Прогрессивное растениеводство

🪴 Ставлю растения подальше от батарей, чтобы защитить их от пересыхания.

Зимой мой зелёный уголок требует немного больше заботы, но это время становится особенно тёплым и уютным. Ведь нет ничего приятнее, чем видеть, как твои растения чувствуют себя хорошо даже в холодный сезон ✨

#зимнийуход #растениядома #зелёныйуголок #уютвдоме #уходзарастениями #влажность #люблюцветы 🌿💚

Откуда свет? Из лампы

Свет - пожалуй, самый неконтролируемый и дорогой ресурс при выращивании растений человеком в условиях, когда солнечного света не хватает. И разбираться в нём - это примерно как обладать основами финансовой грамотности. Может, не всем и надо, но не повредит точно.

В этой части я не буду углубляться в физику с квантовой теорией, чтобы подробно объяснить устройство ламп и самого света. Но чуток школьных знаний физики здесь просто необходимы, чтобы понимать хотя бы базовую суть света для растений (а также манипуляции продавцов ламп - куда же без них).

Самые важные параметры светильников относятся к энергии. Каждый светильник имеет маркировку мощности в ваттах. В 99.9% случаев это потребляемая электрическая мощность. Т.е. включили светильник в розетку - счётчик электроэнергии начал отсчитывать эти ватты. Это первое, на чём отыгрываются продавцы и маркетологи: больше цифра - больше крутости. Забавно, но до сих пор встречаются товары, где ещё указывают что-то навроде "эквивалентных ватт"! Это старый-престарый подход сравнения светимости с аналогичной метрикой (но выраженной в единицах электрической мощности) у ламп накаливания. Типа, наш светильник - 150 Вт, что эквивалентно 1000 Вт. Вот, зацените манипуляцию цифрами на Амазоне:

Такое сравнение кроме манипуляции не имеет никакого смысла. Не только потому, что свидетелей ламп накаливания становится всё меньше, но и по другой причине: не вся мощность, потребляемая светильником, преобразуется непосредственно в свет. Много уходит в тепло (само тепло за полезную нам работу считать не будем). Это называется КПД, коэф полезного действия. Так вот, КПД ламп накаливания крайне низкий, а, например, у светодиодов он заметно лучше. Т.е. при одинаковой потребляемой электрической мощности светодиодный светильник даст гораздо больше света, чем лампа накаливания. Конечно, можно возразить, "эквивалентные ватты - это же для сравнения, смотри насколько эффективнее наш товар; не то, что раньше, когда нужна была домашняя электростанция на балконе". Да. Но это и есть манипуляция. Другого практического смысла в таком сравнении нет. Поэтому на "эквиваленты" можно не обращать никакого внимания.

Говоря про КПД, на практике это значение редко используют, т.к. один и тот же класс светильников в среднем имеет одинаковый КПД. Гораздо полезнее будет такой параметр, как световой поток, который выдаёт светильник. Он считается в люменах (лм, lm), и производители часто указывают его в документации. Да, я знаю, что PPFD - более точная величина для растений, а люмены - для человеков; но пока в эти дебри лезть не будем.

Таким же полезным для сравнения и выбора ламп будет параметр энергоэффективности, или иначе - светоотдача ламп, выраженная в люменах на ватт электрической мощности. Делим одно значение на другое и получаем нужную цифру. Например, выбирая светильник на маркетплейсе, можно загуглить типовое значение светоотдачи и понять, не пытается ли обмануть продавец, продающий 10 Вт светильник с потоком в 20000 лм: две тыщи люмен на ватт - это сказки.

Забавный факт: существует чёткий теоретический предел светоотдачи в 682 лм/Вт. Лучше этого создать светильник в принципе невозможно. А для светодиодов, похоже, этот предел в районе 320-350 лм/Вт.

В общем, на практике чаще всего все используют электрическую мощность и световой поток, но и сравнивать светоотдачу тоже было бы правильно. Кстати, есть ещё один параметр, характеризующий ощущения "насколько много света" - освещённость, и его довольно легко померить в быту: на современных телефонах установлены довольно чувствительные датчики, и, используя какую-нибудь приложуху навроде Light meter или Lux meter, можно самому всё замерить. Правда, абсолютной пользы в этом будет мало, т.к. замеряться будет освещённость с точки зрения человека, а не растений (в единицах, называемых люксами), и не световой поток. Но вы сможете сравнить относительную эффективность нескольких ламп между собой, если сделаете их замер.

