Вредно ли ночное освещение деревьям?

Опубликовано 23.03.2022 · Обновлено 23.03.2022

Перевод статьи William R. Chaney «Does Night Lighting Harm Trees?» (2005).

Избыточное ночное освещение признано одной из форм загрязнения, способного нанести ущерб деревьям. Однако эффекты воздействия освещения на деревья многогранны. Чтобы понять возможные реакции дерева на дополнительное освещение, нужно знать тип используемых ламп и спектр испускаемого излучения, интенсивность этого излучения и роль света в определенных биологических процессах.

Световое загрязнение

До того, как люди стали использовать наружное электрическое освещение, в ночном небе в ясную безлунную ночь можно было разглядеть несколько тысяч звезд. Освещение постепенно усиливалось для обеспечения безопасности, рекламы и эстетики. Это привело к тому, что световое загрязнение стало серьезной проблемой. Сегодня Земля окутана светящимся туманом, который возникает из-за искусственного освещения, отражающегося от переносимых по воздуху капель воды и частиц пыли, которые скрывают большую часть неба из поля зрения. Из-за этого 25% из нас больше не видят Млечный Путь. Большая часть искусственного света является настолько ярким и неэффективным, что его использование имеет негативные последствия.

Чрезмерное ночное освещение приводит к огромным необоснованным тратам энергии. Производство электроэнергии при добыче, бурении, переработке, сжигании и удалении отходов вредит окружающей среде. 30% электроэнергии, производимой для наружного освещения, просто тратится впустую из-за того, что свет направляется в небо. По оценкам Международной Ассоциации Темного Неба, затраты на эту электроэнергию ежегодно составляют 1,5 миллиарда долларов, а при ее производстве образуется 12 миллионов тонн углекислого газа. Многие дороги и участки с интенсивным движением настолько ярко освещены, что видимость фактически ухудшается из-за яркого света и плохого экранирования. Еще одно негативное воздействие заключается в том, что годовые циклы роста и воспроизводства деревьев, контролируемые продолжительностью дня, могут быть изменены ночным освещением.

Электромагнитный спектр

Чтобы понять воздействие ночного освещения на деревья, важно знать природу широкого спектра лучистой энергии, воздействующей на деревья. Под электромагнитным спектром понимается вся лучистая энергия, которая распространяется в форме волны, длина которой варьируется от долей нанометра до километров. Все сегменты этого спектра играют важную роль в функционировании нашей биосферы. При рассмотрении эффектов ночного освещения важны видимый и инфракрасный сегменты. Видимый свет составляет от 380 до 760 нм по спектру.

Эта узкая полоса излучения очень важна, потому что она делает возможным зрение, фотосинтез и процессы, контролирующие рост и развитие растений. Инфракрасное излучение мы воспринимаем как тепло. Эти длины волн поглощаются парниковыми газами в атмосфере Земли, вызывая повышение температуры воздуха, которое приводит к глобальному потеплению.

Деревья и электромагнитное излучение

Нормальный рост и развитие деревьев зависит от трех аспектов электромагнитного излучения: качества (длина волны), интенсивности (яркости) и продолжительности в течение 24 часов (фотопериод). Для дерева не имеет значения, исходит ли излучение от солнца или от искусственных источников, если обеспечены необходимая длина волны, интенсивность и продолжительность. Есть два важных фотобиологических процесса, происходящих в деревьях:

1) Фотосинтез, требующий видимого синего (400-450 нм) и красного (625-700 нм);

2) Фотопериодизм, требующий видимого красного (625-760 нм) и инфракрасного (760 — 850 нм).

Роль света в фотосинтезе хорошо известна. Роль длины дня или фотопериода в контроле вегетативного роста и репродуктивной деятельности недооценена. Относительно высокая интенсивность света в 1000 микроэйнштейнов на квадратный метр в секунду (мкЭ/м2/сек) является достаточной для фотосинтеза у большинства деревьев (200 мкЭ /м2/сек для деревьев, адаптированных к тени), но фотопериодные реакции могут быть вызваны всего за 0,06 до 3 мкЭ/м2 /сек, что составляет лишь малую часть от того, что необходимо для фотосинтеза. Для справки: внутреннее освещение, достаточное для чтения, составляет около 4,6; а свет в полнолуние — около 0,004 мкЭ /м2/сек. Лампа накаливания мощностью 100 Вт обеспечивает 5 мкЭ/м2/сек на расстоянии полутора метров; а флуоресцентная лампа холодного белого цвета мощностью 150 Вт обеспечивает 17 мкЭ/м2/сек на том же расстоянии.

