Світло як екологічний фактор. Ультрафіолетова частина спектру

Життя на Землі підтримується завдяки потоку енергії, який випромінює велика зірка — Сонце. Сонячна енергія має велике значення для всіх процесів, що відбуваються на Землі:

Від Сонця Земля отримує 99% енергії. Енергія, що йде від Сонця, перетворюється. Ці перетворення підкоряються універсальним законам природи — законам термодинаміки. Пригадаємо два з них.

1. Перший закон — енергія може переходити з однієї форми в іншу, але вона не зникає й не утворюється наново.
2. Другий закон або закон ентропії читається так: ефективність переходу одного виду енергії в інший ніколи не буває 100%, деяка частина енергії розсіюється у вигляді недоступної теплової радіації.

Сонячна енергія використовується на створення й перетворення органічної речовини, на підтримання теплового й водного балансів Землі.

Кількість сонячної радіації, що доходить до верхньої межі атмосфери, залежить від:

• географічної широти;
• вмісту пилу в атмосфері;
• добових і сезонних змін.

Сонце — це зірка, яка випромінює в простір космосу величезну кількість енергії — десь приблизно 10,5 • 10 6 кДж/м 2 у рік. Не вся сонячна енергія досягає поверхні нашої планети. Деякі автори (Чернова Н.М., Билова О.М., 1986) подають таку схему розподілу сонячної енергії:

Сонячна енергія

19% поглинається атмосферою

34% відбивається в космічний простір

47% досягає поверхні Землі

З тієї енергії, що доходить до Землі, 2/3 повторно випромінюється й нагріває атмосферу, а 1/3 використовується живими системами планети.

Промені атмосфери можуть бути представлені у вигляді шкали, але не всі вони досягають поверхні Землі (рис. 2).

Сонячна енергія, що досягла земної поверхні, в ясний день розподіляється на окремі частини спектру й складається приблизно (за Ю.Одумом, 1986) з таких частин:

• ультрафіолетової — 10%;
• видимої (ФАР) — 45%;
• інфрачервоної — 45%.

Розглянемо дію цих хвиль на живі системи.

Ультрафіолетова частина спектру

Ультрафіолетові промені поділяються на короткохвильові (менше 290 нм) і довгохвильові (290-380 нм) (доцільно пригадати з курсу фізики, що світло має подвійну природу: квантову та хвильову. Нанометр (нм) — величина вимірювання довжини хвилі, 1 нм = 10 -9 м).

Короткохвильові ультрафіолетові промені згубні для всього живого на планеті. Вони поглинаються озоновим екраном, який розташований в атмосфері на висоті 25-27 км.

Останнім часом озоновий шар руйнується. Це одна з глобальних екологічних проблем сучасності. Руйнування озонового шару відбувається внаслідок дії таких факторів: виробництво хлор-, фтор-, галогенопохідних, дезодорантів, фреонів, запуску космічних ракет, штучних супутників Землі, сучасних літаків, природних флуктуацій атмосфери. Руйнування озонового шару дуже небезпечне для живих систем, оскільки короткохвильові промені (γ-промені, рентген-промені, короткохвильові ультрафіолетові промені) мають малу довжину, але несуть дуже велику енергію.

де E – енергія кванта світла,
C – швидкість світла,
h – стала Планка,
λ – довжина хвилі.

Вплив випромінювання на організм залежить від довжини хвилі та від поглинання цих хвиль тканинами. Якщо енергія кванта не перебільшує 1 ев (1 ев = 1,602•10 -19 Дж; це енергія, яку електрон набуває в електромагнітному полі з різницею потенціалів у 1 В), то хімічних змін у властивостях молекул не відбувається, а викликаються коливання, й енергія випромінювання переходить у теплову. Якщо ж енергія кванта світла перебільшує 5 ев, то протони й електрони вибиваються з молекул і відбувається розрив хімічних зв’язків у молекулах. Утворюються радикали, а це дуже небезпечно для організмів, особливо, якщо зміни відбуваються в молекулах ДНК і РНК.

