XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ВЛИЯНИЕ РАЗНЫХ ВИДОВ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ НА РАСТЕНИЯ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ.
Большую часть года, света для растений очень мало. И те, кто выращивают их круглогодично в закрытых помещениях, а не по сезонно на улице, сталкиваются из-за этого с большими проблемами.
Единственный выход их решить — это использовать искусственные источники света. Какие из них лучше выбрать и на что ориентироваться?
Тема моей исследовательской работы: «Влияние разных видов искусственного освещения на растения»
Цель моего исследования: Понять почему под одним освещением растения растут лучше а под другим хуже.
Задачи работы:
изучить и систематизировать изученную литературу по этой теме;
провести исследование вырастив растения
создать презентацию по теме проекта.
Объект исследования: цветочные культуры
Предмет исследования: влияние светодиодного фитосветильника
Методы исследования: работа с источниками информации; подбор предметов и объектов исследования; наблюдение; фиксирование результатов.
Гипотеза: Я предполагаю, что скорость прорастания растений зависит от спектра и интенсивности освещения
План работы:
1. Выбор темы проекта, целей, задач, выдвижение гипотезы.
2. Сбор информации.
3. Проведение практической части
3. Оформление результатов исследования в форме мультимедийной презентации.
4. Презентация результатов проекта на внеклассном мероприятии для одноклассников, обучающихся школы
5. Анализ полученных результатов.
Актуальность исследования: Большое разнообразие растений есть в мире, которые можно выращивать в домашних условия. Но к сожалению, не во всех местах достаточно нужного тепла и солнечного света. Существует много растения страдают от недостатка солнечного света для их роста. Только с использованием дополнительного освещения можно вырастить вкусные и полезные овощи, красивые цветы в зимнее время или в местах без доступа солнечного света. На данный момент существует огромное разнообразие устройств, решающих эту проблему – фитолампы. Обычному садоводу не так просто в их разнообразии выбрать подходящую.
Практическая значимость: Результаты исследования могут помочь популяризировать применение современных светотехнических технологий для выращивания вкусных и полезных овощей, красивых растений в местах отсутствия солнечного света.
Планируемые результаты:
Научусь самостоятельно работать с источниками информаций, познакомлюсь с ней, буду использовать на уроках и в жизни. Выясню, какие все же лампы правильно подбирать для быстрого проращивания растений и их активного роста.
ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ИСКУССТВЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА.
1.1 Зарождение и развитие искусственных источников света
Самым первым из используемых людьми в своей деятельности источником света был огонь (пламя) костра. С течением времени и ростом опыта сжигания различных горючих материалов люди обнаружили, что большее количество света может быть получено при сжигании каких-либо смолистых пород дерева, природных смол, масел и воска. В дальнейшем при развитии технологий позволили создать и в значительной степени усовершенствовать первые независимые источники света, которые можно было устанавливать в любом пространственном положении, переносить и перезаряжать горючим. Определенный прогресс в переработке нефти, восков, жиров и масел и некоторых природных смол позволил выделять: очищенный воск, парафин, керосин и т. П. Такими источниками стали прежде всего свечи, факелы, масляные, а позже нефтяные лампы и фонари. С точки зрения автономности и удобства, источники света, использующие энергию горения топлив, очень удобны, но с точки зрения пожаробезопасности (открытое пламя), выделений продуктов неполного сгорания (сажа, пары топлива, угарный газ) представляют известную опасность как источник возгорания. История знает великое множество примеров возникновения больших пожаров, причиной которых были масляные лампы и фонари, свечи и пр.
Впервые применил в 1868 году керосиновые лампы для выращивания растений русский ботаник Андрей Фаминцын.
Дальнейший прогресс в области изобретения источников света был связан с открытием электричества и изобретением источников тока. На этом этапе научно-технического прогресса стало совершенно очевидно, что необходимо для увеличения яркости источников света увеличить температуру области, излучающей свет. При нагревании электрическим током различных токопроводящих материалов они излучают видимый свет и могут служить в качестве источников света. При выборе рабочего материала конструкторы ламп руководствовались максимальной рабочей температурой нагреваемой спирали, и основное предпочтение было отдано углероду (лампа Лодыгина, 1873 год) и в дальнейшем вольфраму. Параллельно с работой над лампами накаливания, в эпоху открытия и использования электричества также были начаты и значительно развиты работы по электродуговым источником света (свеча Яблочкова) и по источникам света на основе тлеющего разряда. Электродуговые источники света позволили реализовать возможность получения колоссальных по мощности потоков света, а источники света на основе тлеющего разряда — необычайно высокую экономичность. В настоящее время наиболее совершенные источники света на основе электрической дуги — криптоновые, ксеноновые и ртутные лампы, а на основе тлеющего разряда в инертных газах (гелий, неон, аргон, криптон и ксенон) с парами ртути и другие. Наиболее мощными и яркими источниками света в настоящее время являются лазеры.
