CC BY
35
XXXXXXXXX electrical technologies, electrical equipment XXXXXXXXX XXXXXXXX and power supply of the agro-industrial complex XXXXXXXX
Научная статья УДК 628.95:635.4
Б01: 10.24412/2227-9407-2023-8-56-73
Исследование влияния фотосинтетически активной радиации и спектрального состава света на развитие кресс-салата при его искусственном освещении
Максим Юрьевич Егоров1, Галина Сергеевна Федорова2в
12Великолукская государственная сельскохозяйственная академия , Великие Луки, Россия 1 [email protected], https://orcid.org/0000-0001-6080-2070 [email protected]в', https://orcid.org/0000-0002-8145-5589
Введение. В условиях светокультуры весьма актуальным вопросом остается выбор оптимальной величины фотосинтетически активной радиации (ФАР) в области нахождения стеблей и листьев выращиваемых растений и оптимального состава спектра излучения используемых фитоламп и фитосветильников для правильного и сбалансированного развития растений, для обеспечения максимальной продуктивности по хозяйственно полезной биомассе при минимальных затратах на электроэнергию в тех или иных условиях выращивания растений. Использование неоптимальных значений ФАР и составов спектра излучения может привести как к банальному перерасходу электроэнергии без существенного влияния на конечный результат, так и к серьезным проблемам с ростом и развитием растений. Численные значения упомянутых параметров являются исходными данными при проектировании всех без исключения фитоламп и фитосветильников, определяя их электрическую схему и компонентный состав.
Материалы и методы. Объектом исследования была выбрана зеленная культура - кресс-салат марки «Дан-ский», семена которого произведены компанией «PowerFood Микрогрин». Экспериментальная установка построена на базе специально разработанного и изготовленного многорежимного фитосветильника, содержащего в своем составе 112 светодиодов: 64 светодиода красного спектра излучения и 48 светодиодов синего спектра излучения. Освещение кресс-салата осуществлялось круглосуточно в затемненных условиях, практически полностью лишенных солнечного света, установкой с задаваемым посредством микропроцессорного устройства управления (МСУ) спектральным составом света в следующем порядке: а) спектр, состоящий из глубокого синего (440 нм) и глубокого красного (660 нм) оптических излучений в равных долях - по 50 % процентов каждое; б) спектр, состоящий полностью из глубокого красного оптического излучения (100 %); в) спектр, состоящий полностью из глубокого синего оптического излучения (100 %). При каждом составе спектра посредством размещения образцов растений на разной высоте относительно светильника обеспечивалось освещение этих образцов с тремя разными уровнями ФАР (Вт/м2): 6, 21, 36 (интервал между уровнями - 15 Вт/м2). Таким образом при исследовании одновременно на трех уровнях варьировались два входных фактора: ФАР и состав спектра излучения. В качестве выходных факторов приняты показатель зеленой массы и средний рост растений. Результаты. В результате обработки опытных данных выяснилось, что оптимальное значение ФАР равно 19,881 Вт/м2, а оптимальное процентное содержание красного излучения в общем сине-красном спектре равно 100 %, то есть оптимален спектр, состоящий полностью из красного излучения.
Обсуждение. При дифференцированном подходе, когда исследуются отдельные стадии развития растения, оптимальные сочетания факторов для каждой отдельной стадии могут быть уже другими в плане, например, состава спектра. В частности, ряд исследований подчеркивает важность синего излучения на самой ранней стадии, когда семена только-только дают всходы. Следовательно, на самой ранней стадии развития растений
Аннотация
© Егоров М. Ю., Федорова Г. С., 2023
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX и энергоснабжение агропромышленного комплекса XXXXXXX
параметр S будет меньше 100. Но полученный результат в масштабе всего цикла развития растения говорит скорее, о том, что процент стадий развития растения, где необходимо синее излучение, от общего количества стадий развития относительно небольшой.
Заключение. Полученный результат может использоваться в качестве исходных параметров при проектировании схемы и алгоритма функционирования интеллектуального фитосветильника, обеспечивающего правильное и сбалансированное развитие растения при минимальных затратах электроэнергии.
Ключевые слова: кресс-салат, освещение, рассада, растение, спектр излучения, фитосветильник, фотосинтети-чески активная радиация
Для цитирования: Егоров М. Ю., Федорова Г. С. Исследование влияния фотосинтетически активной радиации и спектрального состава света на развитие кресс-салата при его искусственном освещении // Вестник НГИЭИ. 2023. № 8 (147). С. 56-73. DOI: 10.24412/2227-9407-2023-8-56-73
Investigation of the influence of photosynthetically active radiation and the spectral composition of light on the development of cress under its artificial lighting
Maksim Y. Egorov1 ,Galina S. Fedorova2B
12 Velikiye Luki's state agricultural academy, Velikie Luki, Russia 1 [email protected],https://orcid.org/0000-0001-6080-2070 [email protected]^ https://orcid.org/0000-0002-8145-5589
Abstract
Introduction. In the conditions of light culture, a very topical issue is the choice of the optimal value of photosynthetically active radiation (PAR) in the area where the stems and leaves of grown plants are located and the optimal composition of the radiation spectrum of used phytolamps and phytolamps for the correct and balanced development of plants, to ensure maximum productivity on economically useful biomass at the minimum cost of electricity in certain conditions of growing plants. The use of non-optimal PAR values and the composition of the emission spectrum can lead to both a banal overexpenditure of electricity without a significant impact on the final result, and serious problems with the growth and development of plants. The numerical values of the mentioned parameters are the initial data in the design of all phytolamps and phytolamps without exception, determining their electrical circuit and component composition.
Materials and methods. The object of the study was a green crop - watercress brand «Dansky», the seeds of which were produced by the company «PowerFood Microgreen». The experimental setup is built on the basis of a specially designed and manufactured multi-mode phytolamp containing 112 LEDs: 64 LEDs of the red emission spectrum and 48 LEDs of the blue emission spectrum. Watercress was illuminated around the clock in dark conditions, almost completely devoid of sunlight, using a setup with the spectral composition of light specified by a microprocessor control device (MCD) in the following order: a) a spectrum consisting of deep blue (440 nm) and deep red (660 nm) optical radiation in equal shares - 50 % percent each; b) a spectrum consisting entirely of deep red optical radiation (100 %); c) a spectrum consisting entirely of deep blue optical radiation (100%). For each composition of the spectrum, by placing plant samples at different heights relative to the lamp, these samples were illuminated with three different levels of PAR (W/m2): 6, 21, 36 (the interval between levels is 15 W/m2). Thus, during the study, two input factors were varied simultaneously at three levels: PAR and the composition of the radiation spectrum. The green mass index and the average plant growth were taken as output factors.
Results. As a result of processing the experimental data, it turned out that the optimal value of the PAR is 19.881 W/m2, and the optimal percentage of red radiation in the total blue-red spectrum is 100 %, that is, the spectrum consisting entirely of red radiation is optimal.