С 1940-х годов было известно, что продолжительность непрерывной темноты в течение 24-часового цикла определяет такие процессы развития деревьев, как вхождение состояние покоя, рост побегов и цветение. Фотообратимый пигмент, называемый фитохомом, способен воспринимать продолжительность дневного и ночного периода в зависимости от того, поглощает ли он красную (625-760 нм) или инфракрасную (760-850 нм) длину волны излучения. Даже кратковременной вспышки света в темное время суток достаточно для создания физиологического состояния, вызванного короткой ночью или, наоборот, длинным днем. Деревья (как и другие растения) классифицируются как короткодневные, длиннодневные или нейтральные в зависимости от их реакции на длину дня. Короткодневные деревья цветут и переходят в состояние покоя, когда длина светового дня сокращается в конце лета. Длиннодневные деревья цветут в начале лета и продолжают вегетативный рост до тех пор, пока осенью не укорачиваются дни. Нейтральные деревья никак не зависят от продолжительности светового дня. Фотопериод также может влиять на форму листьев; опушение; образование пигмента; пору опадения листьев; и развитие корней; а также на развитие почек. Некоторые виды ночного освещения могут изменять естественный световой период и, как следствие, нарушать эти процессы развития.

Влияние ночного освещения на деревья

Из приведенного выше обсуждения ясно, что большая часть ночного освещения не достаточна, чтобы повлиять на фотосинтез, но оно может негативно повлиять на деревья, чувствительные к длине дня. Искусственное освещение, особенно от источника, излучающего в диапазоне от красного до инфракрасного спектра, увеличивает продолжительность светового дня и может изменить характер цветения, и, что наиболее важно, способствует непрерывному росту, тем самым предотвращая развитие состояния покоя деревьев, которое позволяет им выжить в сложных условиях. Молодые деревья из-за большей силы роста и тенденции к более продолжительному естественному росту в большей степени, чем старые зрелые деревья, подвержены холодовым травмам в результате длительного роста при искусственном освещении.

Непрерывное освещение, которое, к сожалению, является наиболее распространенным, опаснее освещения, которое отключается поздно вечером. Листва деревьев, выращиваемых при постоянном освещении, может быть больше по размеру и более восприимчива к загрязнению воздуха и водному стрессу в течение вегетационного периода, потому что устьичные поры в листьях остаются открытыми в течение более длительных периодов времени. Существует множество вариаций восприимчивости древесных растений к искусственному освещению. Следует избегать использования высокочувствительных деревьев в областях, где используется интенсивное освещение, богатое красными и инфракрасными длинами волн.

Спектры, создаваемые различными источниками света, и их влияние на деревья

Разные источники света имеют разные спектры излучения. Лампы одного типа излучают больше света определенной длины волны, чем лампы другого типа. Например, флуоресцентный свет имеет от имеет большое количество синих и малое количество красных длин волн, тогда как свет от ламп накаливания отсутствует в синей части видимого спектра, но его больше в красном и инфракрасном диапазоне. Ртутные лампы в основном имеют длину волны от фиолетового до синего, а металлогалогенные лампы — в диапазоне от зеленого до оранжевого. Натриевые лампы высокого давления (HPS) излучают в красном и инфракрасном диапазонах волн.

На заре уличного освещения чаще всего использовались лампы накаливания с низкой интенсивностью, люминесцентные, ртутные или металлогалогенные лампы с высокой интенсивностью. Эти источники света, хотя и привлекательны для насекомых, мало влияли на растения, потому что они излучали преимущественно более короткие длины волн видимой части электромагнитного спектра, за исключением ламп накаливания, которые излучают относительно сбалансированный спектр всех длин волн, но со низкой интенсивностью. В середине 1960-х годов были разработаны натриевые лампы высокого давления (HPS), которые излучают значительный свет высокой интенсивности в красной и инфракрасной областях. Число травм древесных растений значительно увеличилось после широкого внедрения этого типа искусственного освещения.

Что делать?

Когда искусственное освещение необходимо, следует использовать ртутные лампы, металлогалогенные лампы или люминесцентные лампы именно в этом порядке. Следует избегать натриевых ламп высокого давления, и даже лампы накаливания низкой интенсивности лучше исключить из-за их высокой мощности инфракрасного излучения и потенциального воздействия на некоторые породы деревьев. Для уменьшения светового загрязнения и вреда деревьям следует использовать экранированные приспособления, чтобы весь свет был направлен на землю, на пешеходов и движение транспортных средств и в сторону от растений.

Лучший дизайн освещения, который при правильном выборе типа лампы обеспечит ночное освещение и минимизирует световое загрязнение и воздействие на деревья.

Во всех случаях следует избегать прямого и яркого света на больших горизонтальных расстояниях.

Плохой световой дизайн с использованием неэкранированных светильников направленных вверх. Даже при правильном выборе типа лампы, происходит расточительное загрязнение ночного неба.