1.2 Современные виды источников искусственного света
В первую очередь, рядовой обыватель обращает внимание на уровень потребления электроэнергии. Чем больше у вас будет растений, тем больше потребуется светильников и лампочек для них. Неохота платить за электричество больше стоимости урожая. Поэтому при покупке светильников, большое внимание уделяют такому параметру как КПД лампочки.
Лампа накаливания — самый распространенный вариант и также самая старая технология (лампочки-груши). Она отличается невысокой ценой и привычным нам теплым желтым светом. Однако она наименее энергоэффективна и прослужит всего около года (иногда и меньше). Лампа накаливания «отдает» нам в виде света не более 10—15% потребляемой энергии, а остальные 90—85% энергии преобразуются в тепло. Иными словами, она больше греет, а не светит. Поэтому постепенно от них начали отказываться и стали переходить на энергосберегающие лампы. Их КПД примерно в 4 раза выше, чем у обычных.
Энергосберегающая (люминесцентная) лампа соответствует своему названию и действительно позволяет снизить затраты на освещение до 80%, однако требует специальной утилизации, поскольку содержит ртуть. Если такая лампочка разобьется, вам придется срочно принять меры безопасности и провести так называемую демеркуризацию всего помещения.
Не только сама ртуть, но и ее пары ядовиты для человека. И даже в сверхмалых концентрациях могут вызвать тяжелые последствия. Поэтому впоследствии им на замену пришли более безопасные светодиодные источники света. А специально для растений были разработаны фитолампы.
Самая инновационная и обладающая наибольшим количеством преимуществ по сравнению с другими лампами — светодиодная лампа. Она отличается наибольшим сроком службы — до 25 тысяч часов, высокой энергоэффективностью — может экономить до 85% расходов на освещение — и отсутствием теплового, ИК и УФ излучений. Ее не нужно специальным образом утилизировать. Также некоторые типы светодиодных ламп обладают возможностью диммирования (регулирования яркости), что позволит выбрать идеальный уровень освещенности для любой ситуации. К тому же светодиоды загораются моментально в отличие от люминесцентных ламп, которым потребуется на это 2—4 секунды, что многих раздражает.
Технологии не стоят на месте, масштабы производства растут, благодаря чему цена с каждым годом становится все меньше.
1.3 Важность света в жизни растений.
Однако как оказалось, КПД лампочки это не главное в правильном выращивании растений. Самое важное — это их спектр и насколько он отличается от естественного солнечного излучения. Ведь именно к нему привыкли все цветы, овощи, фрукты, ягоды.
Что же прячется за таким научным названием как спектр излучения? Чтобы понять это, придется вспомнить что такое свет? А свет — это не что иное, как электромагнитная волна (рис).
Причем каждый цвет имеет определенную длину волны, отсюда и получается радуга. Однако разная длина означает не только разный цвет, но самое главное — разное количество энергии. Волны с меньшей длиной содержат в себе больше энергии (рис). Если все цвета условно представить не в виде привычной прямой линии, а в виде шариков, то синий шарик будет самым большим по размеру. Зеленый поменьше, а красный окажется самым маленьким (рис).
Все цвета всегда упрощают именно до этих трех видов R-G-B: красный, зеленый, синий.
Почему синий шарик окажется самым объемным? Потому что длина его волны самая маленькая. Она меньше чем у зеленого цвета. А у зеленого в свою очередь, меньше чем у красного. В итоге и получается, что красный цвет несет в себе меньше энергии, а синий больше всего.
И тут у многих может возникнуть логичный вопрос: "А есть ли разница в том, каким именно спектром освещать растения?" И если есть, можно ли эти знания как-то применить с пользой для дела?
Ведь если какой-то цвет окажется более эффективным, то нет ничего проще, как направить всю энергию на растение только от него. Если синий цвет самый "жирный", достаточно засвечивать растения только им и получать шикарный урожай круглый год.
Однако все оказывается не так просто. Здесь нужно учитывать еще одну характеристику света - его качественный или спектральный состав.
На самом деле неверно утверждать, что растениям нужно солнце для фотосинтеза. Слово «фотосинтез» происходит от греческих корней; "фото" относится к свету, а "синтез" - к соединению. Другими словами, растениям для фотосинтеза действительно нужен свет, а не солнечный свет.
Точнее, им нужны фотоны. Фотоны - это частицы, из которых состоит свет, и каждый фотон имеет определенное количество энергии, называемое энергией фотона. Когда фотон попадает в объект, например, в растение, он передает свою энергию этому объекту при попадании в него. Солнечные лучи - это бесплатный источник фотонов, который существует с тех пор, как зародилась жизнь. В конце концов, жизни удалось эволюционировать, чтобы использовать этот богатый источник энергии для выживания.
Кроме правильно подобранного спектра, важную роль играет еще два параметра - время и ритм освещения.
Все растения изначально произрастали на улице при естественном солнце. А солнце как известно не висит в зените 24 часа в сутки. Утром всходит, а вечером заходит. То есть естественная интенсивность освещения сначала постепенно растет, а во второй половине дня, достигнув своего пика, начинает падать.
