Sztuczne oświetlenie w rolnictwie
Od dawna wiadomo, że rośliny nie mogą rosnąć bez światła; niemniej jednak dopiero w ciągu ostatnich stu lat, dzięki postępowi nauki i technologii, dokładny wpływ światła na rośliny został w pełni odkryty.
Zastosowanie sztucznego oświetlenia w rolnictwie ma na celu zapewnienie źródła światła analogicznego do światła, jakie daje słońce. Ze względu na postęp technologiczny, diody LED stały się najlepszą opcją do oświetlenia ogrodniczego, zwłaszcza tych, które mogą mieć widmo specjalnie dostosowane do potrzeb rośliny. W porównaniu z bardziej konwencjonalnymi opcjami oświetlenia, takimi jak wysokoprężne lampy sodowe (HPS) i świetlówki, lampy wykorzystujące diody LED zapewniają znaczne korzyści pod względem wpływu na środowisko i wydajności produkcji.
Autorem raportu na temat wykorzystania sztucznego oświetlenia w rolnictwie jest Valoya, a współautorami są naukowcy z University of Almeria i Buresinnova. Raport opublikowano w styczniu 2018 r. W badaniu przedstawiono testy wykorzystujące różne widma i rodzaje światła w celu określenia wpływu, jaki każda forma światła może mieć na rośliny w zależności od warunków, w jakich są uprawiane. Poniżej znajduje się fragment badania, który można przeczytać.
1. Światło i komunikacja między roślinami
Fale elektromagnetyczne są odpowiedzialne za przenoszenie energii przez atmosferę. Przykłady fal elektromagnetycznych obejmują mikrofale, fale radiowe lub telewizyjne, promieniowanie rentgenowskie, promienie ultrafioletowe lub światło widzialne. Fale elektromagnetyczne można odróżnić od siebie po różnych częstotliwościach i długościach fal. Widmo elektromagnetyczne składa się z szerokiego zakresu częstotliwości i długości fal, z których niektóre są lepiej rozpoznawane niż inne (na przykład mikrofale, fale radiowe, światło widzialne itd.).
Promieniowanie elektromagnetyczne ma podwójną naturę; poruszając się w przestrzeni jako fale, wymienia również energię w postaci cząstek (fotonów). W 1905 roku Albert Einstein był pierwszą osobą, która argumentowała, że światło posiada jednocześnie cechy cząstek i fal. Fotony to nazwy cząstek zawartych w wiązce światła. Fotony, których długości fal odpowiadają większym odległościom (niższe częstotliwości) przenoszą mniej energii niż fotony, których długości fal odpowiadają krótszym odległościom.
Ludzkie oko jest w stanie wykryć światło o długości fali od 400 do 700 nanometrów (nm), co w przybliżeniu odpowiada części widma elektromagnetycznego wykorzystywanego przez rośliny w procesie fotosyntezy. Dlatego światło o długości fali między 400 a 700 nm jest określane jako promieniowanie aktywne fotosyntetycznie (lub po prostu PAR). Widmo długości fal, które można zobaczyć w świetle słonecznym, jest ciągłe i rozciąga się znacznie poza zakres widzenia. Ludzkie oko jest odpowiedzialne za konwersję różnych długości fal na kolory, które są następnie przetwarzane w ludzkim mózgu. Kolor niebieski jest wytwarzany przez światło o długości fali bliższej 400 nm, podczas gdy kolor czerwony jest wytwarzany przez światło o długości fali bliższej 600 nm. Żółto-zielony zakres długości fal to ten, na który ludzkie oko reaguje najczulej.
2. Pigmenty, fotoreceptory i chemiczny proces fotosyntezy u roślin
Widmo światła jest pochłaniane przez rośliny w prawie takim samym zakresie jak ludzkie oko; jednak w przeciwieństwie do ludzi rośliny lepiej absorbują światło czerwone i niebieskie.
