Как мониторинг фотосинтетически активного излучения улучшает управление ростом растений в теплицах

Что такое фотосинтетически активное излучение?

Растения используют не всё поступающее солнечное излучение одинаково.

Для мониторинга роста растений одним из наиболее важных участков солнечного спектра является фотосинтетически активное излучение, обычно сокращается как ПАР.

ФАР обычно относится к радиации внутри Диапазон длин волн 400–700 нм, что совпадает с длинами волн, обычно ассоциируемыми с фотосинтезом.

Это отличает ФАР от обычного измерения солнечной радиации.

Широкополосный датчик солнечной радиации измеряет более широкий диапазон поступающей энергии, в то время как датчик ФАР фокусируется конкретно на той части спектра, которая наиболее важна для фотосинтетической активности растений.

Для операторов теплиц, заводов по выращиванию растений, исследовательских центров и проектов в области интеллектуального сельского хозяйства это различие имеет значение.

Настоящий вопрос заключается не только в следующем:

“Насколько светло в теплице?”

Это:

“Какое количество полезного для растений света фактически достигает растительного покрова?”

Именно здесь мониторинг ФАР становится полезным.

Узнайте больше о JW-IoT Датчик фотосинтетически активного излучения для мониторинга роста растений в теплице

Почему ПАР важен в тепличном производстве

Свет является одним из ключевых факторов окружающей среды, влияющих на рост растений.

В теплице количество полезного света, достигающего растений, может меняться в течение дня по следующим причинам:

• Солнечный угол
• Облачность
• Остекление теплиц
• Шторы-абажуры
• Структурные тени
• Плотность растительного покрова
• Дополнительное освещение
• Сезонные колебания

В двух теплицах может быть схожая температура и влажность воздуха, но при этом совершенно разные условия освещения.

Даже в пределах одной и той же теплицы уровень ФАР может различаться в зависимости от:

• Верхний и нижний уровни крон деревьев
• Центральная и краевая зоны
• Затененные и незатененные участки
• Различные стеллажи для выращивания растений
• Разное время суток

Именно поэтому управление освещением в теплице не должно основываться исключительно на визуальном наблюдении.

A датчик PAR Предоставляет измеримую информацию об условиях радиационного облучения, которым подвергаются растения.

ФАР против солнечного излучения: в чем разница?

Один из распространенных источников путаницы — это разница между солнечное излучение и фотосинтетически активное излучение.

Датчики солнечной радиации широко используются в метеорологическом мониторинге, солнечных фотоэлектрических системах и сельскохозяйственных метеостанциях.

Датчики ФАР более конкретно связаны с взаимодействием растений со светом.

Простой способ понять разницу:

Эти измерения отвечают на разные вопросы.

Например, оператор теплицы может знать, что уровень солнечной радиации на открытом воздухе высок, но это не обязательно означает, что все культуры внутри теплицы получают одинаковое количество света, полезного для фотосинтеза.

Конструкции теплиц, пленки, стекло, системы затенения и растительный покров — все это может влиять на количество радиации, достигающей сельскохозяйственных культур.

Что измеряет датчик PAR?

Датчик ФАР используется для измерения освещенности в диапазоне фотосинтетически активной активности.

В садоводстве ФАР обычно связывают с измерениями, основанными на количестве фотонов, поскольку фотосинтез реагирует на количество фотонов в соответствующем диапазоне длин волн, а не просто на общую излучаемую энергию.

Именно поэтому производители, выращивающие растения в теплицах, и исследователи растений часто используют измерения ФАР для более непосредственной оценки условий освещения растений.

Таким образом, датчик ФАР можно использовать в составе системы мониторинга для наблюдения за изменением доступного для растений света:

• В течение дня
• Между сезонами
• До и после затенения
• При дополнительном освещении для выращивания растений.
• В разных тепличных зонах
• При разной высоте растительного покрова

Цель состоит не в непосредственном измерении роста растений.

Вместо этого датчик предоставляет одну из переменных окружающей среды, которая помогает объяснить условия роста растений.

PAR и PPFD: это одно и то же?

PAR и PPFD — тесно связанные термины, но это не совсем одно и то же понятие.

ПАР описывает диапазон длин волн, активных в процессе фотосинтеза.

ППФД, Плотность потока фотонов, или фотосинтетически активная плотность фотонов, описывает количество фотонов, участвующих в фотосинтезе и достигающих поверхности за определенный период времени.

Для производителей это различие полезно, поскольку PPFD предоставляет практичный способ выражения мгновенной интенсивности освещения растений.

В системе мониторинга теплицы данные PPFD могут быть использованы для понимания следующих аспектов:

• Независимо от того, получают ли растения относительно много света или мало.
• Как дополнительное освещение изменяет световой фон
• Как затенение влияет на уровень радиации в посевах
• Получают ли разные зоны теплиц одинаковые условия освещения.

Однако одно мгновенное показание отражает лишь один момент времени.

Для долгосрочного анализа освещенности сельскохозяйственных культур необходимо регистрировать измерения в течение определенного времени.

