillon, le nombre est d’environ 23 ou 24 appareils.

    Étape 7. Utilisez une grille pour la conception de votre mise en page Fixture

    Une grille carrée ou "quinconce" grille peut être utilisée pour minimiser les variations du niveau de lumière à travers la zone de croissance. Par exemple, 24 appareils peuvent être affichés sur une grille de 6 x 4 ou sur une grille 8 x 3. Rappelez-vous, plus la hauteur du plafond, le plus d’espace possible entre les appareils. Si vous trouvez qu’il y aura trop "foncé" zones dans les régions entre les appareils, vous pouvez choisir une lampe de faible puissance et d’augmenter le nombre d’appareils.

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