Довгохвильові ультрафіолетові промені (290-380 нм) у великих дозах шкідливі, в малих — корисні. Вони мають бактерицидну дію, сприяють утворенню в організмі вітаміну Д, стимулюють утворення антоціану; згубно діють на мікоризу.

Так, під впливом УФ-випромінювання (довгого) в шкірі людини утворюється меланін (пігмент), який інтенсивно його поглинає. Цим пояснюється ефект загару.

Нижчі рослини, бактерії, гриби відчутно реагують на вплив УФ-променів, оскільки вони повністю прониклі для них. Кварцеві та ртутні лампи, що випромінюють УФ-промені, виконують аналогічну функцію у лікарнях, під час стерилізації питної води та води в басейнах.

Плоди лимонів, які опромінені УФ-променями, не пошкоджуються грибковими захворюваннями і тому краще зберігаються.
Вищі рослини не мають потреби в отриманні доз УФ-променів для розвитку. Але довгі ультрафіолетові промені стимулюють процес синтезу антоціанових пігментів, а також гальмують ріст стебла.

При копіюванні інформації обов’язкові прямі посилання на сторінки сайту та авторів матеріалів.
Всі книги та статті є власністю їхніх авторів та служать виключно для ознайомлення.

Ультрафіолет в світлодіодному освітленні рослин: застосування, дослідження та перспективи

У світлі триваючої урбанізації та зростаючого інтересу до сільськогосподарських технологій, ультрафіолетове (УФ) освітлення стає все більш актуальною темою для досліджень. Він обіцяє ефективні способи оптимізації росту рослин і поліпшення якості продукції. У статті розглядається застосування ультрафіолету в світлодіодному освітленні рослин, включаючи механізми дії на фотосинтез, адаптацію рослин і підвищення стійкості до хвороб і шкідників.

Досліджуються новітні наукові дані і робляться висновки про можливості і перспективи використання ультрафіолету в світлодіодних системах освітлення в контексті сучасних агротехнологій. Сподіваємося, що даний матеріал буде корисним як для вчених, так і для фахівців в галузі сільського господарства.

1. Вступ 1.1 Загальні відомості про світлодіодне освітлення 1.2 Роль ультрафіолету в зростанні рослин
2. Механізми впливу ультрафіолету на рослини 2.1 УФ-світло і фотосинтез 2.2 УФ-світло і стійкість рослин до стресових умов
3. Застосування ультрафіолету в світлодіодному освітленні 3.1 Технологія та обладнання 3.2 Переваги та обмеження використання ультрафіолету в світлодіодному освітленні
4. Дослідження ефективності ультрафіолетового світла в світлодіодному освітленні 4.1 Огляд наукових досліджень 4.2 Аналіз впливу ультрафіолету на ріст рослин і врожайність
5. Застосування ультрафіолету в світлодіодному освітленні: практичні рекомендації та перспективи
6. Висновок
7. Посилання

У сучасному світі, де стале сільське господарство відіграє ключову роль, технології світлодіодного освітлення набирають обертів, пропонуючи інноваційні підходи до підвищення врожайності та якості сільськогосподарських культур. Одним з таких підходів є використання ультрафіолетового (УФ) світла, яке пропонує унікальні можливості для оптимізації росту рослин і підвищення їх стійкості до зовнішніх стресових факторів.

1.1 Загальні відомості про світлодіодному освітленні

Світлодіодне освітлення стало важливим компонентом в сільському господарстві завдяки своїй ефективності, довговічності і здатності точно відтворювати певні спектри світла. У порівнянні з традиційними джерелами світла, світлодіоди пропонують кращу керованість і гнучкість, що дозволяє адаптувати освітлення до конкретних потреб різних видів рослин.

