Beltéri farmok megvilágítása, a piros és kék fény szerepe

Megtudhatod, hogy a növénynevelő LED lámpák miért vörös fényt kibocsájtó diódákat tartalmaznak a legnagyobb arányban, és miért van szükség kék fényt kibocsájtó diódákra is. 

Amikor a napfény, amely a szivárvány minden színét magába foglalja, áthalad egy levélen, a kék és vörös fény egy részét a fotoszintetikus apparátus nyeli el beindítva a fotoszintézis. A növényzet számára fontos fotoszintetikusan aktív sugárzás (Photosynthetically Active Radiation – PAR) hullámhossz-tartománya a 400 és 700 nm közötti sugárzást foglalja magába, itt találhatók a leggyakoribb pigmentek, a klorofill A, a klorofill B és a karotin elnyelési sávjai.  A klorofillok 450 nm körül és 650-750 nm-nél abszorbeálják a fényt. A fotoszintézis beindításán kívül a fény másik funkciója a növények növekedésének, fejlődésének és virágzási idejének szabályozása, amely az ún. fotoreceptorokon keresztül történik. Legfontosabb fotoreceptorok a vörös fényt érzékelő fitokrómok, és a kék fényt érzékelő kriptokrómok.

A fotoszintézisben szerepet játszó növényi pigmentek

A kiegészítő megvilágításról

Azt már régebben kimutatták, hogy a kiegészítő megvilágítás lehetővé teszi egész évben a termesztést illetve növénytartást. Sajnos beltéren még az ablak közelében sem jutnak hozzá a színspektrum egy részéhez a növények. Az északi országokban különösen nagy gondot fordítanak az üvegházi termesztésben a kiegészítő megvilágításra.

Jellemzően a növényeket felülről világítják meg, azonban tudni kell, hogy a növények lombkoronájától lefelé távolodva a fényintenzitás exponenciálisan csökken, így nagy intenzitásbeli különbség keletkezik a növény töve és a csúcsi része között. Ez ellen hatásosnak bizonyul, ha a növények oldalmegvilágítást is kapnak. A hatékonyság a levélsűrűségtől és a levelek térállásától nagymértékben függ.

Az üvegházi termesztésben elterjedt nagy nyomású nátriumlámpák tág spektrumtartományban működnek, pénztárcaterhelő a fogyasztásuk, sok hőt termelnek, bár Szibériában például ez akár előnyükké is válhatna. Manapság a beltéri farmokon a növényeket diszkófényben sziporkázó, LED-ek (szilárd félvezető diódák) segítségével világítják meg, amelyek optimális hullámhosszú fényt tudnak előállítani a növények számára, közelebb helyezhetők a növényekhez, ezért nagyobb hatékonyságúak, működtetésük olcsóbb a hagyományos növénynevelő lámpákhoz viszonyítva.

Előszeretettel használják a vörös spektrumú fényt a növények megvilágításában, hiszen ez a legfontosabb színű hullámhossz a növényeink számára és a leginkább fotoszintetikusan aktív spektrum. így az optimális növénynevelő LED lámpák vörös fényt kibocsájtó diódákat tartalmaznak a legnagyobb arányban.

A piros és kék fény szerepe

A fotoszintézisben legjobban a piros fény hasznosul. A növényekben található legjelentősebb vörös fényt érzékelő fotoreceptorok a  fitokrómok, amelyek fontos élettani folyamatokat szabályoznak, központi szerepet játszanak a növények egész életében a fényfüggő fejlődési folyamatok szabályozásában, a csírázástól egészen a virágzásig.  Általánosan elmondhatjuk, hogy a vörös hullámhosszú fény növeli a levélfelületet, segíti a nyúlásos növekedés, a magvak csírázását, segíti a növények helyzetváltoztató mozgását (pl. virágok nyílása) stb.

Ha kizárólag piros fénnyel világítanánk meg a növényeket, amelynek nem elhanyagolható előnye az is, hogy kicsi az energia igénye, tehát alkalmazása olcsó. Azonban a növények rendellenesen fejlődnének, megnyúlnának, elvesztenék formájukat. Szélsőséges esetben a „vörös fény szindrómában” szenvedő növények levelei összepöndörödnek, ami csökkenti a hatékony fotoszintézist, a levelek vastagsága és pigmentációja is csökken. (A vörös színtartományon belül pedig minél nagyobb a távoli vörös fény aránya a megvilágítás során, annál jobban nyúlnak a növények. Ha a vörös: távoli vörös fény aránya kicsi a növények megnyúlnak, ha nagy, akkor a növények kompaktak lesznek.)

