Освещение растений: основные параметры и практическое значение
Что означают PAR, PPF, PPFD, PPE и DLI и как использовать эти показатели при выборе светодиодных систем и планировании светового режима
Свет и фотобиология
При выборе освещения для растений недостаточно сравнить мощность оборудования. Для проектирования световой среды нужно знать, сколько фотонов излучает система, как они распределяются по рабочей площади и какую световую дозу растения получают за сутки.
Термины PAR, PPF, PPFD, PPE и DLI описывают разные стороны этой задачи. Разберём, что означает каждый показатель и как использовать его при подготовке технического задания, сравнении светодиодных систем и контроле условий выращивания.
Основные параметры освещения растений и что они описывают
PAR / ФАР
Традиционно принятый диапазон фотосинтетически активного излучения.
Единица или диапазон: 400–700 нм
Единица или диапазон: 400–700 нм
ePAR
Расширенный диапазон с учётом части дальнего красного излучения.
Единица или диапазон: 400–750 нм
Единица или диапазон: 400–750 нм
PPF
Поток фотонов, излучаемых источником в диапазоне PAR.
Единица или диапазон: мкмоль/с
Единица или диапазон: мкмоль/с
PPFD
Плотность потока фотонов PAR, падающих на поверхность.
Единица или диапазон: мкмоль/(м²·с)
Единица или диапазон: мкмоль/(м²·с)
PPE
Отношение PPF к потребляемой электрической мощности.
Единица или диапазон: мкмоль/Дж
Единица или диапазон: мкмоль/Дж
DLI
Суточная доза фотонов PAR на единицу площади.
Единица или диапазон: моль/(м²·сут)
Единица или диапазон: моль/(м²·сут)
Фотопериод
Продолжительность светлого периода в суточном цикле.
Единица или диапазон: ч
Единица или диапазон: ч
PPF характеризует источник.
PPFD — освещение выбранной поверхности.
DLI — накопленную за сутки дозу. Для сопоставления значений необходимо учитывать спектральный диапазон и условия измерения.
PAR и ePAR– какой диапазон света учитывают.
PAR — Photosynthetically Active Radiation, или фотосинтетически активная радиация, ФАР. Традиционно к ней относят излучение с длинами волн от 400 до 700 нм. Именно этот диапазон учитывается при определении обычных PPF и PPFD.
PAR — название диапазона, а не единица измерения и не характеристика мощности.
Граница 700 нм не означает, что излучение за её пределами биологически незначимо. В исследованиях Zhen и Bugbee дальний красный свет в сочетании с излучением 400–700 нм участвовал в фотосинтезе растительного полога. Эти результаты стали основанием для предложения расширить учитываемый диапазон до 400–750 нм — ePAR. Они не означают, что дальний красный свет может самостоятельно заменить остальной спектр.
PPFD — освещение выбранной поверхности.
DLI — накопленную за сутки дозу. Для сопоставления значений необходимо учитывать спектральный диапазон и условия измерения.
PAR и ePAR– какой диапазон света учитывают.
PAR — Photosynthetically Active Radiation, или фотосинтетически активная радиация, ФАР. Традиционно к ней относят излучение с длинами волн от 400 до 700 нм. Именно этот диапазон учитывается при определении обычных PPF и PPFD.
PAR — название диапазона, а не единица измерения и не характеристика мощности.
Граница 700 нм не означает, что излучение за её пределами биологически незначимо. В исследованиях Zhen и Bugbee дальний красный свет в сочетании с излучением 400–700 нм участвовал в фотосинтезе растительного полога. Эти результаты стали основанием для предложения расширить учитываемый диапазон до 400–750 нм — ePAR. Они не означают, что дальний красный свет может самостоятельно заменить остальной спектр.
Для расширенного диапазона применяют обозначения ePPF и ePPFD. Их нельзя напрямую сравнивать с PPF и PPFD без указания границ: значение может оказаться выше просто потому, что в расчёт включена дополнительная часть спектра.
Ультрафиолет не входит в диапазон ePAR 400–750 нм. Если он используется в эксперименте, его параметры следует фиксировать отдельно.