Ещё один важный параметр, непосредственно связанный со светом для растений - спектр излучения. Упрощённо, это все цвета, которым светит лампа: у разных типов светильников спектр может быть разным. Роль спектра играет важную роль, т.к. как мы помним из прошлой части, для фотосинтеза и особенно регуляции растений цвет (длина волны) имеет определённое значение. В этой части я только отмечу какой типовой спектр у каких ламп.

Кстати! Увидеть спектр ламп на практике не так и сложно! Небольшой спектроскоп можно сделать на коленке из картона и палок. Правда, потребуется старый советский ненужный DVD-диск (емнип, CD-R тоже подойдёт, но с ним сложнее). Как сделать спектроскоп легко найти самим, в сети полно материала. Например, вот ссылка на pdf с хорошей статьёй-пособием по сборке. Или вот статья на хабре: там есть картинка с шаблоном для картона - пригодится, т.к. оригинальный pdf на сайте Public Labs не доступен.

Вот, например, снимок из моего колхозного спектроскопа. В верхней части - спектр китайского светодиода 30000К. Виден линейный характер спектра и голубая полоска около синей части - как раз то, что отличает 30000К светодиоды от обычных "холодных" 6500К. А в нижней части снимка - светодиод 4000К. Заметно, что спектр более "размазан" и нет явных пиков, а в голубой части спектра излучения практически нет.

Штош, теоретической теории про лампы нам больше не потребуется, поэтому, перейдём, наконец, к практической теории.

Когда-то на заре экспериментов с досветкой растений в начале XX века использовали керосиновые лампы. В нынешнее время для этого используют люминесцентные, газоразрядные/электродуговые и светодиодные светильники, а остальное всё - это экзотика.

Люминесцентные лампы, люмки, компакты, КЛЛ, CFL

Люмки - довольно старая технология, но была очень широко распространена. В каком-то виде используется и сейчас, но это узкоспециализированное применение. В домашнем быту и хозяйстве люминесценция очень активно вытесняется светодиодами. Удивительно, но кто-то до сих пор пользуется такими лампами для растений, и даже продвигает (например, те же осрамовские Fluora).

Люминесцентные лампы известны широким массам в двух ипостасях: в виде длинных трубок для линейных светильников, оснащённых ЭПРА (эдакий спец. блок питания, в простонародье - дроссель или балласт), а также в виде компактной формы с обычным цоколем E27/E14 или что поспецифичнее.

Принцип работы не так и сложен: в лампе электрический разряд излучает ультрафиолетовый свет, который поглощается люминофором (вот та белая фигня изнутри колбы) и переизлучается, но уже в другом цвете. В своё время такие люмки на голову уделывали лампы накаливания в плане эффективности и были неплохим выбором для досветки растений. Светоотдача у лучших образцов доходила до 100 лм/вт, но в среднем это было 60-70 лм/Вт. Спектр ламп сильно зависел от люминофора и выглядел примерно так:

Для растений это не самый плохой спектр. Не самый лучший, но приемлемо. Минусом было то, что мало излучения в красном, поэтому для полного цикла лампы не очень годились. Собсно, это и пытались исправить в "фито"-люмках Fluora от компании Osram. На этом они свою рекламную компанию и строили. Правда, их лампы были дорогими и особо массовыми не стали, но какую-то известность приобрели.

Ещё люминесцентные светильники были хороши тем, что слабо грелись. Поэтому они легко устанавливались на узких полках стеллажей в квартире и достаточно близко к самим растениям.

Но у люмок есть и недостатки. Они сделаны из стекла (а значит это только вопрос времени когда они разобьются) и содержат внутри ртуть. Совсем немного, но всё-таки. Более неприятный факт был в том, что у ламп довольно быстро со временем снижается светоотдача, хотя их общий срок службы весьма большой. Если правильно помню, у Флуоры светоотдача падала на 20-25% буквально через полгода работы.