Почему одного прочтения PAR недостаточно

Распространенная ошибка — измерить освещенность один раз и предположить, что результат отражает состояние всей теплицы.

В действительности условия парникового излучения динамичны.

Показатель PAR может значительно измениться по следующим причинам:

• Движущиеся облака
• Изменение угла наклона солнца
• Системы затенения, открывающиеся или закрывающиеся
• Близлежащие строения
• Рост урожая
• Сезонные изменения

По этой причине непрерывный мониторинг предоставляет более полезную информацию, чем периодические ручные замеры.

Стационарный датчик PAR может регистрировать изменения во времени и передавать данные на регистратор данных, контроллер или платформу мониторинга IoT.

Это позволяет сравнивать условия освещения с другими параметрами теплицы.

Использование данных PAR с другими датчиками парникового эффекта

Значение показателя ФАР возрастает при его анализе в сочетании с другими показателями окружающей среды.

Система мониторинга теплицы может сочетать в себе следующие элементы:

• ПАР
• Температура воздуха
• Относительная влажность
• CO₂
• Влажность почвы или субстрата
• Температура почвы
• ЕК
• Данные по орошению
• Погодные условия

Это позволяет получить более полную картину условий выращивания.

Например, высокая интенсивность ФАР в сочетании с высокой температурой может создавать совершенно иные условия для роста растений, чем высокая интенсивность ФАР в сочетании с умеренной температурой.

Аналогичным образом, низкий уровень ФАР в облачные периоды может по-разному влиять на потребность в орошении по сравнению с ясными, сухими условиями.

Таким образом, роль датчика ФАР заключается не в проведении изолированных измерений.

Это часть более широкой системы. система мониторинга роста растений.

Как мониторинг ФАР помогает принимать решения по освещению теплиц

Дополнительное освещение все чаще используется в коммерческих теплицах и в сельском хозяйстве в контролируемой среде.

Однако включение света исключительно по фиксированному расписанию может не отражать реальные условия естественного освещения.

Мониторинг ФАР (фотосинтетически активной радиации) может обеспечить получение информации о доступном для растений освещении в режиме реального времени.

Например:

Когда естественный уровень ФАР высок

Дополнительное освещение может принести меньшую дополнительную пользу в зависимости от вида культуры и стратегии производства.

Когда естественный уровень ФАР падает

Дополнительное освещение может быть более полезным, если производитель стремится поддерживать определенный световой режим.

Когда функция затенения активирована

Данные PAR позволяют увидеть, насколько система затенения фактически изменяет условия освещения на уровне посевов.

Главное преимущество заключается в том, что производители могут оценивать освещение, основываясь на измеренных условиях, а не на предположениях.

Мониторинг ФАР в многозональных теплицах

В больших теплицах часто имеется несколько зон, в которых поддерживается определенный микроклимат.

Распределение света может варьироваться по следующим причинам:

• Ориентация здания
• Конструкция крыши
• Расположение штор
• Высота урожая
• размещение оборудования
• Близлежащие здания или деревья

В рамках таких проектов один датчик ФАР может не в полной мере отражать состояние всей теплицы.

Более целесообразным может оказаться многоточечный подход к мониторингу.

Датчики можно установить в репрезентативных зонах, чтобы операторы могли проводить сравнения:

• Северная и южная части
• Краевые и центральные области
• Различные блоки посевов
• Различные зоны освещения
• Разная высота кроны деревьев

Это особенно полезно в тех случаях, когда системы управления теплицами уже разделяют орошение, вентиляцию или освещение на отдельные зоны управления.

Мониторинг ФАР для вертикальных ферм и выращивания растений в закрытых помещениях

Мониторинг фотосинтетически активного излучения также полезен в сельском хозяйстве в закрытых помещениях.

В отличие от обычных теплиц, вертикальные фермы в значительной степени или полностью полагаются на искусственное освещение.

Это создает дополнительные сложности в плане мониторинга.

Фермерам необходимо знать, обеспечивает ли система освещения равномерное освещение для всех культур:

• Разные полки
• Различная высота стоек
• Различные положения светильника
• Различные стадии роста

Датчики PAR можно использовать для проверки распределения освещения и выявления зон, получающих больше или меньше света, чем ожидалось.

Это особенно ценно на этапах ввода в эксплуатацию, настройки системы и долгосрочной эксплуатации.

PAR и интегральная суточная освещенность

Мгновенные измерения ФАР полезны, но воздействие света на растения также зависит от времени.

По этой причине производители также могут проводить оценку. Ежедневный световой интегральный, обычно называемый DLI.

DLI обозначает общее количество фотосинтетически активного света, полученного за сутки.

Это позволяет получить иную перспективу по сравнению с одним измерением PPFD.

Например:

Растения могут получать яркий свет в течение короткого периода времени, но относительно мало общего количества света в течение остальной части дня.

Другая культура может получать умеренное освещение в течение многих часов.

Эти два условия могут создавать совершенно разные условия ежедневного освещения.

Непрерывный мониторинг ФАР позволяет производителям регистрировать информацию, необходимую для долгосрочного анализа освещенности, вместо того чтобы полагаться только на точечные измерения.