1.2 Роль ультрафіолету в зростанні рослин

Ультрафіолетове світло, включаючи його різні діапазони (UV-A, UV-B і UV-C), має значний вплив на ріст і розвиток рослин. У природному світі ультрафіолетове світло, хоча і є невеликою частиною сонячного спектра, має значний вплив на морфологію рослин і їх здатність адаптуватися до навколишнього середовища. В умовах контрольованого світлодіодного освітлення ми можемо штучно відтворювати ці спектри для підвищення врожайності та якості рослин.

У наступних розділах ми розглянемо, як ультрафіолетове світло впливає на фотосинтез і стійкість рослин до стресових умов, розглянемо технології та обладнання для його застосування, а також проаналізуємо дослідження ефективності використання ультрафіолету в світлодіодному освітленні.

2. Механізми впливу ультрафіолету на рослини

Ультрафіолет надає різноманітний вплив на рослини, впливаючи на їх фізіологічні та біохімічні процеси. Він відіграє ключову роль у стимуляції фотосинтезу, формуванні морфології рослини, а також підвищенні його стійкості до зовнішніх стресових факторів.

2.1 УФ-світло і фотосинтез

Фотосинтез – це процес, за допомогою якого рослини перетворюють світлову енергію в хімічну, яка потім використовується для виробництва цукрів та інших органічних речовин. УФ-світло має важливе значення в цьому процесі, оскільки воно сприяє більш ефективному поглинанню світла хлорофілом та іншими світлочутливими пігментами.

Однак надмірне або неправильне використання ультрафіолету може викликати стрес у рослин, що призводить до фотоінгібування, стану, коли ефективність фотосинтезу знижується через пошкодження фотосистеми. Тому необхідно ретельно регулювати дозу і тривалість ультрафіолету.

2.2 УФ-світло і стійкість рослин до стресових умов

УФ-світло також важливо для підвищення стійкості рослин до різних стресових умов. Він сприяє виробленню антиоксидантів, які захищають рослини від перекисного окислення і допомагають впоратися з окислювальним стресом.

Крім того, ультрафіолетове світло покращує стійкість рослин до хвороб і шкідників. Це досягається за рахунок стимуляції синтезу специфічних речовин, таких як флавоноїди, які діють як природні антибіотики, що відлякують шкідників і захищають рослини від хвороботворних мікроорганізмів.

У наступному розділі ми розглянемо, як всі ці принципи можуть бути застосовані до практики світлодіодного освітлення.

3. Застосування ультрафіолету в світлодіодному освітленні

Із застосуванням світлодіодів використання ультрафіолету в сільському господарстві стає все більш доступним і ефективним. Завдяки своїй модульності світлодіоди можуть налаштовуватися на певні спектри та інтенсивність світла, що дозволяє точно контролювати дози ультрафіолетового світла, що наносяться на рослини.

3.1 Технології та обладнання

Сучасне світлодіодне освітлювальне обладнання забезпечує регулювання спектру та інтенсивності світла, що дозволяє оптимально використовувати ультрафіолетове світло для різних типів рослин. Окремі ультрафіолетові світлодіоди можуть випромінювати ультрафіолетове світло в різних діапазонах (UV-A, UV-B і UV-C), надаючи можливість налаштувати їх для конкретних застосувань.

3.2 Переваги та обмеження використання ультрафіолету в світлодіодному освітленні

Серед переваг використання ультрафіолету в світлодіодному освітленні варто відзначити підвищену ефективність фотосинтезу і поліпшення стійкості рослин до стресових умов. Крім того, ультрафіолетове світло може допомогти поліпшити якість продукції, збільшивши вміст важливих поживних речовин і антиоксидантів в рослинах.

Однак є обмеження, які слід враховувати. Надмірне або неправильне використання ультрафіолету може завдати шкоди рослинам, викликаючи стрес і пошкодження. Тому важливо ретельно регулювати інтенсивність і тривалість подачі ультрафіолетового світла.