Ультрафиолет не входит в диапазон ePAR 400–750 нм. Если он используется в эксперименте, его параметры следует фиксировать отдельно.
Практическое значение
В техническом задании и протоколе измерений указывайте диапазон рядом с показателем. Это особенно важно для систем с дальним красным каналом.
Микромоль: почему свет для растений измеряют в фотонах
Микромоль — одна миллионная часть моля. В фотонных измерениях 1 мкмоль соответствует приблизительно 6,022 × 10¹⁷ фотонов. Поэтому запись «мкмоль/с» описывает количество фотонов в единицу времени, а «мкмоль/(м²·с)» — дополнительно относит его к площади. Определение моля основано на фиксированном числе Авогадро.
Сам по себе микромоль не задаёт длину волны. Спектральный диапазон определяется измеряемой величиной: например, для обычного PPFD это 400–700 нм.
Сам по себе микромоль не задаёт длину волны. Спектральный диапазон определяется измеряемой величиной: например, для обычного PPFD это 400–700 нм.
PPF: сколько фотонов излучает система
PPF — Photosynthetic Photon Flux, фотосинтетический поток фотонов. Он показывает, сколько фотонов в диапазоне 400–700 нм источник излучает за секунду. Единица измерения — мкмоль/с.
PPF помогает сравнивать фотонный выход оборудования, но не показывает, какая его часть достигнет растений. Две системы с одинаковым PPF могут создавать разное распределение света из-за оптики, геометрии и схемы размещения.
Изменение расстояния до растений само по себе не меняет PPF источника при неизменном режиме работы. Меняется плотность потока на принимающей поверхности. Измерение в одной точке под системой не определяет её полный PPF: для этого нужны измерения суммарного излучения, например с применением интегрирующей сферы или гониоспектрорадиометрической установки.
PPF помогает сравнивать фотонный выход оборудования, но не показывает, какая его часть достигнет растений. Две системы с одинаковым PPF могут создавать разное распределение света из-за оптики, геометрии и схемы размещения.
Изменение расстояния до растений само по себе не меняет PPF источника при неизменном режиме работы. Меняется плотность потока на принимающей поверхности. Измерение в одной точке под системой не определяет её полный PPF: для этого нужны измерения суммарного излучения, например с применением интегрирующей сферы или гониоспектрорадиометрической установки.
Практическое значение
Используйте PPF для оценки источника, а для оценки освещения рабочей площади запрашивайте карту PPFD.
PPFD: сколько фотонов достигает рабочей поверхности
PPFD — Photosynthetic Photon Flux Density, плотность фотосинтетического потока фотонов. Она показывает количество фотонов PAR, падающих на единицу площади за секунду. Единица измерения — мкмоль/(м²·с).
PPFD измеряют квантовым датчиком либо подходящим спектрорадиометром, позволяющим рассчитать поток в заданном диапазоне. Квантовый датчик не обязательно измеряет спектр: это разные измерительные задачи. Для корректных измерений важны спектральная чувствительность прибора и его угловой отклик.
PPFD измеряют квантовым датчиком либо подходящим спектрорадиометром, позволяющим рассчитать поток в заданном диапазоне. Квантовый датчик не обязательно измеряет спектр: это разные измерительные задачи. Для корректных измерений важны спектральная чувствительность прибора и его угловой отклик.
PPFD описывает падающий поток. Это не количество фотонов, фактически поглощённых листьями: часть излучения отражается, проходит сквозь них или попадает между растениями.
Почему одного значения PPFD недостаточно?
Показатель в центре установки не характеризует всю площадь. Для проектирования и приёмки системы полезно фиксировать:
При горизонтальных измерениях датчик устанавливают в соответствующей плоскости; для другой геометрии опыта ориентацию задают отдельно. Следует избегать затенения датчика оператором.
Равномерность можно выражать отношением минимального PPFD к среднему, но в документах необходимо указывать используемую формулу. Запись «равномерность 80%» без метода расчёта неоднозначна.