A kék fénynek nem csak a fotoszintézisben van szerepe. A növényekben található legjelentősebb kék fényt érzékelő fotoreceptorok a kriptokrómok, amelyek bonyolult kölcsönhatásban állnak a fitokrómokkal, így szerepet játszanak a fény felé történő növekedésben (fototropizmus), és a virágzásban is.

A kék fénynek védő hatási is van. Alacsony intenzitású fényen kék fény hatására a kriptokrómok segítik a zöld színtestek (kloroplasztiszok) felhalmozódását, ezzel csökkentve a fényhiány hatását, nagy fényintenzitások pedig éppen csökkentik a kloroplasztiszok számát, ezzel kivédve a kloroplasztiszok fény okozta károsodását. A legelterjedtebb természetesen előforduló növényi festékanyagok, a karotinoidok, fényelnyelése is a kék tartományba esik, és mint járulékos pigmentek a fotoszintetizáló szervezetekben az elnyelt fényenergiát képesek átadni a fotoszintézisben részt vevő festékeknek. További előnyük, hogy a klorofill elől elnyelik a nagy energiájú kék fényt, mielőtt az a klorofillt károsítaná, azaz a karotinoidok is fényvédő hatást fejtenek ki.

Növénynevelő kamrákban a kék fény csökkenti a vörös fény okozta károsodást. Normális üvegházi körülmények között a növények mindig jutnak valamennyi kiegészítő napfényhez, a napfény pedig 27-31%-ban kék hullámhosszú fényt is tartalmaz. Felmerült a kérdés, hogy a természetes, beszűrődő fény lehetővé teszi-e a piros fény negatív hatásai ellensúlyozó, kék fénnyel történő megvilágítás elhagyását, illetve, ha nem, akkor mi az az optimális mennyiség, ami megfelelő a növények számára. Ennek kiderítésére kísérleteket végeztek, a vörös megvilágítást különböző mértékű kék fénnyel történő megvilágítással együtt alkalmazták, míg mindehhez kb 50%-ban normál napfényt is kaptak a növények (üvegházi körülmények). A szakemberek azt tapasztalták, hogy a kék fény vörössel együtt történő alkalmazásának van egy optimális mértéke, amely jótékony hatást fejt ki, míg a túl kevés (0%) és a túl sok (>24%) kék fény már gátolja a növények fejlődését. Kimutatták, hogy kevés kék fény alkalmazásakor a fotoszintézis számára hasznosítható fény csökkent olyan mértékben, amely gátolta a zöldtömeg képződést. Azonban ugyanilyen mértékben csökkent a magas (24%) kék fény alkalmazásakor is a zöldtömeg fejlesztés. (Front. Plant Sci., 14 January 2019 | https://doi.org/10.3389/fpls.2018.02002). A növénynevelő LED-ek optimális arányban tartalmazzák a piros és kék fényt kibocsájtó diódákat.

Más kísérletekben kimutatták, hogy a folyamatos megvilágítás nem okozott zavart, sőt kimondottan előnyösnek bizonyult az üvegházi növények számára, ha nappal (12 h)  piros, éjszaka (12 h) pedig kék spektrumú fénnyel világították őket. Míg nappal a nagy intenzitású, magas PPFD* értékű (200 µmol/m­²/s)  piros megvilágítás a szénhidrát képződést segítette, éjjel, a kis intenzitású, alacsony PPFD* értékű (50 µmol/m­²/s) kék fény segített a szénhidrátok elszállításában, amelyeket a növény a termésbe halmozott föl. Ez a folyamatos megvilágítás nem csak a zöld tömeg fejlődésére hatott pozitívan, hanem a termésképződést, és a termés minőséget is segítette. (Front. Plant Sci., 13 September 2019 | https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01114) Tehát üvegházban optimális hatás érhető el a termésfejlődés időszakában, ha a 12 órás vörös tartományba eső intenzív nappali megvilágítást 12 órás, alacsony intenzitású éjszakai kék megvilágítás váltja fel.

*PPFD= (Photosynthetic Photon Flux Density), avagy a Fotoszintetikus Fotonáram Sűrűség, a célterületre (a megvilágított növényi felületre) eső PAR mennyiségének az értéke, tehát a PPFD határozza meg azoknak fotoszintetikusan aktív fotonoknak a számát, amelyek egy adott felületet érnek másodpercenként, mértékegysége µmol/m­²/s­. Ez adja meg a LEd-ek hasznos, a kijelölt termőterületre eső fényintenzitását.  A véghasználó (kertész) számára kizárólag ez az egyetlen hasznos érték a LED hatékonyságát illetően! Cikk ajánlat: Növénytermesztő lámpák hatékonyságának mérése