Discussion. With a differentiated approach, when individual stages of plant development are studied, the optimal combinations of factors for each individual stage may already be different in terms of, for example, the composition of
XXXXXXXXX electrical technologies, electrical equipment XXXXXXXXX XXXXXXXX and power supply of the agro-industrial complex XXXXXXXX.
the spectrum. In particular, a number of studies highlight the importance of blue light at a very early stage when seeds are just emerging. Consequently, at the earliest stage of plant development, the parameter S will be less than 100. But the result obtained on the scale of the entire plant development cycle suggests rather that the percentage of plant development stages where blue radiation is needed from the total number of development stages is relatively small. Conclusion. The result obtained can be used as initial parameters when designing a circuit and an algorithm for the functioning of an intelligent phytolamp, which ensures the correct and balanced development of a plant with minimal power consumption.
Keywords: watercress, seedlings, plant, lighting, phytolamp, radiation spectrum, photosynthetically active radiation
For citation: Egorov M. Y., Fedorova G. S. Investigation of the influence of photosynthetically active radiation and the spectral composition of light on the development of cress under its artificial lighting // Bulletin NGIEI. 2023. № 8 (147). С. 56-73. DOI: 10.24412/2227-9407-2023-8-56-73
Введение
Создание и строительство новых парников и теплиц требует от инженеров решения множества задач. В частности, необходима разработка современных энергосберегающих технологий, которые позволят снизить затраты на теплицы, а следовательно, и уменьшат затраты на производство овощной продукции. Одним из важнейших направлений научно-исследовательских и опытно-
конструкторских работ здесь является разработка энергоэффективных источников света и способов облучения растений. Это связано с тем, что в зимне -весенний период в теплицах в условиях дефицита естественного освещения излучение искусственных источников света является одним из основных и важных факторов, которые воздействуют на рост и развитие растений [1, ^ 19].
Наиболее эффективным путем воздействия на продуктивность и урожайность растений является управление фотосинтезом. Русский исследователь К. А. Тимирязев в своем труде «Космическая роль растений» доказал, что источником энергии для фотосинтеза служит преимущественно красный и синий спектр излучения естественного и искусственного освещения, а влияние зеленого спектра менее существенно.
Основным источником естественного оптического излучения является Солнце. Оптическое излучение Солнца находится в очень широком интервале длин волн. Воздействие излучения различных участков спектра на растительный организм определяется энергией, которую имеет квант. Энергия кванта излучения максимальна у гамма-излучения и рентгеновских лучей и минимальна у радиоволн.
Энергия квантов гамма-излучения, рентгеновского излучения и коротковолновой части ультрафиолетового (УФ) излучения настолько велика, что разрывает химические связи в молекулярных растительных структурах и поэтому действует на растения разрушительным образом. В солнечной радиации, достигающей поверхности Земли, эти типы излучений почти полностью отсутствуют, так как поглощаются в верхних слоях атмосферы.
Скорость фотосинтеза, а следовательно, и накопление биомассы растений зависят от количества энергии, трансформируемой в биохимические связи. Поскольку трансформация энергии света в энергию химических связей при фотосинтезе есть следствие поглощения квантов света, то можно полагать, что чем больше квантов содержит лучистый поток, тем выше может быть фотосинтез растений.
Количество квантов света в лучистых потоках одного и того же спектрального состава имеет линейную связь с интенсивностью излучения, которая характеризует мощность лучистого потока. Если лучистые потоки имеют различный спектральный состав, то поток излучения с меньшим количеством квантов может иметь большую интенсивность, чем поток излучения, где квантов больше, но в энергетическом отношении они более «мелкие». Так, кванты синего спектра излучения в энергетическом отношении более «крупные», чем кванты красного спектра.
Между интенсивностью света и фотосинтезом существует зависимость, которая часто изображается графически в виде световой кривой фотосинтеза, которая показана на рисунке 1.
электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение агропромышленного комплекса'
Рис. 1. Световая кривая фотосинтеза растений Fig. 1. Light curve of photosynthesis of shade-loving and light-loving plants Источник: разработано авторами на основании данных
Анализируя рисунок 1, можно сказать, что связь между фотосинтезом и интенсивностью света может сильно различаться в зависимости от величины последней. При низкой интенсивности света суммарной энергии квантов света недостаточно, чтобы процесс фотосинтеза обеспечил энергетические потребности жизнедеятельности растений. В этих условиях основная энергия для поддержания жизнедеятельности растений черпается за счет распада ранее синтезированных веществ. Этот процесс называется дыханием.
Так как при дыхании энергия для растений расходуется путем разрушения части синтезированных ранее за счет фотосинтеза соединений, а при фотосинтезе энергия накапливается в процессе синтеза органических соединений, то происходит «отрицательный фотосинтез» для баланса энергии. Точки компенсации показывают уравновешивание фотосинтеза дыхательными процессами.
С дальнейшим ростом количества квантов света в потоке излучения интенсивность света возрастает, увеличивается фотосинтез, а значит, и накопление биомассы растений. Основная энергия, расходуемая на обеспечение жизнедеятельности растений, поступает уже за счет процесса фотосинтеза - «положительный фотосинтез». Поначалу этот процесс имеет линейную зависимость, но из-за того, что резервы усвоения растением энергии на фотосинтез не безграничны, появляется нелинейная зависимость фотосинтеза растений от интенсивности света.
Когда усвоение энергии дополнительных квантов света на фотосинтез прекращается, наступает стадия светового насыщения, которая характеризуется точками насыщения. На данном этапе рост интенсивности света не меняет величины фотосинтеза. Если продолжать увеличивать интенсивность света, то, начиная с ее определенного значения, избыточное количество квантов света оказывает прогрессирующий повреждающий эффект на фотосинтетический аппарат, в результате чего фотосинтез растений снижается.
Как видим, интенсивность света является одним из наиболее доступных в практическом плане способов светового управления величиной и качеством урожая растений. Однако при благоприятном спектральном составе света правильный выбор его интенсивности может сыграть решающую роль в количестве и качестве получаемой растительной продукции. С одной стороны, изменение интенсивности света выполняет субстратную роль, увеличивая и уменьшая световое питание растений. С другой стороны, в процессе изменения интенсивности света меняется качественная направленность многих физиологических процессов: роста, биохимических синтезов и развития репродуктивных органов [2].
Субстратная роль света основана на использовании энергии света в процессе фотосинтеза на образование химических связей, то есть на синтез биомассы растений. Регуляторная роль света связана с запуском тех или иных механизмов, которые контролируют физиологические процессы, напри-
i electrical technologies, electrical equipment and power supply of the agro-industrial complex
мер, направленность биохимических синтезов (углеводная или белковая), открытие или закрытие устьиц, движение органов растений под действием света (фототропизм), начало зацветания растений. Энергетические затраты на обеспечение регулятор-ных процессов намного ниже, чем на субстратные потребности, обеспечивающие растения энергией для построения органической биомассы.