- размеры рабочей зоны и положение измерительной плоскости;
- расстояние до источников, их расположение и режим мощности;
- сетку измерений, среднее, минимальное и максимальное значения;
- наличие естественного света и отражающих поверхностей;
- прибор, дату калибровки и спектральный диапазон измерения.
При горизонтальных измерениях датчик устанавливают в соответствующей плоскости; для другой геометрии опыта ориентацию задают отдельно. Следует избегать затенения датчика оператором.
Равномерность можно выражать отношением минимального PPFD к среднему, но в документах необходимо указывать используемую формулу. Запись «равномерность 80%» без метода расчёта неоднозначна.
Практическое значение
Для исследовательской камеры или стеллажа задавайте не только целевое среднее PPFD, но и допустимое распределение по полезной площади. Это помогает контролировать различия световых условий между вариантами опыта.
PPE: фотонная эффективность оборудования
PPE — Photosynthetic Photon Efficacy, фотонная эффективность. Она показывает, какой PPF система создаёт на единицу потребляемой электрической мощности: PPE = PPF / P, где P — входная электрическая мощность.
Единица измерения — мкмоль/Дж: ватт равен джоулю в секунду. Для оценки готовой системы в мощность должны входить потери блока питания. Эффективность отдельных светодиодов нельзя выдавать за эффективность оборудования в сборе. На результат также влияют режим работы, температура и оптические потери. 4 (https://www.nature.com/articles/s41438-020-0283-7)
Более высокая PPE означает больше фотонов учитываемого диапазона на единицу электрической энергии. Она не характеризует распределение света и сама по себе не доказывает увеличение урожайности.
Единица измерения — мкмоль/Дж: ватт равен джоулю в секунду. Для оценки готовой системы в мощность должны входить потери блока питания. Эффективность отдельных светодиодов нельзя выдавать за эффективность оборудования в сборе. На результат также влияют режим работы, температура и оптические потери. 4 (https://www.nature.com/articles/s41438-020-0283-7)
Более высокая PPE означает больше фотонов учитываемого диапазона на единицу электрической энергии. Она не характеризует распределение света и сама по себе не доказывает увеличение урожайности.
Практическое значение
Сравнивайте PPE систем в сопоставимых режимах и диапазонах. Уточняйте, получено значение расчётом или измерением, и какой комплект оборудования испытывали.
DLI: сколько света растения получают за сутки
DLI — Daily Light Integral, суточный световой интеграл. Это количество фотонов PAR, поступивших на единицу площади за сутки. Единица измерения — моль/(м²·сут).
При постоянном PPFD в течение светлого периода:
DLI = PPFD × t × 0,0036, где t — продолжительность освещения в часах.
В теплице поток меняется в течение дня, поэтому для определения DLI нужны последовательные измерения с суммированием во времени. Учитывают совместный вклад естественного света и досветки на выбранном уровне.
При постоянном PPFD в течение светлого периода:
DLI = PPFD × t × 0,0036, где t — продолжительность освещения в часах.
В теплице поток меняется в течение дня, поэтому для определения DLI нужны последовательные измерения с суммированием во времени. Учитывают совместный вклад естественного света и досветки на выбранном уровне.
Пример расчёта.
Если PPFD составляет 300 мкмоль/(м²·с), а освещение работает 16 часов: DLI = 300 × 16 × 0,0036 = 17,28 моль/(м²·сут).
Это расчётный пример, а не рекомендация для конкретной культуры. Он предполагает постоянный поток, отсутствие дополнительного света и относится к той точке или площади, для которой определён PPFD.
PPFD, мкмоль/(м²·с): 200; Светлый период, ч: 16; Расчётный DLI, моль/(м²·сут): 11,52
PPFD, мкмоль/(м²·с): 300; Светлый период, ч: 16; Расчётный DLI, моль/(м²·сут): 17,28
PPFD, мкмоль/(м²·с): 400; Светлый период, ч: 12; Расчётный DLI, моль/(м²·сут): 17,28
Последние два режима дают одинаковую суточную дозу, но различаются интенсивностью и длительностью освещения. Их нельзя автоматически считать биологически равноценными. Целевой DLI выбирают под культуру и технологию, а не по принципу «чем больше, тем лучше».