4. Дослідження ефективності ультрафіолетового світла в світлодіодному освітленні

Незважаючи на потенційні переваги, необхідні додаткові дослідження, щоб точно визначити ефективність і найкраще застосування ультрафіолетового світла в світлодіодному освітленні. У наступному розділі ми розглянемо деякі з найважливіших досліджень у цій галузі.

4.1 Огляд наукових досліджень

В останні роки було проведено безліч досліджень, які вивчають вплив ультрафіолету на рослини в умовах світлодіодного освітлення. Ці дослідження різноманітні за своєю спрямованістю і охоплюють різні види рослин, але більшість з них підтверджують позитивний вплив ультрафіолетового світла на врожайність і якість рослин при правильному налаштуванні та застосуванні.

4.2 Аналіз впливу ультрафіолету на ріст рослин і врожайність

Важливо розуміти, що вплив ультрафіолету може змінюватися в залежності від безлічі факторів, включаючи вид рослини, стадію його розвитку, загальні умови зростання і конкретний діапазон ультрафіолетового світла. В цілому правильне застосування ультрафіолету сприяє поліпшенню фотосинтетичної активності, зміцненню захисної системи рослини і, отже, може привести до поліпшення якості і врожайності.

Однак слід пам’ятати, що неправильне нанесення ультрафіолету може викликати стрес у рослин і привести до зниження врожаю. Тому критично важливо грамотно підійти до налаштування системи освітлення і уважно стежити за реакцією рослин.

5. Застосування ультрафіолету в світлодіодному освітленні: практичні рекомендації та перспективи

Ультрафіолетове світло в світлодіодному освітленні відкриває можливості для підвищення ефективності сільськогосподарського виробництва. Ось кілька практичних рекомендацій та перспектив його використання.

5.1 Практичні рекомендації

• Визначення потреб рослин: Важливо враховувати, що різні види рослин мають різні потреби в ультрафіолетовому світлі. Перед використанням ультрафіолетового освітлення слід вивчити специфічні вимоги кожного виду рослин.
• Правильне налаштування системи: ультрафіолетове світло слід використовувати з розумом. Інтенсивність і тривалість подачі ультрафіолетового світла повинні бути точно налаштовані, щоб уникнути стресу або пошкодження рослин.
• Постійний моніторинг: Важливо регулярно стежити за станом рослин і адаптувати систему освітлення відповідно до їх потреб і реакції на ультрафіолетове світло.

5.2 Перспективи розвитку

З активним розвитком світлодіодних технологій освітлення і розширенням наукових досліджень з використання ультрафіолету можна очікувати значного прогресу в цій області. Можливо, будуть створені нові, більш ефективні системи освітлення, а також більш точні моделі для визначення оптимальних параметрів освітлення для різних видів рослин.

В цілому, використання ультрафіолету в світлодіодному освітленні відкриває нові горизонти для сільського господарства, дозволяючи нам зробити ще один крок до більш стійкого і продуктивного виробництва продуктів харчування.

Ультрафіолетове світло відіграє важливу роль у житті рослин, впливаючи на фотосинтез, ріст, розвиток та стійкість до стресових факторів. Включення ультрафіолету в світлодіодне освітлення відкриває нові можливості для сучасного сільського господарства, забезпечуючи підвищення врожайності і якості рослин.

Важливо, однак, пам’ятати, що кожна рослина має свої специфічні потреби в освітленні, і ультрафіолетове випромінювання може надавати різний вплив в залежності від його дози і спектра. Тому ключем до ефективного використання ультрафіолету в світлодіодному освітленні є точний контроль цих параметрів.

Майбутні дослідження в цій галузі, ймовірно, призведуть до нових і більш ефективних систем освітлення та моделей управління світлом, що дозволить нам надалі використовувати потенціал ультрафіолетового світла для поліпшення сільськогосподарського виробництва.