Диапазон оптического излучения, имеющий у растений основное субстратно-регуляторное значение, имеет примерные границы 280-750 нм. Внутри этих границ выделены спектральные диапазоны, имеющие следующее физиологическое значение:
• диапазон 280-230 нм оказывает вредное воздействие на рост и развитие растений;
• диапазон 320-400 нм играет регуляторную роль в развитии растений;
• диапазоны 400-500 нм (синий) и 600-700 нм (красный) обладают как субстратным, так и регуля-торным воздействием;
• диапазон 500-600 нм (зеленый) полезен для обеспечения фотосинтеза оптически плотных листьев и густых посевов растений;
• диапазон 700-750 нм (дальний красный) обладает регуляторным воздействием.
Среди всех типов излучения только длинноволновое УФ-излучение и видимое излучение хорошо поглощаются растениями. Энергия квантов этих участков спектра недостаточна для разрушения химических связей, однако способна обеспечить ряд внутренних перестроек у атомов и молекул растений, что вызывает химические реакции, лежащие в основе жизненно важных процессов - фотосинтеза, дыхания, роста [3, с. 437].
Очевидно, что все указанные спектральные диапазоны входят в состав солнечного излучения в допустимых для растений комбинациях. В то же время в условиях искусственного облучения растений, когда естественный свет отсутствует, обеспечение оптимального присутствия спектральных диапазонов в излучении источников света является проблематичным. В этой связи чрезвычайно важное значение приобретает знание спектральных и энергетических характеристик лучистого потока при выборе ламп как источника излучения для светокультуры растений. Кроме этого, необходимо знание видовых особенностей посевов растений фито-ценозов, где формируется высокий урожай сельскохозяйственных культур.
При оценке фотобиологического действия излучения ламп на растения принято учитывать роль ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областей спектра. Наиболее реальной перспективой повышения эффективности излучения ламп, используемых в светокультуре, является оптимизация спектрального состава этих ламп. Также возможность регулирования интенсивности света и его спектрального состава способствует благоприятному развитию растений и высокому урожаю продукции при меньших затратах электроэнергии. Достаточно высокий уровень светотехнических разработок позволяет варьировать спектр излучения ФАР различных по мощности источников света в широких пределах. Накопление фактического материала по физиологическому воздействию излучения различных участков ФАР позволяет разработать способы улучшения жизнедеятельности растений, включая продукционный процесс.
Отсутствие четких представлений о регулировании интенсивности света и его спектрального состава, а также о его роли в жизнедеятельности растений связано с недостатком систематических исследований по данному вопросу. В настоящее время исследования в этом направлении часто ограничиваются анализом фотобиологической эффективности источников света с различным содержанием видимого излучения, и на основании этого делаются определенные выводы о роли различного количества ФАР в жизнедеятельности растений.
Возможность адаптации световых спектров позволяет применять новейшие технологии выращивания растений и контролировать рост, развитие и питательные качества растений [4; 5; 6; 7; 8; 9]. В условиях светокультуры весьма актуальным вопросом остается выбор оптимальной величины фото-синтетически активной радиации (ФАР) в области нахождения стеблей и листьев выращиваемых растений и оптимального состава спектра излучения используемых фитоламп и фитосветильников для правильного и сбалансированного развития растений, для обеспечения максимальной продуктивности по хозяйственно полезной биомассе при минимальных затратах на электроэнергию в тех или иных условиях выращивания растений [10; 11]. Использование неоптимальных значений ФАР и составов спектра излучения может привести как к банальному перерасходу электроэнергии без существенного влияния на конечный результат, так и к серьезным проблемам с ростом и развитием расте-
электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение агропромышленного комплекса'
ний. Численные значения упомянутых параметров являются исходными данными при проектировании всех без исключения фитоламп и фитосветильни-ков, определяя их электрическую схему и компонентный состав.
Материалы и методы
На рисунке 2 представлена фотография экспериментальной установки с микропроцессорной системой управления (МСУ), а на рисунке 3 - её конструкция.
Экспериментальная установка представляет собой фитосветильник, содержащий в своем составе 112 штук 3-ваттных светодиодов. Фитосветильник стимулирует рост и развитие растений за счет излучения волн спектров излучения, благоприятных для фотосинтеза тем, что красный спектр нужен для интенсивности развития растений (64 шт.), а синий -для прорастания и формирования первых листьев (48 шт.). Подобное соотношение между количествами указанных светодиодов выбрано для обеспечения равенства их суммарных световых потоков, так как мощность каждого из красных светодиодов меньше, чем у каждого из синих светодиодов. Научная новизна подтверждается патентом на полезную модель [12].
На рисунке 3 представлена принципиальная электрическая схема МСУ. Регулирование интен-
сивности светового потока оптического излучения установки и его спектрального состава осуществляется благодаря микроконтроллеру и двум IGBT-транзисторам, коммутирующим ток через группы светодиодов.
На рисунке 5 показан общий вид микропроцессорной системы управления, а на рисунке 6 - её схема.
Управление режимами работы светильника осуществляется посредством кнопок. Кнопка 1 предназначена для переключения между режимами по следующему алгоритму (номер пункта за вычетом единицы - количество нажатий кнопки, переключения идут циклично):
1) совместное включение всех светодиодов на полную мощность (первый режим, включается сразу при подаче питания на установку);
2) включение только красных светодиодов с возможностью регулирования светового потока (второй режим);
3) включение только синих светодиодов с возможностью регулирования светового потока (третий режим);
4) совместное включение всех светодиодов с отрегулированными во втором и третьем режимах световыми потоками (четвертый режим).
Рис. 2. Общий вид установки с микропроцессорной системой управления (МСУ) Fig. 2. General view of the plant with a microprocessor control system (MCS) Источник: разработано авторами статьи
Рис. 3. Конструкция установки Fig. 3. Installation design Источник: разработано авторами статьи
i electrical technologies, electrical equipment and power supply of the agro-industrial complex
Рис. 4. Принципиальная электрическая схема системы микропроцессорного управления (МСУ) Fig. 4. Schematic diagram of the microprocessor control system Источник: разработано авторами статьи
Рис. 5. Вид МСУ с кнопками: 1 - переключение между режимами; 2 и 3 - регулирование
световых потоков светодиодов по каждому режиму в большую или меньшую сторону; 4 - включение режима автоматического включения и отключения светодиодов по времени Fig. 5. LSU view with buttons: 1 - switching between modes; 2 and 3 - regulation of the light fluxes of LEDs for each mode up or down; 4 - enable the mode of automatic switching on and off of the LEDs by time
Источник: разработано авторами статьи
электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение агропромышленного комплекса'
Рис. 6. Схема блока управления: 1 - радиаторы алюминиевые с IBGT-транзисторами;
2 - клеммник; 3 - печатная плата с микроконтроллером; 4 - блок питания (12В, 29А) Fig. 6. Control unit diagram: 1 - aluminum heatsinks
with IBGT transistors; 2 - terminal block;
3 - printed circuit board with a microcontroller;
4 - power supply (12V, 29A)
Источник: разработано авторами статьи
Кнопки 2 и 3 регулируют световой поток светодиодов по каждому режиму в большую или меньшую сторону соответственно. Кнопка 4 отвечает за включение режима автоматического включения и отключения светодиодов по времени, кнопкой 1 также можно перейти в пятый режим, в котором все светодиоды отключаются, а кнопками 2 и 3 в этом случае можно будет задать текущее время в часах и минутах.