Chlorofil jest jednym z podstawowych związków chemicznych, który umożliwia roślinom pochłanianie światła i wykorzystywanie dostarczanej energii do przekształcania wody i dwutlenku węgla w tlen i inne złożone cząsteczki organiczne. Ten proces jest znany jako fotosynteza. Chlorofil to barwnik roślinny, który można znaleźć w chloroplastach wewnątrzkomórkowych. Cząsteczki chlorofilu mają zielony kolor i w rzeczywistości są przyczyną zielonego zabarwienia łodyg i liści. Istnieją dwie podstawowe formy chlorofilu, które można znaleźć w roślinach wyższych. Są to chlorofil a i chlorofil b, a ich krzywe absorpcji światła różnią się od siebie w bardzo niewielkim stopniu. Dzięki temu stosunkowo niewielkiemu rozróżnieniu są w stanie wychwytywać różne długości fal, przechwytując w ten sposób większą część widma światła słonecznego. W wyniku zdolności chlorofilu do pochłaniania przede wszystkim światła czerwonego i niebieskiego przy jednoczesnym odbijaniu fal zielonych, rośliny wydają się zielone dla naszych oczu.
Jednak chlorofil nie jest jedynym pigmentem występującym w roślinach; tak zwane pigmenty pomocnicze (takie jak między innymi karotenoidy i ksantofile) oraz substancje fenolowe (takie jak flawonoidy, antocyjany, flawony i flawonoidy) pochłaniają długości fal inne niż tylko czerwony i niebieski. Żółty, czerwony i fioletowy to kolory tworzące pigmenty pomocnicze. Oprócz wabienia ptaków i owadów, użycie tych odcieni pomaga chronić tkanki przed szkodliwym działaniem zewnętrznych czynników stresogennych, takich jak intensywne promieniowanie świetlne.
Fotoreceptory to inny rodzaj cząstek zdolnych do pochłaniania światła. Trzy podstawowe klasy fotoreceptorów są określane jako fitochromy, fototropiny i kryptochromy. Ponadto fotoreceptor UVR8 jest wyspecjalizowanym fotoreceptorem, który reaguje tylko na światło ultrafioletowe. Każdy typ fotoreceptora jest wrażliwy na określony zakres długości fali światła i odpowiada za określoną reakcję fizjologiczną u roślin. Te odpowiedzi są następujące:
Fototropiny mają wpływ zarówno na fizyczne położenie chloroplastów, jak i na otwarcie aparatów szparkowych. Są w stanie pochłaniać niebieskie światło.
Wewnętrzny zegar roślin jest kontrolowany przez kryptochromy, które monitorują ich otoczenie pod kątem sygnałów związanych ze światłem. Oprócz tego są one związane z reakcjami morfologicznymi, takimi jak hamowanie wydłużania łodygi, powiększanie liścieni, rozwój antocyjanów i fotoperiodyczne kwitnienie. Długości fal UVA (ultrafiolet), światła niebieskiego i zielonego są pochłaniane przez kryptochromy.
Kwitnienie jest wywoływane przez fitochromy, które są również odpowiedzialne za powstawanie nasion. Wydłużenie łodygi, ekspansja liści i „zespół unikania cienia” są kontrolowane przez fitochromy w roślinach. Stosunek światła czerwonego i dalekiej czerwieni w środowisku ma wpływ na stan fotostacjonarny cząsteczki fitochromu, który z kolei pośredniczy w reakcjach regulowanych przez fitochromy.
Kwitnienie, rozwój nasion i inne funkcje, takie jak kiełkowanie, czas kwitnienia i kształt rośliny, to czynności zależne od światła. Fotosynteza, proces dostarczający energii do tworzenia biomasy, to tylko jeden z tych procesów. Zachowania te są misternie powiązane z jakością światła, które roślina otrzymuje z otoczenia, czyli w jaki sposób roślina interpretuje sygnały z otoczenia. W odpowiedziach tych pośredniczą długości fal, które znajdują się zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz obszaru PAR, w tym promieniowanie UV i promieniowanie dalekiej czerwieni.
Aby uzyskać więcej informacji, zwróć uwagę naOficjalna strona benwei!
