Эффект Эмерсона

Одной из главных целей развития растениеводства выступает поиск и внедрение способов повышения производительности и качества урожая выращиваемых культур.
Особенно данная проблема актуальна для культивации в закрытом грунте. Растения получаются не такими крупными, как в естественных условиях, не такими урожайными, а вкусоароматические характеристики и содержание полезных веществ и вовсе часто оставляют желать лучшего, причем, не помогают ни самые лучшие удобрения, ни оптимальный микроклиматический режим.
Казалось бы, у растений в индоре есть все: тепло, влага, питание, свет. Однако двигатель активного развития – фотосинтез, почему-то не «набирает обороты», несмотря на мощные лампы. Самой весомой и вероятной причиной такого положения дел выступает грубая ошибка в расчете и настройке освещения: не учтен эффект Эмерсона – один из важнейших секретов успешных садоводов, умеющих превращать фотоны в урожаи.

Эффект Эмерсона: что это простыми словами?

Лампы могут обеспечивать превосходный по мощности световой поток и даже облучать культуры главными для развития спектрами – синим и красным, как об этом говорится в любом руководстве по расчету освещения для гроубоксов и теплиц.
Но и спектр должен быть «правильным», в частности, красный, от которого зависит очень многое: развитие и укрепление корневой системы, ее способность всасывать питание, фотосинтез с синтезом сахаров и прочих соединений, обильность цветения, количество, крупность и качество плодов.
Так называемый «красные» лучи могут иметь длины волн, по-разному воспринимаемые хлоропластами растения. Причем, «короткий» красный, или просто красный свет с длиной волн до 680 нм и «длинный» красный, или инфракрасный, с длиной волны более 680 нм, а чаще от 700 до 780 нм должны находиться в световом потоке в определенном балансе, но обязательно вместе и, конечно, с добавлением «синих» лучей. Ведь именно таким является солнечный свет, и это способно существенно повысить эффективность квантового выхода, или эффективность фотосинтеза в индоре:

• простимулировать более активное и интенсивное наращивание зеленой массы и продукцию хлорофилла, который будет фотосинтезировать и производить питательные вещества, стимулировать деление клеток;
• способствовать более быстрому и обильному зацветанию, а также укрупнению плодов и накоплению в них необходимых ценных веществ.

Более полувека назад такую связь физики света и биопроцессов у растений заметил выдающийся биолог-ботаник Роберт Эмерсон, который вывел законы фотосинтеза, позволившие растениеводческой сфере сделать существенный шаг вперед.
Зависимость роста и развития любого растения от длин получаемых им световых волн носит название эффекта Эмерсона.
Выведенные законы фотосинтеза позволяют понять, как эффективно управлять биопроцессами, зная, что хлорофилл в растительных клетках содержит хлоропласты, воспринимающие определенный спектр (цвет) света. При этом опыты Эмерсона с облучением растений «длинными» и «короткими» красными волнами подвели к выводу, что, помимо разных по типу хлоропластов, растения обладают двумя типами фотосистем:

• «длинноволновая» система с хлоропластами A-типа;
• «коротковолновая» система с хлорофиллом B.

При этом «длинные» красные лучи с волной 700-800 нм уже не входят в видимый спектр и не способны принимать непосредственное участие в фотосинтезе. Это задача «коротких» красных волн с длиной волны до 680 нм. Но и без «длинного» красного тоже никак: хотя он может быть даже губительным для растений, тем не менее, запускает определенные биопроцессы, в том числе влияя и на интенсивность фотосинтеза, роста и цветения.

Первый эффект Эмерсона: эффект красного падения

Ученый облучал растения длинноволновым красным светом, постепенно повышая его содержание в пучке. Чем больше было «длинных» лучей и чем дольше растения находились под ними, тем хуже вырабатывался хлорофилл, сильнее замедлялся фотосинтез, вплоть до полной остановки развития и постепенного отмирания.
То есть, до определенного момента, наличие «длинных» красных лучей стимулировало растения, запуская естественные механизмы избегания тени, проявляемые в укрупнении листьев, гармоничном вытягивании стеблей, разрастании ветвей. Однако, когда их становилось слишком много, а «коротких» мало, происходило резкое замедление.
Когда же длинноволнового красного мало или вовсе нет, развитие растения также угнетается: недоразвитость, редкая тонкая листва, вялые цветки, позднее зацветание, мелкие плоды и т.д. Такие явления названы эффектом красного падения, от которого не спасает наличие влаги и самых лучших удобрений.

Второй эффект Эмерсона: эффект усиления

В то же время, практически «чистый» длинный красный свет растения получают и в естественных условиях в рассветные и предзакатные часы, при этом активно развиваясь. Но все дело в непродолжительном воздействии длинных волн, тогда как во все остальное время свет содержит лучи как длинных, так и коротких волн.
Обе фотосистемы растения должны быть задействованы одновременно, стимулируя одна другую. В таком случае достигается синергетический эффект – более мощный, чем если бы растения получали отдельно облучение монохромным светом той или иной волны.
Это так называемый эффект усиления. Экспериментально-опытным путем во время изучения влияния длинного красного спектра на различные культуры было установлено усредненное соотношение в излучении коротких и длинных волн, равное 3:1. То есть инфракрасного не должно быть много, но он должен быть в свете на протяжении всего «дня» в оранжерее или гроубоксе, а для большей натурализации на на 15-20 минут - до включения света и перед его выключением на «ночь» рекомендуется снизить содержание в пучке коротких лучей и повысить процент длинных, имитируя естественные рассвет и закат.

Применение на практике эффекта Эмерсона

В ходе исследований и детального изучения применения эффекта Эмерсона на практике ученые пришли к выводу, что дальний красный свет, не относящийся к области фотосинтетически активной радиации, способен служить ингибитором и стимулятором биопроцессов посредством влияния на фитохромные рецепторы в фотосистемах растений. Фитохромы выступают в роли некого анализатора и тумблера, который после анализа состава света и красного спектра в частности, переключает растение в тот или иной режим развития.
Фактически инфракрасные световые волны служат для растения ориентиром, дающим информацию об окружающей среде. Так если отношение короткого красного к длинному в световом потоке снижается, но только до определенного уровня, в растениях активируется программа борьбы за фотоны – клеточное деление и выработка хлорофилла происходит активнее, чтобы можно было заполучить больше световой энергии.
В то же время, когда соотношение красного к дальнему красному в свете слишком низкое, стебли растений стремительно и неестественно вытягиваются по направлению к источнику света – так же, как и при недостатке освещения. Конечно, это негативно сказывается на жизненной силе, иммунитете и урожайности таких культур.
Эстонскими биологами экспериментально в ходе наблюдения за подсолнечником и фасолью, облучаемыми светом с длинами волн от 650 до 790 нм, было установлено, что эффективность фотосинтеза в листьях культур начинала стремительно снижаться после того как доля «длинных» волн (длина от 685 нм и более) в радиации возрастала.
В то же время, наблюдался скачок развития после 720 нм, достигший пика при волне 745 нм, после чего уже при 770 нм наблюдалось резкое падение.
Чтобы грамотно использовать эффект Эмерсона в домашних условиях, добиваясь максимальной продуктивности от индорно выращиваемых культур, необходимо обеспечить им достаточное сочетание коротких и длинных волн красного света. Обеспечить это могут диодные светильники, собираемые из диодов с разными пиками. Причем, отлично, если задействованием тех или иных диодов можно управлять вручную или по таймеру, чтобы зеленые питомцы получали в течение светового «дня» полноспектральный сбалансированный световой «рацион». Это еще одно преимущество LED-освещения в сфере растениеводства.