Целью эксперимента было определение оптимального сочетания ФАР и процента содержания красного излучения в общем сине-красном спектре, при которых достигается сбалансированное и оптимальное развитие растений в плане показателя зеленой массы и роста зеленой культуры кресс-салата.
Приборы и оборудование, которые применялись во время исследования:
• спектрофотометр ТКА «Спектр» для получения спектра излучения светильника и измерения величины потока фотосинтетически активной радиации от него;
• ювелирные весы PocketScale для измерения показателя зеленой массы полученного урожая;
• мультиметр ТЕК DT 838 для проверки диодов и транзисторов;
• ваттметр Robiton для измерения мощности;
• люксметр RGK LM-20 для измерения освещенности в видимой области спектра.
Эксперимент выполнялся по следующим этапам:
1. Определение контрольного значения ФАР (Вт/м2).
2. Настройка установки.
3. Подготовка грунта.
4. Посев семян.
5. Наблюдение за развитием роста и развития растений, полив.
6. Взвешивание и измерение полученных образцов.
Первый этап исследования. Непосредственно перед настройкой установки определили максимально возможные значения ФАР, которые фактически можно получить при регулировании во 2-м и 3-м режимах, так как в них априори ФАР будет меньше, чем в режиме совместного красно-синего спектра. Для удобства дальнейших операций и настроек произвольно выбрали контрольную точку в пространстве строго под светильником. Это необходимо было для того, чтобы во всех опытах настройки режимов были при необходимости сопоставимы, повторяемы и в целом предсказуемы. Спектрофотометр установили на штатив для удобства фиксации его в районе контрольной точки, проверили исправность измерительного прибора. Настроили в спектрофотометре режим «без ослабителя» и «режим ФАР», использовали также режим измерения синего и красного поддиапазонов видимого оптического излучения при настройках во 2-м и 3-м режимах работы установки соответственно. Допускалась погрешность значений при настройке в пределе 0,1-0,5. В итоге получилось при фактически выбранной нами контрольной точке, что наибольшее значение ФАР, которое можно настроить при красном, синем и красно-синем спектрах, составляло 13 Вт/м2, причем при совместном (четвертом) режиме нужно было ФАР во втором и третьем режимах настраивать по 6-7 Вт/м2, для того чтобы при четвертом (совместном) режиме получить 13 Вт/м2.
Второй этап исследования. Здесь необходимо было настроить значения ФАР на каждом ярусе при заданном составе спектра. Включали соответствующий режим (второй или третий), настраивали регулятором и спектрофотометром значение 13 Вт/м2 в контрольной точке. Затем на самой верхней точке (верхний ярус), где еще можно разместить растения, измеряли наибольшее значение ФАР, которое в нашем случае составляло 36 Вт/м2, а в самой нижней точке (на первом нижнем ярусе) определили наименьшее значение ФАР - 6 Вт/м2. После рассчитали среднее арифметическое наибольшего и наименьшего значений и получили 15 Вт/м2. В связи с этим приняты следующие уровни варьирования ФАР на ярусах: I - 6 Вт/м2, II - 21 Вт/м2, III -
i electrical technologies, electrical equipment and power supply of the agro-industrial complex
36 Вт/м2. Под принятые уровни ФАР формировали и настраивали по высоте подставки под контейнеры с растениями. В итоге при всех режимах при условии настройки уровня ФАР в 13 Вт/м2 в области контрольной точки на всех упомянутых ярусах автоматически получался необходимый уровень ФАР.
При смешанном спектре поочередно во 2 и 3 режимах настраивали в контрольной точке значение ФАР, прибавляя или уменьшая его уровень кнопками 2 и 3 соответственно. В итоге, чтобы получить необходимые 13 Вт/м2 в контрольной точке при смешанном режиме, необходимо было при втором (красный спектр) и третьем (синий спектр) режимах в контрольной точке настроить значение ФАР 6,5 Вт/м2. Состав излучения в четвертом режиме имеет следующее соотношение энергий по спектру: 50 % в синей области (440 нм) и 50 % в красной области (660 нм).
Третий этап исследования. Перед исследованиями подготовили поддоны с грунтом. Двадцать четыре пластиковых стакана заполнили готовым почвенным грунтом, который был слегка утрамбован, и затем грунт увлажнили, налив в каждый стакан по 50 мл воды. Использовался грунт «Помидорчик и перчик» с кислотностью 6-7 рН и содержанием 170-250 мг/кг азота, 340-420 водорастворимого фосфора и 360-440 мг/кг водорастворимого калия.
Четвертый этап исследования. Для исследования, которое длится больше месяца, было решено в качестве объекта исследования выбрать кресс-салат сорта Данский производителя «PowerFood Микрогрин», так как данная зеленая культура быстро всходит и не требует особых усилий при выращивании. Также кресс-салат богат фолиевой кислотой и бета-каротином. Небольшое количество кресс-салата имеет суточную дозу витаминов С, А и К. Сухие семена засевались по 16 штук в увлажненный грунт, затем их присыпали слоем грунта толщиной 1-1,5 см.
Пятый этап исследования. Рассаду поливали вручную 4 раза в неделю по 50 мл в каждый стакан, как рекомендовано производителем семян «PowerFood Микрогрин». Наблюдение за развитием растений проводили ежедневно. На протяжении всего эксперимента соблюдался заданный спектральный состав и уровень ФАР по ярусам, фиксировался рост зелени.
Освещение кресс-салата осуществлялось круглосуточно в затемненных условиях, практически полностью лишенных солнечного света, уста-
новкой с задаваемым посредством микропроцессорного устройства управления (МСУ) спектральным составом света в следующем порядке:
а) с 20 сентября по 4 октября 2022 г. - спектр, состоящий из глубокого синего (440 нм) и глубокого красного (660 нм) оптических излучений в равных долях - по 50 % процентов каждое;
б) с 4 по 18 октября 2022 г. - спектр, состоящий полностью из глубокого красного оптического излучения (100 %);
в) с 18 октября по 1 ноября - спектр, состоящий полностью из глубокого синего оптического излучения (100 %).
При каждом составе спектра посредством размещения образцов растений на разной высоте относительно светильника обеспечивалось освещение этих образцов с тремя разными уровнями ФАР (Вт/м2): 6, 21, 36 (интервал между уровнями -15 Вт/м2). Таким образом при исследовании одновременно на трех уровнях варьировались два входных фактора: ФАР и состав спектра излучения. В качестве выходных факторов приняты показатель зеленой массы и средний рост растений.
Шестой этап исследования. По истечении двух недель каждой стадии исследования взвешивали полученный урожай, измеряли итоговый рост кресс-салата, проводили визуальную оценку листьев.