Презентація “Вплив кислотних і лужніх грунтів на розвиток рослин”

Кожна рослина для свого розвитку споживає із ґрунту певний набір мікроелементів, від якого в майбутньому залежить ріст, величина рослини та якість урожаїв. Проте навіть якщо аналіз ґрунту показав, що у ньому присутні всі необхідні мікроелементи, а рослини все одно гинуть раніше, ніж потрібно чи з кожним роком дають все менше урожаю, то необхідно звернути увагу на такий важливий показник як кислотність ґрунту.

Ґрунт вважається нейтральним якщо показник p. H дорівнює 7,0. Якщо рівень нижче 7,0, то ґрунт кислий, якщо вище – лужний. Проте кожна рослина має свій сприятливий показник кислотності. При окисленні в ґрунті з’являються сполуки і речовини, недоступні для поглинання корінням і культури їх не «бачать», продовжуючи «голодувати».

Чим більш кислотні ґрунти:тим згубніше впливають на діяльність мікроорганізмів, які важливі для розкладання гною, торфу та інших органічних сполук;відбувається зниження розвитку азотофіксуючих бактерій Rhizobium, які забезпечують фіксацію атмосферного азоту;гербіциди з сімейства імідазолінонів (imi-гербіциди), такі, як Евролайтінг або Фабіан, повільно розкладаються в кислих ґрунтах;алюміній, що є у ґрунті може ставати токсичним для рослин і викликати порушення фізіологічних процесів, що протікають в рослинах і призводить до слабкого розвитку кореневої системи і пошкоджень рослин;навіть при високому мінеральному фоні не гарантується отримання врожаю, оскільки багато елементів можуть ставати токсичними, і порушується баланс мінеральних елементів в рослинах. Тим часом у дуже лужних ґрунтах:спостерігається пригнічення доступності елементів бору, заліза, фосфору, міді та більшості мікроорганізмів;доступність фосфору і більшості мікроелементів знижується, що робить правильне внесення цих елементів більш важливим;втрати внесеної сечовини з ґрунтів на випаровування більше;збільшуються ризики отримання рослинами опіків від контакту коренів з сечовиною;гербіциди з сімейства сульфонілсечовин і триазинів (атразин, та ін.), та інших гербіцидів, повільно розкладаються в таких ґрунтах.

Окислення ґрунтів сприяють збільшенню частки кальцієфільних культур, які потребують нейтральної реакції р. Н, і порушення балансу харчування: підвищена частка азотних добрив, знижена – фосфорних і калійних та майже повне припинення внесення органічних, які містять багато кальцію і магнію. Велику роль зіграло й істотне скорочення обсягів вапнування кислих ґрунтів. Так, якщо у 1980-1990-х роках в Україні щороку вапнування проводилось на 1,5 млн га, то в 2019 р. – на 137 тис. Га. Окупність інвестицій в вапнування становить 1-1,2 грн на кожну вкладену гривню, а в 2019 р. воно становило 1,3 грн. Адже на полях, де проведено розкислення ґрунту, врожайність пшениці на 5-6 ц га вище, ніж до розкислення, кукурудзи – на 10-20 ц/га, а цукрових буряків – мінімум на 50 ц/га.

Крім цього, порушення азотистого, водного, білкового обміну в ґрунтах призводять до таких проблем: На зовнішній поверхні з’являється кірка, що запобігає потраплянню вологи та повітря. Рослини гинуть через сухість в глибоких шарах ґрунту і недостатнього надходження кисню. Висока кислотність заважає засвоєнню корисних речовин. Внесення магнію, фосфору і інших мікроелементів виявляється марним. Великий вміст в землі важких металів. Як наслідок, сповільнюється зростання і падає врожайність культури. Розмноження патогенних мікроорганізмів в кислому середовищі відбувається швидше. Корисна флора гине. У нейтральних ґрунтах токсичні речовини вимиваються водою і знезаражуються. У кислих навпаки, накопичуються і викликають захворювання рослин.