Сейчас выбирать люминесцентные лампы для светокультуры - плохой вариант для любого применения, хоть в промтеплицах, хоть на подоконниках квартиры. Потому что есть варианты лучше как с экономической точки зрения, так и с точки зрения эксплуатации. Да и индустрия люмок схлопывается, никаких перспектив.

ДНаТ, натрий, натриевая лампа высокого давления, HPS

Тот самый жёлтый свет, который до сих пор массово встречается в уличном освещении и используется в промышленных теплицах. Видишь на жёлтой улице вон того парня в тёмно-красной куртке? Ну, вообще-то куртка синяя...

Если коротко, то в лампе происходит электрическая дуга с высокой температурой, что разогревает натрий во внутренней колбе, а дальше эти пары натрия светятся из-за газового разряда. Из этого факта следуют два других факта. Во-первых, сама лампа неистово нагревается, прям очень. Во-вторых, из-за натрия спектр излучения такой лампы очень жёлтый и очень красно-оранжевый.

Это тоже не самый лучший спектр для растений, но качество неплохо перекрывается количеством, т.к. у натриевых ламп весьма высокий показатель светоотдачи, доходящий до 150 лм/Вт. Правда, есть небольшая оговорка: такая светоотдача - у ламп высокой мощности навроде 600-700 Вт и выше, а у мелких ламп светоотдача будет ниже - порядка 90 лм/Вт.

Для светильников на ДНаТ потребуется пуско-регулирующая аппаратура (ЭПРА, дроссель), а также добротный рефлектор (потому что лампа очень греется) и в некоторых случаях - система охлаждения (потому что лампа очень греется).

Казалось бы, кроме светоотдачи плюсов больше нет... Однако, ДНаТ до сих пор широко используется, и можно условно выделить две большие ниши, где он себя хорошо показывает.

Первая - это промышленные теплицы. Высокий нагрев ламп там оборачивается экономическим плюсом в то время, когда теплицу надо топить. Вся светоаппаратура стоит сравнительно недорого, и светодиодам там пока конкурировать сложно. По крайней мере, это если мы говорим о переоборудовании света существующей теплицы. Оборудовать с нуля новую - тут не знаю, не сравнивал (но есть публикация десятилетней давности от умных людей). Скорее всего, точно так же дорого, т.к. прямых производителей с внятными ценами и нужным объёмом у нас нет, а реселлеры китайских штук не хотят снижать маржу 300%.

Вторая ниша ДНаТ - это т.н. гроверы. Это граждане, которые в основном занимаются выращиванием, эмм, рекреационной травы. Я не ограничиваюсь какой-то одной страной, а говорю в целом. Отмечу, что у нас в стране это незаконно, а вот в некоторых пиндосских штатах это легально и более того, там это целый бизнес вместе с опытами и научными работами (очень даже неплохих и фундаментальных для всей отрасли, а не только для каннабисостроения). Предположу, что популярность ДНаТ в этой нише обусловлена его высокой светоотдачей и наличием мощных ламп для небольшой площади. У большинства растений увеличение интенсивности света после определённого порога не ведёт к увеличению фотосинтеза. Но только не конопля. Ей всё зайдёт. Кстати, пшеница тоже такая...

В нише гроверов за место под потолком с натрием вполне себе конкурируют светодиоды, по крайней мере, зарубежом. И опыта использования СД-ламп у них можно набрать много (но до сих пор споры HPS vs LED не утихают). А ещё существует довольно большая ниша гроверов-любителей остренького, которые специализируются на жгучих перцах. Но там светодиоды победили, и уже давно.

Возможно, прикинув все экономические показатели и эффективность, натрий в качестве фитосвета могут выбрать мелкомасштабные фермеры (ака сити-фермеры) и прочие микро-предприниматели. Но итоговый выбор зависит, скажем так, от цикла растения при производстве. Например, одно дело производить и реализовывать рассаду петуний, проращивать зерно, и другое дело - выгонять ягоду из готовых саженцев клубники. Правда, я всё равно верю, что и эту нишу светодиоды захапают.