Полученные экспериментальные данные были обработаны с использованием регрессионного анализа, в основе которого был задействован способ минимизации функционала метода наименьших квадратов. Итогом анализа стали уравнения регрессии и, поскольку экспериментальное исследование является двухфакторным, соответствующие им поверхности отклика в трехмерной системе координат [13; 14]. При двухфакторных исследованиях обычно рекомендуется приближать совокупность экспериментальных данных полиномами той или иной степени. С достаточной для практических целей точностью в большинстве ситуаций можно при двух варьируемых факторах использовать полином второй степени, который в общем случае выглядит следующим образом:
Д.х,у) = a•x2+by2+c•xy+d•x+ey+f, (1)
где х, у - варьируемые при эксперименте параметры; а, Ъ, с, е, / - эмпирические коэффициенты, которые подлежат вычислению посредством способа минимизации функционала метода наименьших квадратов.
Причем состав данного полинома будет варьироваться в зависимости от значимости отдельных
электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение агропромышленного комплекса'
его членов, которую можно приблизительно оценить на основе предварительного анализа экспериментальных данных, например, может быть установлено, что выходная величина от отдельных факторов зависит, скорее, линейно, а не квадратично, благодаря чему отдельные квадратичные члены могут быть исключены из состава полинома. Упомянутый анализ в числе прочего можно проводить на основе столбчатых диаграмм, показывающих значения выходной величины при различных сочетаниях значений входных факторов.
Для получения регрессионного уравнения с использованием вышеуказанного полинома составляется функционал следующего вида, в котором отыскиваемые эмпирические коэффициенты уже выступают в качестве независимых переменных: F(a,b,c,d,e,f) = lf=1(Mi - f(Xb Y, а, b, с, d, е, f))2, (2) где N - количество опытных данных (результатов измерений), шт.; M - массив результатов измерений исследуемой величины (Mi - конкретное значение элемента массива M с номером i); X, Y - массивы значений варьируемых факторов (X, Yi - конкретные значения элементов соответственно массивов X и Yс номером i); i - счетный индекс; a, b, c, d, e и f - подлежащие определению эмпирические коэффициенты.
Полученный функционал подвергается оптимизации по критерию минимума его значения (минимизации) с использованием численных методов решения экстремальных задач на базе программы для математических вычислений Mathcad [15; 16; 17]. Результатом вычислений будет вектор искомых значений эмпирических коэффициентов a, b, c, d, e и f.
Результаты
Входными факторами при экспериментальном исследовании являются величина фотосинтети-чески активной радиации (ФАР), которую обозначим через F, и процент S содержания красного излучения с длиной волны 660 нм в общем сине-красном спектре, состоящем из указанного красного излучения и синего (длина волны 440 нм) излучения. В последнем случае качественный по большому счету фактор (состав спектра) выражен в количественном виде для удобства последующего анализа. Таким образом, для спектра, состоящего целиком из красного излучения, S будет равен 100, для спектра, состоящего из 50 процентов красного и 50 процентов синего излучения, S будет равен 50, для спектра, состоящего целиком из синего излучения, S будет равен 0. В качестве выходных факторов приняты для анализа следующие: показатель зеленой массы растений и средний рост растений. Как показали предварительные поисковые эксперименты, рассмотрение отдельно показателя зеленой массы растений или среднего роста растений не давало достоверной информации об эффективности влияния дополнительного освещения на общее морфологическое развитие растений [18]. Только комплексный учет двух выходных факторов - показателя зеленой массы и среднего роста - позволял получить объективную и биологически целостную и корректную картину результата развития растения, подвергнутого процедуре дополнительного искусственного освещения.
Результаты экспериментальных исследований поместим в таблицу 1.
Таблица 1. Результаты экспериментальных исследований Table 1. Results of experimental studies
No Спектр S, %* / ФАР F, Вт/м2 / Зеленая масса, г / Рост, см /
№ Spectrum S, %* PAR F, W/m2 Green mass, g Height, cm
1
2
3
4
5
6
7
8 9
0 0 0
50 50 50 100 100 100
6 21 36 6 21 36 6 21 36
5.7
5.8 1,14 6,18 4,71 7,17
10 14 19
10 8 4
7 4 3 12 10
8
*Примечание: спектр количественно закодирован как процентное содержание красного излучения в общем сине-красном спектре
Источник: разработано авторами статьи на основании исследования
i electrical technologies, electrical equipment and power supply of the agro-industrial complex
На рисунке 7 представлены образцы кресс-салата, полученные при освещении фитосветильни-ком со следующим спектральным составом света:
а) спектр, состоящий из глубокого синего (440 нм) и глубокого красного (660 нм) оптических излучений в равных долях - по 50 % каждое (также показан кресс-салат, выращенный на подоконнике при естественном дневном освещении);
б) спектр, состоящий полностью из глубокого красного оптического излучения (100 %);
в) спектр, состоящий полностью из глубокого синего оптического излучения (100 %).
Для предварительного анализа экспериментальных данных построим столбчатые диаграммы, представленные на рисунках 8 и 9. Данные рисунки иллюстрируют значения показателя зеленой массы и среднего роста растений при различных сочетаниях значений входных факторов: фотосинтетически активной радиации и состава спектра излучения. На диаграммах I, II и III - номера ярусов, определяющих величину ФАР, третьему ярусу соответствует большее значение ФАР.
Из диаграммы на рисунке 8 видно, что показатель зеленой массы нелинейно зависит от величины ФАР и состава спектра. В то же самое время на диаграмме, изображенной на рисунке 9, видно, что средний рост растений приблизительно линейно зависит от величины ФАР при всех составах спектра. Исходя из этого, целесообразно записать в общем виде полиномиальные регрессионные выражения для показателя зеленой массы растений МК(Е,Б) и среднего роста растений ИК(Е,8) следующим образом:
МК(Е,5)= к1^2 + к2^ + к3 + к4^ + к5Я + к6; (3) ИК(Е,8)= пгБ2 + п2^ + п3Б + п4, (4) где k1, k2, k3, k4, k5, k6 - подлежащие определению эмпирические коэффициенты регрессионного выражения для показателя зеленой массы; п1, п2, п3, п4 - подлежащие определению эмпирические коэффициенты регрессионного выражения для среднего роста растений; ^ - величина ФАР, Вт/м2; - процентное содержание красного излучения в общем сине-красном спектре, %.
:
Рис. 7. Кресс-салат, выращенный при условиях искусственного освещения (излучение фитосветильника) Fig. 7. Watercress grown under artificial lighting conditions (phytolamp radiation) Источник: разработано авторами статьи
электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение агропромышленного комплекса'
Рис. 8. Зависимость показателя зеленой массы растений от входных факторов Fig. 8. Dependence of the indicator of green mass of plants on input factors Источник: разработано авторами статьи на основании исследования
Рис. 9. Зависимость среднего роста растений от входных факторов
Fig. 9. Dependence of average plant grow thon input factors Источник: разработано авторами статьи на основании исследования
Как видно, предварительный анализ позволил упростить выражение для среднего роста растений HR(F,S) путем исключения величины ФАР во второй степени и произведения величины ФАР на процентный показатель состава спектра.