Это и есть так называемый ритм. И растения его хорошо чувствуют. Измените ритм, не меняя ничего другого, и ваши овощи могут начать болеть, почувствовав себя "не в своей тарелке".
Поэтому опытные садоводы выделили три группы растений - короткого, длинного и нейтрального дня. Длинный день - это когда интенсивность света наблюдается более 13 часов. Короткий - до 12 часов. Растениям для нейтрального дня все равно когда созревать, хоть при коротком, хоть при длинном. Не будете соблюдать заданный природой цикл и у вас упадет урожайность. Сами растения будут какими-то карликовыми.
ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ВЛИЯНИЕМ РАЗНЫХ ИСТОЧНИКОВ ИСКУССТВЕННОГО СВЕТА НА РАСТЕНИЯ
2.1 Ход эксперимента
Я решила поставить эксперимент и понять, какие лампы эффективнее и для каких растений какой свет подходит больше. Чем они отличаются и есть ли смысл переплачивать за фитолампы или достаточно простой светодиодной лампы.
Мной были посажены 4 февраля 2022 года 4 вида растений по трем разным поддонам: бархатцы, цинния, астра и микро зелень. Каждый лоток был поставлен под разную светодиодную лампу для дополнительного освещения. Решим включения ламп во всех лотках был одинаковый в 7.30-8.00 включение и в 21.30-22.00 выключение.
Лоток №1 был поставлен в закрытый ящик полностью без доступа солнечного света. Использовалась лампа для растений А60 AGRO серия PPG. Цвет свечения: красный 650 нм, синий 450 нм. (соотношение красного и синего спектра 5:1), мощностью 9 Ватт.
Лоток №2 находился на открытой полке с небольшим доступом естественного освещения. Использовалась лампа для растений мощностью 10 Ватт . Цвет свечения: белый.
Лоток №3 так же расположен на открытой полке с небольшим доступом естественного освещения. Использовалась лампа для растений полного спектра свечения (синий и красный), мощность 9 ватт. Спектр свечения синий от 320-560, пик 440; красный от 560-800, пик 680.
2.2 Результаты наблюдения.
Самые первые ростки появились уже на второй день исследования. Первыми дали ростки бархатцы в лотке №1. Далее на четвертый день в лотке №2 проросли астры и микрозелень. Только потом на пятый день в лотке №3 дали свои ростки циния и микрозелень.
День 2 лоток №1
День 4 лоток №1
День 4 лоток №2
День 5 лоток №3
Спустя восемь дней после посадки в лотке №1 взошли и дали хороший рост все растения, кроме астры (астра там так и не взошла). Ростки имеют темно зеленый окрас. В лотке №2 проросли и дали рост все растения, но окрас растений немного светлей, чем в лотке №1. Бархатцы более пышные, чем в №1. В лотке №3 взошли и дали рост циния, микрозелень и астра, бархатцы начали прорастать только на десятый день после посадки. Окрас растения имеют светло-зелёный. побеги менее пышные.
День 10 лоток№1
День 10 лоток №2
День 10 лоток №3
С пустя 3,5 месяц после посадки растения высадили в сад у бабушки. Все растения дали хороший рост и перестали чем то отличаться. Бархатцы из лотка №3 догнали по росту и пышности остальные растения спустя 2 недели после высадки в грунт.
День 150 бархатцы из лотока №1,2
День 150 бархатцы из лотока №3
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходеисследования мной были сделаны следующие выводы:
Для тех из нас, кто живет в квартирах, которые не получают много солнечного света, есть доступные и небольшие лампы для выращивания, которые должны работать так же хорошо, как и солнце. Главное, что свет не должен быть включен постоянно, так как слишком много света вредно для растения!
Опытным путем доказали влияние светодиодных фито ламп на интенсивность проращивания, роста и развития надземной части растений. Продолжительность прорастания семян и их дальнейший рост под светодиодными фито лампами с красным и синим спектром свечения отличается.
Вот только необходимость энергии на разных цветах у разных растений не равноценна. И если одной и той же лампочкой засвечивать разные растения, то результаты будут совершенно разные.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Рождественский В.И., Клешин А.Ф. «Управляемое культивирование растений в искусственной среде»
Современный словарь иностранных слов ОК 20 000 слов –М.: русский язык, 1993 г.
Ожегов С.И. –Словарь русского языка изд. 2-е испр. и дополнен 52 000 слов –М.: 1952г.
Ресурсы интернета:
История развития искусственного освещения: [статья]. URL: https://colorleds.ru/stati/istoriya-razvitiya-iskusstvennogo-osveshcheniya.html (дата публикации 07.11.2015)
Освещение для растений - все что нужно знать простыми словами [статья]. URL: https://svetosmotr.ru/osveshhenie-dlya-rastenij-vse-chto-nuzhno-znat-prostymi-slovami/ (дата публикации 26.05.2018)
Искусственные источники света//Материал из Википедии — свободной энциклопедии [сайт]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Искусственные_источники_света
https://ru.wikipedia.org/wiki/Искусственное_освещение_растений