Ах, да, немаловажный момент. Даже тепличники используют ДНаТ для досветки. Т.е. это дополнительный свет к солнечному, который продолжает делать львиную долю дел днём.

Как видим, домашнее растениеводство и заготовка рассады на балконах не пересекаются с обозначенными нишами. И действительно, тут ДНаТ будет наихудшим выбором из-за своей пожароопасности, не такой высокой светоотдачи на низких мощностях и своим особым спектром, где мало синего, что совсем плохо для рассады и начального роста. Конечно, это можно исправить лампами МГЛ, но... Не, это просто несерьёзно.

Светодиоды, СД, LED

Светодиоды - хедлайнеры этого века. В быту они активно вытесняют все другие источники света и лезут буквально во все щели. С точки зрения своего устройства светодиод - крайне простой прибор (правда, если вы выпускник физтеха): пропускаем через его полупроводниковое тело с электронно-дырочным переходом ток, там электроны квантово туннелируют и рекомбинируют с дырками, делая эмиссию фотона. Изи.

Но есть нюанс(ы). Излучаемый фотон имеет довольно чёткую длину волны. Т.е. это не набор нескольких цветов, а прям что-то одно конкретное. Длина волны определяется материалом, из которого изготовлен кристалл (chip) светодиода (дальше я буду использовать слово кристалл/чип, чтобы отделить сам прибор-светодиод от той части, что непосредственно излучает). И вся история развития светодиодов - это, по сути, попытки найти такие материалы для кристалла, чтобы при излучении получались нужные длины волн, чтобы эти материалы были распространены на планете, и чтобы производство не стоило как чугунный мост.

Ещё один нюанс - это размер. Кристаллы светодиодов очень мелкие, и заметно большим его сделать не получится (да и зачем). Это влечёт за собой то, что мощные светодиоды делаются набором мелких кристаллов в одном корпусе (COB - chip on board), либо сами светильники делаются набором большого количества мелких светодиодов. Но это требует увеличения площади светильника и, потенциально, необходимостью теплоотвода. Т.е. вот, например, лампа накаливания: что 40 Вт, что 150 Вт - один габаритный размер подойдёт. А вот со светодиодным светильником это не совсем так. Этот нюанс важно понимать, чтобы отсекать возможный обман продавцов (особенно на али): если вам предлагают прожектор 100 Вт размером с кредитку, то это наё что-то тут не так.

И ещё один факт, важный для лучшего понимания вселенной, уж простите, что я их так много привожу: не существует светодиодов, испускающих белый свет. Это - составная конструкция: в основе лежит кристалл, который испускает синий свет; он покрыт люминофором, который поглощает этот синий цвет и переизлучает кучу других, что в сумме и даёт белый свет. Прям как в люминесцентных лампах. От состава люминофора зависит "теплота" этого белого света и иногда - оттенок.

Итак, большая часть истории развития светодиодов - это поиск материалов для кристалла, хорошего люминофора и удешевление производства. Хуже всех дался синий (и, как следствие, белый). Но и этот барьер был преодолён. По геологическим меркам произошло это совсем недавно, а за последние лет 20 индустрия совершила поистине большой скачок, сделав синие и белые СД не только эффективными, но и доступными для масс-маркета.

Сейчас лучшие образцы светодиодов на рынке достигают эффективности 250 лм/Вт. Конечно, в этом есть и доля маркетинга с манипуляциями, но всё равно средняя по больнице светоотдача достаточно высока по сравнению с другими источниками света: 80-130 лм/Вт. И это - даже у китайских масс-маркет производителей чипов.