Далее для того, чтобы иметь возможность сопоставлять между собой разнородные величины с разной размерностью (показатель зеленой массы, измеряемый в граммах, и средний рост растений, измеряемый в сантиметрах), было принято решение перейти от выражения выходных факторов в абсолютных единицах к выражению их в относительных единицах, в частности, в процентах [19; 20]. Для этого после анализа всех измеренных значений соответствующих выходных факторов были определены максимальные значения, кото-
рые приняты как 100 %, а затем все остальные значения соответствующих выходных факторов были выражены в виде процентов по отношению к конкретным максимальным значениям. Например, если наибольшее измеренное значение зеленой массы составило 19 граммов, то его согласно описанной методике нужно принять как 100 %, а любое меньшее из измеренных значений, например, 14 граммов, следует выразить как 73,68 % (величина в процентах конкретного измерения -14 граммов - по отношению к максимальному значению в 19 граммов). Аналогичным образом пересчет будет идти и для среднего роста растений. Полученные относительные единицы допустимо будет сопоставлять между собой на равных. Результаты пересчета поместим в таблицу 2.
i electrical technologies, electrical equipment and power supply of the agro-industrial complex
Таблица 2. Результаты экспериментальных исследований, выраженные в относительных единицах Table 2. The results of experimental studies, expressed in relative units
Мо Спектр S, %*/ ФАРF, Вт/м2/ Зеленая масса, % / Рост, %/
№ Spectrum S, % PAR F, W/m2 Green mass, % Height, %
1 0 6 30 83,33
2 0 21 30,53 66,67
3 0 36 6 33,33
4 50 6 32,53 58,33
5 50 21 24,79 33,33
6 50 36 37,74 25
7 100 6 52,63 100
8 100 21 73,68 83,33
9 100 36 100 66,67
Источник: разработано авторами статьи на основании исследования
С использованием экспериментальных данных, выраженных в относительных единицах, применив на базе вычислительных возможностей компьютерной программы Mathcad способ минимизации функционала метода наименьших квадратов, получаем следующие уравнения регрессии для показателя зеленой массы и среднего роста растений в
окончательном виде с конкретными численными значениями коэффициентов:
MR(F,S)= -0,058+ 0,005487А2 + 0,014Ш +
+2,329^ - 0,254А + 0,784; (5)
HR(F,S)= 0,013А2- 1,296F- 1,111А + 88,331. (6) Этим уравнениям соответствуют поверхности отклика, изображенные на рисунке 10.
Рис. 10. Поверхности отклика для MR(F,S) и HR(F,S) Fig. 10. Response surfaces forMR(F,S) and HR(F,S) Источник: разработано авторами статьи на основании исследования
Совместим между собой полученные поверхности отклика в одной трехмерной системе координат (см. рис. 11), изобразив при этом их разными цветами (красным цветом - показатель зеленой массы, зеленым цветом - средний рост растений). В результате видно, что указанные поверхности пересекаются по определенной кривой пространственной линии. Данная линия содержит в себе точки
трехмерного пространства, в которых анализируемые выходные факторы имеют равные значения в относительных единицах, причем среди совокупности указанных точек имеется одна точка, соответствующая наибольшим значениям выходных факторов в относительных единицах при условии их равенства. Упомянутая точка показывает и позволяет вычислить оптимальное сочетание входных фак-
электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение агропромышленного комплекса'
торов, при которых достигается сбалансированное и оптимальное развитие растений в плане показателя зеленой массы и роста. Для проведения дальнейшего анализа необходимо получить математическое условие, которому будут подчиняться координаты рассмотренных выше точек. С точки зрения аналитической геометрии данное условие будет выглядеть так:
МК(Е,Б) = И^Б). (7)
После подстановки соответствующих выражений и элементарных преобразований получаем следующее уравнение:
-0,058Е2 - 0,007513Б2 + 0,014^ Б +
+3,625^ + 0,8575 - 87,547 = 0. (8)
Полученному уравнению будут подчиняться координаты проекций искомых точек линии пересечения на нижнюю плоскость ДО. Далее вычислим значения варьируемых входных факторов, которым соответствует точка на рассматриваемой линии пересечения поверхностей отклика с наибольшим значением аппликаты.
Рис. 11. Анализ линии пересечения поверхностей отклика для MR(F, Б)и HR(F, S) Fig. 11. Analysis of the line of intersection of response surfaces forMR(F,S) and HR(F,S) Источник: разработано авторами статьи на основании исследования
Для этого математически достаточно вычислить максимальное значение любого из выражений для поверхностей отклика - МК(Е,Б) или ИК(Е,Б) - с обязательным учетом уравнения (8) в качестве ограничительного условия (вычислить условный экстремум), в результате чего вычисление максимума будет ограничено исключительно областью, занимаемой линией пересечения данных поверхностей. Дополнительно нужно учесть ограничитель-
ные условия, обусловленные принятыми при экспериментах диапазонами варьирования входных факторов: 0 < Б < 40, 0 < 8 < 100. Для удобства расчетов целесообразно взять выражение ИК(Е,Б). Расчеты выполним численными методами на базе программы Ма1ксай.
На рисунке 12 представлен листинг с расчетами. В итоге видно, что оптимальное значение ФАР равно 19,881 Вт/м2, а оптимальное процентное
i electrical technologies, electrical equipment and power supply of the agro-industrial complex
содержание красного излучения в общем сине- следует понимать, что вычисленные показатели в красном спектре равно 100 %, то есть оптимален среднем оптимальны в масштабе всего цикла разви-спектр, состоящий полностью из красного излуче- тия растения от стадии всходов до четырех настояния. При принятии в расчет полученного результата щих листочков.
Рис. 12. Расчет оптимальных значений входных факторов Fig. 12. Calculation of optimal values of input factors Источник: разработано авторами статьи на основании исследования
Обсуждение
Результатом данного исследования стало определение оптимального сочетания входных факторов, при которых достигается сбалансированное и оптимальное развитие растений в плане показателя зеленой массы и роста кресс-салата. Оптимальное значение ФАР равно 19,881 Вт/м2, а оптимальное процентное содержание красного излучения в общем сине-красном спектре равно 100 %, то есть оптимален спектр, состоящий полностью из красного излучения.
При дифференцированном подходе, когда исследуются отдельные стадии развития растения, оптимальные сочетания факторов для каждой отдельной стадии могут быть уже другими в плане, например, состава спектра. В частности, ряд исследований подчеркивает важность синего излучения на самой ранней стадии, когда семена только-только дают всходы. Следовательно, на самой ранней стадии развития растений параметр S будет меньше 100. Но полученный результат в масштабе всего цикла развития растения говорит, скорее, о том, что процент стадий развития растения, где
необходимо синее излучение, от общего количества стадий развития относительно небольшой.
Полученный результат может использоваться в качестве исходных параметров при проектировании схемы и алгоритма функционирования интеллектуального фитосветильника, обеспечивающего правильное и сбалансированное развитие растения при минимальных затратах электроэнергии.
Заключение
1. Использование неоптимальных значений ФАР и составов спектра излучения может привести как к перерасходу электроэнергии без существенного влияния на конечный результат, так и к серьезным проблемам с ростом и развитием растений.
