Аббревиатуры – PAR, PPF, PPFD – соседствуют с такими терминами, как ватты, люмены и люксы, и все они имеют решающее значение, помогая создавать идеальное пространство для выращивания красивых и здоровых растений.
Это не так сложно, как кажется. В этой статье будет подробно объяснено, что означают PAR, PPF и PPFD, и почему это должно волновать аквариумиста, занимающегося выращиванием подводных садов.
Что такое PAR (фотосинтетическая активная радиация)?
Стандартная мера, которая определяет количество энергии доступной для фотосинтеза - это "Photosynthetic Active Radiation" или PAR. В отличие от люмена, которая принимает во внимание характеристики человеческого восприятия, PAR - невзвешенная мера. Она учитывает с равным весом весь свет, излученный источником света, в диапазоне волн между 400 и 700 nm. PAR также отличается от люмена тем фактом, что это не прямая мера энергии. Она выражается в "числе фотонов в секунду", чьи отношения с "энергия в секунду" (мощность) зависят от спектральной кривой источника света. Один не может быть непосредственно преобразован в другой без спектральной кривой.
Причина для выражения PAR в числе фотонов вместо энергетических единиц - то, что реакция фотосинтеза имеет место, когда фотон поглощен растением, независимо от того какова длина волны фотона (предполагается что она находится в диапазоне между 400 и 700 nm). То есть если данное число синих фотонов поглощено растением, количество фотосинтеза, который имеет место - точно то же самое, как когда то же самое число красных фотонов поглощено. Для удобства, число фотонов обычно приводится в литературе в единицах μmole (микромолях). Другое важное отличие - то, что обычно PAR приводится как мера освещения родственная люксу, таким образом связана с поверхностью приема. PAR обычно измеряется в μmol/sec/m2.
Таким образом. мы видим из вышеприведенного, что для того, чтобы оценить источники света при использовании для растений, мы не можем, в принципе, полностью полагаться на человекозависимый критерий, оценку в люменах. К сожалению, изготовители приводят мало информации в этом аспекте. Потребляемую мощность в Ваттах и оценки в люменах просто получить, и для многих ламп, спектральные характеристики тоже приводятся. Хотя многие из их не изображены в физически значимых единицах, делая трудным сравнение различных изделий. Данные PAR никогда не приводятся, потому что они зависят от детальной геометрии освещения, которая изменяется от установки к установке.
Иными словами, PAR означает фотосинтетическое активное излучение и описывает длины волн света, находящиеся в видимом диапазоне 400–700 нм. Первоначально он был определен в ходе исследования, проведенного доктором Китом МакКри в начале 1970-х годов, и описывался как тип света, необходимый для фотосинтеза. PAR не измеряет свет, это скорее термин, который может помочь аквариумисту определить тип и объем света, необходимый для оптимизации роста и внешнего вида растений.
Что такое PPF (фотосинтетический поток фотонов)?
PPF — это термин, используемый для определения измерения PAR. Он обозначает поток фотосинтетических фотонов, и его значение определяет, сколько PAR вырабатывается любой системой освещения в течение секунды. PPF — второй важный ингредиент в рецепте идеального освещения вашего аквариума для выращивания водных макрофитов. Это то, что поможет точно определить, сколько света, производимого вашей системой освещения, может быть использовано вашими растениями для фотосинтеза.
Измерение PPF дело непростое и требующее специального измерительного оборудования. На рынке доступны инструменты измерения PPF, но они достаточно дорогие, и в общем-то не совсем нужные как простому аквариумисту, так и "продвинутому". В самом ближайшем будущем я представлю вашему вниманию калькулятор, который поможет преобразовывать известные параметры (люмен) в PPF. PPF измеряется в микромоль в секунду (μmol/sec) – один микромоль равен примерно 602 квадриллионам фотонов.
Что такое PPFD (плотность потока фотосинтетических фотонов)?
Третья часть уравнения PAR — это PPFD. Это означает плотность потока фотосинтетических фотонов, и он не просто измеряет PPF, но также измеряет площадь поверхности. PPFD измеряется в микромоль на квадратный метр в секунду (µmol·m²·sec), что позволяет точно определить, сколько фотонов PAR приземляется на определенную площадь. PPFD — это то, сколько из этих важных фотосинтетических фотонов действительно влияют на площадь аквариума и насколько хорошо эти источники света работают именно с точки зрения выращивания растений.
Один из важнейших аспектов определения требуемой интенсивности освещения - правильное использование единиц измерения и данных об освещенности. Обычно берут во внимание только значения количества падающих на поверхность воды (или под воду) фотонов в отдельный момент времени измеряя PAR, но само по себе значение PAR нам ничего не дает, поскольку прирост биомассы растений определяется не просто интенсивностью PAR, а СУММАРНЫМ количеством PAR фотонов падающих на листья растений в течение ДНЯ на один квадратный метр измеряемым в mol·m²·day - так называемый Дневной PPFD (Photosynthetic Photon Flux per Day, в день).
Чтобы понять, чем PPF отличается от PPFD, достаточно посмотреть на следующую картинку.
Обеспечив некую Среднюю оптимальную освещенность PAR на водной поверхности в µmol·m²·sec в зависимости от режима освещения и общей его длительности можно получить либо недостаточный поток фотонов за день, либо избыточный. Этим можно объяснить, например, тот факт, что при равномерном освещении аквариума 10ч в день при весьма низкой интенсивности PAR>=100µmol·m²·sec рост растений будет хорошим, так как суммарный PPFD за день будет не меньше такового в водоеме с коротким пиком намного более интенсивного освещения.
В природе дневной PPFD сильно урезается из-за того что большую часть дня свет Солнца падает на водную поверхность под большим углом и свет почти не проникает в воду. Кроме того, спектральный состав солнечного света значительно меняется в течение дня, что уменьшает суммарный дневной PPFD по сравнению с более постоянным светом ламп аквариума. Это дает возможность выращивать водные растения в аквариуме при значительно меньшей пиковой интенсивности освещения, но более равномерной в течение дня, в итоге получая дневной PPFD равный тому что получают растения в природе в тени (PAR=185-460µmol·m²·sec) или в облачный день (PAR=185µmol·m²·sec). Увеличивая суммарный PPFD за день можно достичь полного насыщения фотосинтеза (LSP), выше которого увеличения фотосинтеза практически нет (предел насыщения 600-700µmol·m²·sec).
Отсюда следует простой, но важный вывод!
Нельзя увеличивать дневной PPFD увеличивая длительность освещения до более чем 10-12 часов - вы усилите рост водорослей, а не растений!
И тут возникает ещё один важный параметр - DLI.
Что такое DLI (интеграл суточной освещенности)?
Интеграл суточной освещенности (DLI) — это мера совокупного количества света PAR, который поверхность получает в течение дня. Это очень полезный показатель, позволяющий определить, получает ли конкретное место в вашем аквариуме достаточное количество света для хорошего роста растений.
Вот, например, график DLI в природе (солнечный свет) в разные месяцы в течение года.
Для растений с низкими требованиями к освещенности (мхи, папоротники, анубиасы) достаточно DLI порядка 5-10, со средними (эхинодорусы, криптокорины, марсилия) - 10-15, а для растений с высокими требованиями к освещенности (требовательная длинностебелька, хемиантус "Куба") необходимо значение DLI более 15.
Про то, что означает низкая, средняя и высокая интенсивность освещения, какие требования растений к освещённости, как определить интенсивность освещения мы поговорим в другой статье.