СД сегодня применяются очень широко. Есть условно два больших сегмента: сегмент маломощных СД для индикации и мелкой декоративной подсветки, и сегмент средних и мощных чипов для большой засветки и общего освещения. В контексте фитосвета наше место, очевидно, во втором сегменте. Это очень огромный рынок, и большую долю в нём занимает уличное и внутреннее освещение. Здесь крутятся огромные деньги, много исследовательских умов, полно производств (и, как ни печально, маркетологов, в т.ч. ушлых). У меня нет точных цифр, но по обрывочным данным рынок фитосвета меньше рынка общего освещения раз в 30-40. И лично для меня будет неудивительно, если на деле рынок фитосвета драйвится рынком общего освещения, а не развивается как-то параллельно ему

Я считаю, что именно поэтому рынок фитоламп со временем эволюционировал из двухцветных биколоров (красные СД + синие СД) в сторону белого света с плюшками, а не потому что вегетативно-ориентированные люди встали на защиту цветовых меньшинств и начали требовать инклюзивности зелёного света (а кто-то - и оранжевого). Белый свет не эффективнее по отдаче, чем узкоспециализированный сине-красный, но огромный рынок общего освещения предложил достаточно хорошее решение для агрономов всех мастей. А дальше всё порешал рынок и экономика, а не учёные-ботаники. Чуть подробнее на тему "сине-красные VS белые" будет в следующей части, а сейчас просто завершим знакомство со светодиодами как таковыми.

Итак, типичный белый СД холодного света (6500К) имеет спектр как на картинке:

Итак, видим явный пик на синем свете (в районе 450 нм) и большой горб пониже, начиная от зелёного и до красного. Чем "теплее" белый свет, тем синего света меньше - пик пониже, и больше желто-оранжево-красного - выше горб. Поэтому, варьируя лампы с разной цветовой температурой, можно подобрать весьма хороший вариант спектра для растений на любой стадии его роста. И всё это не будет стоить дорого, т.к. белые СД любой теплоты стоят одинаково дёшево.

Некоторые производители, которые обращают немного внимания на рынок фитосвета, выпускают линейки светодиодов, у которых желто-оранжевый горб смещается в сторону зелёного света на спектре (например, самсунговские LM301H Mint white). Такие пока скорее экзотика и экспериментаторство, но, кто знает - может, это будущее фитосвета...

Светодиоды - сравнительно нежные штуки. Его нельзя просто так взять и воткнуть в розетку. Поэтому для него требуется блок питания, и не абы какой, а источник постоянного тока - это называется "драйвером". К счастью, их наклепали на планете огромное количество почти на любой вкус. Однако, хорошие драйверы стоят хороших денег, особенно именитые...

Есть ещё один неприятный факт про светодиоды. Они не любят перегрева by design. Они не только хуже начинают работать, когда греются, но и полностью выходят из строя когда немного припечёт. Что такое "перегрев" для них? Это температуры выше 80-90 градусов. Поэтому у них есть повышенные требования к охлаждению. Именно из-за этого большие и мощные светильники часто выглядят как большой и тяжёлый кусок алюминия - эдакий здоровый радиатор с подсветкой; а у компактных, но мощных ламп ещё и вентилятор на спине, Карлсон бы позавидовал.

Но несмотря на эти неприятные обстоятельства, всё равно констатируем: светодиодные лампы - это правильный и чуть ли не единственный выбор для домашних фитосветильников.

В целом, это всё, что базово стоит знать про светодиоды. Да и про типы ламп, применяемых для растений - тоже.

Подытожим. В досветке растений используются люминесцентные лампы (используют олдфаги, консерваторы и просто ленивые), газоразрядные ДНаТ и МГЛ (но только в своих нишах) и светодиодные.

Эффективность (светоотдача) у ламп ДНаТ может достигать 150 лм/Вт. Но они пожароопасные для дома, а их спектр - жёлто-оранжевый с нехваткой в синей области. Поэтому для домашних агрономов это точно плохой вариант. ДНаТ может подойти мелким и не очень фермерам в зависимости от того, какой цикл растения используется в производстве.

"Правильные фитолампы" для домашних фитоводов однозначно лежат в категории светодиодных. СД сейчас огромное количество на рынке, а рынок фитоламп и, в частности, кошерных horticultural светодиодов только растёт и развивается. Конечно, это порождает большие муки выбора, бесконечные споры про правильный спектр и открывает бездонное болото маркетинговых уловок, а местами - и откровенного обмана. Вот в это всё и занырнём в следующей части.

Забавный факт: если растения досвечивать кремлёвскими звёздами, это будет на 57% эффективнее, чем 100-ваттными лампами накаливания.