2. Только комплексный учет двух выходных факторов - показателя зеленой массы и среднего роста - позволяет получить объективную и биологически целостную и корректную картину результата развития растения, подвергнутого процедуре дополнительного искусственного освещения.
3. В результате исследования были получены уравнения регрессии для показателя зеленой массы и среднего роста растений в окончательном виде с
электротехнологии, электрооборудование) и энергоснабжение агропромышленного комплекса'
5. При дифференцированном подходе полученный результат в масштабе всего цикла развития растения говорит, скорее, о том, что процент стадий развития растения, где необходимо синее излучение, от общего количества стадий развития относительно небольшой.
6. Полученный результат может использоваться в качестве исходных параметров при проектировании схемы и алгоритма функционирования интеллектуального фитосветильника, обеспечивающего правильное и сбалансированное развитие растения при минимальных затратах электроэнергии.
конкретными численными значениями коэффициентов:
Mr(F,S)= -0,058F2 + 0,005487-S2 + 0,014FS + +2,329F - 0,254S + 0,784;
HR(F,S)= 0,013 S2 - 1,296F - 1,111S + 88,331.
4. Установлено, что для правильного и сбалансированного развития кресс-салата в масштабе всего цикла развития растения от стадии всходов до четырех настоящих листочков оптимальное значение ФАР равно 19,881 Вт/м2, а оптимальное процентное содержание красного излучения в общем сине-красном спектре равно 100 %, то есть в среднем оптимален спектр, состоящий полностью из красного излучения.
Примечания:
1 Компания Аврора Инновейшенс. Официальный сайт [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://aurora-leds.ru/material/kratkiy-obzor-osnov-fotosinteza/(дата обращения 7декабря 2022 г.).
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Егоров М. Ю., Федорова Г. С. Анализ существующих устройств и технологий для дополнительного освещения рассады // Вестник НГИЭИ. 2021. № 11 (126). С. 17-27.
2. Ракутько С. А.,. Маркова А. Е, Мишанов А. П., Ракутько Е. Н. Оптимизация фотонной облученности рассады томата (lycopersicum esculentum mill.) для различного спектрального состава излучения // АгроЭко-Инженерия. 2019. № 99. С. 85-101.
3. Касаткин М. Ю., Степанов С. А., Прохорова Т. М. Фоторегуляция прорастания зерновок пшеницы // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2010. № 2 (10). С. 52-55.
4. Chen C. C., Huang W. D., Huang M. Y., Yang C. M., Lin K. H., Wong S. L. Effects of light quality on the growth, development and metabolism of rice seedlings (oryza sativa l) // Research Journal of Biotechnology. 2014. V. 9. Issue 4. P. 15-24.
5. Guo J., Wang J., Li H., Ji Y. A new asymmetric spectrum assignment method to improve spectrum efficiency for spectrum-sliced optical network // Optical Fiber Technology. 2013. V. 19. Issue 6. Part A. P. 565-573.
6. Xiaolong G., Mo Z., Xian L., Ce S., Ying L., Changbin S. Effects of led light quality on the growth, metabolism, and energy budgets of haliotis discus discus // Aquaculture. 2016. V. 453. P. 31-39.
7. Xu D.-Q., Gao W., Ruan J. Effects of light quality on plant growth and development // Zhiwu Shengli Xuebao. 2015. V. 51. Issue 8. P. 1217-1234.
8. Olle M., Virsile A. The effects of light-emitting diode lighting on greenhouse plant growth and quality // Agricultural and Food Science. 2013. V. 22. Issue 2. P. 223-234.
9. Герасимова О. А., Дружинина Е. С. Досвечиватель рассады // Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве. Великие Луки. 2019. С. 176-181.
10. Тихомиров А. А. Внутренний радиационный режим в фитоценозах и фотобиологическая эффективность излучения в условиях светокультуры // Светотехника. 2021. № 1-1. С. 13-21.
11. Железникова О. Е., Кокинов А. М, Мышонков А. Б., Чмиль К. А. Экспериментальные исследования эффективности облучения салатно-зеленных растений в условиях светокультуры // Естественные и технические науки. 2020. № 7 (145). С. 118-124.
12. Шилин В. А., Герасимова О. А., Соловьев С. В., Егоров М. Ю., Федорова Г. С. Патент 201154 U1 РФ. Установка для досвечивания рассады; заявл. 11.03.2020; опубл. 01.12.2020.
13. Стерлигов В. В. Графическая интерпретация и модификация матрицы двухфакторного эксперимента // Металлургия: технологии, инновации. Новокузнецк. 2021. С. 199-204.
14. Гольдман Р. Б. Применение планирования для двухфакторного эксперимента // Научное обеспечение агропромышленного комплекса. Краснодар. 2016. С. 448-449.
XXXXXXXXX electrical technologies, electrical equipment XXXXXXXXX XXXXXXXX and power supply of the agro-industrial complex XXXXXXXX_
15. Лисин С. К. Федотов А. И. Нелинейные модели приближенных вычислений в задачах обработки данных // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2011. № 2 (123). С. 343-346.
16. Садков К. О., Часов К. В. Применение математического редактора Mathcad для численного решения уравнений // Студенческий научный форум. Саратов. 2017. С. 2017040545.
17. Мукушев Б. А. Пакет прикладных программ Mathcad // Вестник науки Казахского агротехнического университета им. С. Сейфуллина. 2022. № 2-2 (113). С. 197-202.
18. Герасимова О. А., Дружинина Е. С., Жуков А. А. Пути активизации роста и развития растений // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2021. № 10(204). С. 95-100.
19. Каримов И. И. Повышение эффективности облучения растений с использованием светодиодных светильников в сооружениях закрытого грунта (на примере семенного картофеля): автореферат дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. Троицк, 2017. 20 с.
20. Большин Р. Г. Повышение эффективности облучения меристемных растений картофеля светодиодными (LED) фитоустановками : автореферат дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. Москва, 2016. 20 с.
Статья поступила в редакцию 18.05.2023; одобрена после рецензирования 05.06.2023;
принята к публикации 08.065.2023.
Информация об авторах: М. Ю. Егоров - к.т.н., доцент, Spin-код: 3327-5599; Г. С. Федорова - магистрант, преподаватель, Spin-код: 7551-2052.
Заявленный вклад авторов:
Егоров М. Ю. - научное руководство, формулирование основной концепции исследования, критический анализ и доработка текста.
Федорова Г. С. - подготовка текста статьи, верстка и форматирование работы, сбор и обработка материалов.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
1. Yegorov M. Yu., Kornilova (Fedorova) G. S. Analiz sushchestvuyushchikh ustroystv i tekhnologiy dlya dopolnitel'nogo osveshcheniya rassady [Analysis of existing devices and technologies for additional lighting of seedlings], VestnikNGIEI [Bulletin NGIEI], 2021. No. 11 (126), pp. 17-27.