PPFD, мкмоль/(м²·с): 300; Светлый период, ч: 16; Расчётный DLI, моль/(м²·сут): 17,28
PPFD, мкмоль/(м²·с): 400; Светлый период, ч: 12; Расчётный DLI, моль/(м²·сут): 17,28
Последние два режима дают одинаковую суточную дозу, но различаются интенсивностью и длительностью освещения. Их нельзя автоматически считать биологически равноценными. Целевой DLI выбирают под культуру и технологию, а не по принципу «чем больше, тем лучше».
Фотопериод: почему важна продолжительность света и темноты
Фотопериод — продолжительность светлого периода в суточном цикле. Режим 16/8 означает 16 часов света и 8 часов темноты.
Фотопериодизм — реакция растения на продолжительность и чередование светлых и тёмных периодов. При описании цветения различают растения короткого дня, длинного дня и нейтральные к длине дня. При этом нейтральность к фотопериоду не означает независимость роста от количества света.
Для фотопериодически чувствительных культур важна и непрерывность тёмного периода. Поэтому режим освещения нельзя выбирать только по рассчитанному DLI.
Фотопериодизм — реакция растения на продолжительность и чередование светлых и тёмных периодов. При описании цветения различают растения короткого дня, длинного дня и нейтральные к длине дня. При этом нейтральность к фотопериоду не означает независимость роста от количества света.
Для фотопериодически чувствительных культур важна и непрерывность тёмного периода. Поэтому режим освещения нельзя выбирать только по рассчитанному DLI.
Практическое значение
В программе выращивания задавайте отдельно интенсивность, суточную дозу и расписание. Например, при изменении продолжительности дня пересчитывайте DLI, чтобы понимать, какие условия изменились одновременно.
Люксы и люмены: почему они не заменяют PPFD и PPF
Люмен (лм) — единица светового потока, люкс (лк) — единица освещённости: 1 лк = 1 лм/м². Эти величины учитывают спектральную чувствительность человеческого зрения.
PPF и PPFD основаны на подсчёте фотонов в заданном диапазоне. Поэтому одинаковые люксы под источниками с разными спектрами не означают одинаковый PPFD.
Пересчёт возможен при известном спектре и подходящем коэффициенте, но универсального коэффициента «люксы → PPFD» нет. Для сравнения систем с различным спектральным составом измерение квантовым датчиком или спектрорадиометром надёжнее произвольной конвертации показаний люксметра.
PPF и PPFD основаны на подсчёте фотонов в заданном диапазоне. Поэтому одинаковые люксы под источниками с разными спектрами не означают одинаковый PPFD.
Пересчёт возможен при известном спектре и подходящем коэффициенте, но универсального коэффициента «люксы → PPFD» нет. Для сравнения систем с различным спектральным составом измерение квантовым датчиком или спектрорадиометром надёжнее произвольной конвертации показаний люксметра.
Какие данные включить в техническое задание?
Расчётные характеристики, лабораторные измерения оборудования и замеры на объекте стоит обозначать отдельно: они отвечают на разные вопросы. Для воспроизведения светового режима недостаточно указать название модели и мощность.
Для профессионального проекта полезно разделить требования к условиям выращивания и характеристики оборудования, которые позволяют эти условия обеспечить.
Для профессионального проекта полезно разделить требования к условиям выращивания и характеристики оборудования, которые позволяют эти условия обеспечить.
Профессиональный выбор освещения начинается с условий, которые нужно создать для растений. PPF и PPE помогают оценить источник, PPFD и его распределение — рабочую зону, DLI и фотопериод — режим во времени. Вместе эти параметры формируют основу технического задания и проверки результата.
Just Grow разрабатывает и производит профессиональные светодиодные системы для выращивания растений. Для обсуждения вашего проекта подготовьте размеры рабочей зоны, культуру, задачу выращивания и известные требования к световому режиму.
Начать обсуждение вашего проекта
23.09.2026
Больше статей