Где следует установить датчик PAR?

Место установки имеет важное значение, поскольку датчик должен отображать условия освещения, имеющие значение для данного применения.

В зависимости от цели мониторинга может быть установлен датчик ФАР:

• На уровне листового покрова посевов
• Над растительным покровом
• Внутри теплицы
• В представительной производственной зоне
• Рядом с зоной дополнительного освещения
• На разных уровнях применения в научных исследованиях.

Датчик не должен быть непреднамеренно затенен находящимися поблизости конструкциями, кабелями или оборудованием, если только такое затенение не является преднамеренной частью измерения.

При планировании установки теплиц следует учитывать как текущую, так и будущую высоту выращиваемых культур.

Положение растения, которое подходит для маленьких саженцев, может оказаться неэффективным после формирования листового покрова.

Типичные области применения фотосинтетически активных датчиков излучения

Мониторинг ФАР может быть полезен в различных условиях выращивания растений.

Коммерческие теплицы

Используется для мониторинга уровня освещенности растений и сравнения различных зон теплиц.

Умное сельское хозяйство

Встроенные датчики температуры, влажности, почвы и орошения обеспечивают поддержку мониторинга окружающей среды.

Исследования растений

Используется для документирования условий освещения во время исследований сельскохозяйственных культур, физиологии или окружающей среды.

Вертикальное земледелие

Используется для оценки распределения искусственного освещения между стеллажами и уровнями выращивания.

Питомники

Используется для сравнения освещенности в зонах размножения и выращивания растений.

Мониторинг сельскохозяйственной погоды

Может дополнять более широкие метеорологические измерения, когда требуются данные об уровне радиации, пригодные для использования растениями.

Как датчик PAR вписывается в систему «умной» теплицы

Типичная архитектура системы мониторинга теплиц может выглядеть следующим образом:

Датчик ФАР + датчик температуры/влажности + датчик почвы + датчик CO₂

↓

Регистратор данных / IoT-шлюз

↓

RS485/LoRaWAN/4G/Ethernet

↓

Облачная платформа или система управления теплицами

↓

Исторические данные + Оповещения + Экологический анализ

Точная архитектура системы должна зависеть от требований проекта.

В некоторых областях применения данные ФАР используются главным образом для мониторинга и анализа.

В других случаях это может стать одним из нескольких входных параметров, используемых системой автоматизации теплицы.

Важно отметить, что данные об освещенности становятся частью того же набора экологических данных, что и данные о температуре, влажности, поливе и других условиях выращивания сельскохозяйственных культур.

Часто задаваемые вопросы о PAR

1. Что означает ФАР (фотосинтетически активная радиация) в контексте роста растений?

PAR расшифровывается как фотосинтетически активное излучение.

Обычно это относится к диапазону длин волн 400–700 нм, связанному с фотосинтезом растений.

2. Является ли ФАР тем же самым, что и солнечный свет?

Нет.

Солнечный свет содержит гораздо более широкий диапазон длин волн.

PAR обозначает только ту часть светового спектра, которая обычно используется для характеристики фотосинтетически активного излучения.

3. PAR — это то же самое, что PPFD?

Не совсем.

PAR описывает соответствующий диапазон длин волн, а PPFD выражает поток фотонов, достигающих поверхности в этом диапазоне.

4. Зачем измерять ФАР в теплице?

Поскольку количество полезного для растений света внутри теплицы может варьироваться в зависимости от солнечного излучения, затенения, конструкции теплицы, растительного покрова и искусственного освещения.

5. Может ли один датчик ФАР контролировать всю теплицу?

Для небольшой и относительно однородной теплицы для проведения базового мониторинга может быть достаточно одного репрезентативного участка.

Для более крупных или сложных теплиц использование нескольких точек мониторинга может предоставить более полезную информацию.

6. Можно ли использовать датчики PAR под светодиодными фитолампами?

Да, мониторинг ФАР (фотосинтетически активной радиации) широко применяется в сельском хозяйстве в контролируемой среде, где используется искусственное освещение.

Датчик следует выбирать и устанавливать в соответствии с конкретным проектом и условиями освещения.

Заключение

Фотосинтетически активное излучение является одним из наиболее полезных показателей, связанных со светом, для современного тепличного и контролируемого сельского хозяйства.

Вместо того чтобы просто спрашивать, достаточно ли светло в теплице, производители могут измерять, как меняется уровень освещенности, влияющий на растения, с течением времени и в разных производственных зонах.

При сочетании данных PAR с:

• Температура
• Влажность
• Состояние почвы или субстрата
• CO₂
• Орошение
• Другие экологические измерения

Это становится частью более полной стратегии мониторинга роста растений.

Для проектов «умных» теплиц ценность мониторинга ФАР заключается не только в самом датчике.

Реальная ценность заключается в объединении данных об освещенности с данными об остальной среде теплицы, что позволяет операторам принимать более обоснованные решения в области освещения, затенения и управления урожаем.

Изучите JW-IoT Датчик фотосинтетически активного излучения для мониторинга роста растений в теплице для применения в теплицах, исследованиях растений и интеллектуальном сельском хозяйстве.