2. Rakut'ko S. A., Markova A. Ye., Mishanov A. P., Rakut'ko Ye. N. Optimizatsiya fotonnoy obluchennosti rassady tomata (lycopersicum esculentum mill.) dlya razlichnogo spektral'nogo sostava izlucheniya [Optimization of photon irradiance of tomato seedlings (lycopersicum esculentum mill.) for different spectral composition of radiation], AgroEkoInzheneriya [Ag-roEcoEngineering], 2019, No. 99, pp. 85-101.
3. Kasatkin, M. YU., Stepanov S. A., Prokhorova T. M. Fotoregulyatsiya prorastaniya zernovok pshenitsy [Photoregulation of germination of grains of wheat], Izvestiya Saratovskogo universiteta. Novaya seriya. Seriya: Khimiya. Biologiya. Ekologiya [Bulletin of the Saratov University. New episode. Series: Chemistry. Biology. Ecology], 2010, No. 2 (10), pp. 52-55.
4. Chen C. C., Huang W. D., Huang M. Y., Yang C. M., Lin K. H., Wong S. L. Effects of light quality on thegrowth, development and metabolism of rice seedlings (oryza sativa l), Research Journal of Biotechnology, 2014, Vol. 9, Issue 4, pp. 15-24.
5. Guo J., Wang J., Li H., Ji Y. A new asymmetric spectrum assignment method to improve spectrum efficiency for spectrum-sliced optical network, Optical Fiber Technology, 2013, V. 19, Issue 6, Part A, pp. 565-573.
6. Xiaolong G., Mo Z., Xian L., Ce S., Ying L., Changbin S. Effects of led light quality on the growth, metabolism, and energy budgets of haliotis discus discus, Aquaculture, 2016, Vol. 453, pp. 31-39.
7. Xu D.-Q., Gao W., Ruan J. Effects of light quality on plant growth and development, Zhiwu Shengli Xuebao, 2015, Vol. 51, Issue 8, pp. 1217-1234.
8. Olle M., Virsile A. The effects of light-emitting diode lighting on greenhouse plant growth and quality, Agricultural and Food Science, 2013, Vol. 22, Issue 2, pp. 223-234.
XXXXXXXXXX электротехнологии, электрооборудование XXXXXXXXXX
XXXXXXX и энергоснабжение агропромышленного комплекса XXXXXXX
9. Gerasimova O. A., Druzhinina Ye. S. Dosvechivatel' rassady [Seedling lighter], Nauchno-tekhnicheskiy progress v sel'sko-khozyaystvennom proizvodstve [Scientific and technical progress in agricultural production], Velikiye Luki, 2019, pp. 176-181.
10. Tikhomirov A. A. Vnutrenniy radiatsionnyy rezhim v fitotsenozakh i fotobiologicheskaya effektivnost' izlu-cheniya v usloviyakh svetokul'tury [Internal radiation regime in phytocenoses and photobiological efficiency of radiation in conditions of light culture], Svetotekhnika [Svetotekhnika], 2021, No. 1-1, pp. 13-21.
11. Zheleznikova O. Ye., Kokinov A. M., Myshonkov A. B., Chmil' K. A. Eksperimental'nyye issledovaniya ef-fektivnosti oblucheniya salatno-zelennykh rasteniy v usloviyakh svetokul'tury [Experimental studies of the efficiency of irradiation of lettuce plants under light culture], Yestestvennyye i tekhni-cheskiye nauki [Natural and technical sciences], 2020, No. 7 (145), pp. 118-124.
12. Shilin V. A., Gerasimova O. A., Solov'yev S. V., Yegorov M. Yu., Kornilova (Fedorova) G. S. Patent 201154 U1 RF. Ustanovka dlya dosvechivaniya rassady [Installation for supplementary lighting of seedlings], zayavl. 11.03.2020;opubl. 01.12.2020, Byul. No. 30.
13. Sterligov V. V. Graficheskaya interpretatsiya i modifikatsiya matritsy dvukhfaktornogo ekspe-rimenta [Graphic interpretation and modification of the matrix of a two-factor experiment], Metallurgiya: tekhnologii, inno-vatsii [Metallurgy: technologies, innovations], Novokuznetsk, 2021, pp. 199-204.
14. Gol'dman R. B. Primeneniye planirovaniya dlya dvukhfaktornogo eksperimenta [Application of planning for a two-factor experiment], Nauchnoye obespecheniye agropromyshlennogo kompleksa [Scientific support of the agro-industrial complex], Krasnoda, 2016, pp. 448-449.
15. Lisin S. K., Fedotov A. I. Nelineynyye modeli priblizhennykh vychisleniy v zadachakh obrabotki dannykh [Nonlinear models of approximate computations in data processing problems], Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo politekhnicheskogo universiteta [Scientific and technical statements of theSt. Petersburg State Polytechnic University], 2011, No. 2 (123), pp. 343-346.
16. Sadkov K. O., Chasov K. V. Primeneniye matematicheskogo redaktora Mathcad dlya chislennogo resheniya uravneniy [Application of the mathematical editor Mathcad for the numerical solution of equations], Studencheskiy nauchnyy forum [Student Scientific Forum. Saratov], 2017, pp. 2017040545.
17. Mukushev B. A. Paket prikladnykh programm Mathcad [Application software package Mathcad], Vestnik nauki Kazakhskogo agrotekhnicheskogo universiteta im. S. Seyfullina [Bulletin of Science of the Kazakh Agrotech-nicalUniversity named after S. Seifullin], 2022, No. 2-2 (113), pp. 197-202.
18. Gerasimova O. A., Druzhinina Ye. S., Zhukov A. A. Puti aktivizatsii rosta i razvitiya rasteniy [Ways to activate the growth and development of plants], Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Altai State Agrarian University], 2021, No. 10 (204), pp. 95-100.
19. Karimov I. I. Povysheniye effektivnosti oblucheniya rasteniy s ispol'zovaniyem svetodiodnykh sve-til'nikov v sooruzheniyakh zakrytogo grunta (na primere semennogo kartofelya) [Increasing the efficiency of irradiation of plantsus-ing LED lamps in indoor facilities (for example, seed potatoes). Dr. Sci. (Engineering) thesis], Troitsk, 2017, 20 p.
20. Bol'shin R. G. Povysheniye effektivnosti oblucheniya meristemnykh rasteniy kartofelya svetodiodnymi (LED) fitoustanovkami [Increasing the efficiency of irradiation of potato meristem plants with light-diode (LED) phy-toinstallations. Dr. Sci. (Engineering) thesis], Moscow, 2016. 20 p.
The article was submitted 18.05.2023; approved after reviewing 05.06.2023; accepted for publication 08.06.2023.
Information about authors:
M. Yu. Egorov - Ph. D. (Engineering), associate professor of the chair «Mechanization of livestock production and use of the electric power in agriculture», Spin-code: 3327-5599; G. S. Fedorova - undergraduate, teacher, Spin-code: 7551-2052.
Contribution of the authors:
Egorov M. Yu. - research supervision, developed the theoretical framework, critical analyzing and editing the text. Fedorova G. S. - writing of the draft, made the layout and the formatting of the article, collection and processing of materials.
The authors declare no conflict of interest.
