Pogotowie oświetleniowe
801 800 103
Wpływ światła na uprawę roślin w szklarniach

Wpływ światła na uprawę roślin w szklarniach

OPRAWY LED W SZKLARNIACH – PROFESJONALNE I ENERGOOSZCZĘDNE

Jednym z najważniejszych czynników gwarantujących wzrost i rozwój roślin jest światło. Ważne jest zapewnienie dostarczenia im zarówno odpowiedniej jego ilości jak i jakości. W naszej strefie klimatycznej w okresie niedoboru światła naturalnego konieczne jest doświetlanie upraw szklarniowych światłem sztucznym. Czym kierować się przy wyborze oświetlenia w szklarni? Czy każdy rodzaj światła będzie pomocny w uprawach szklarniowych? Na te i inne pytania spróbujemy znaleźć odpowiedź w tym artykule.
Światło, woda i dwutlenek węgla są niezbędne dla wzrostu roślin. Nie będziemy się tu skupiali na biochemicznych szczegółach procesu fotosyntezy, który można najprościej przedstawić jako:
nCO2 + nH2O + Eśw. = n(CH2O) + nO2, ale przyjrzymy się zależności pomiędzy ilością i rodzajem spektralnym światła a intensywnością fotosyntezy. Od intensywności fotosyntezy zależy wszak wzrost rośliny, jej pokrój, rozwój systemu korzeniowego, ilość i jakość kwiatów i owoców.

Światło – ale jakie?

Kluczowym czynnikiem w uprawie jest dostarczanie dla roślin światła czynnego fotosyntetycznie (ang. photosyntetical active radiation). Dziś wiadomo, że z widma światła widzialnego rośliny absorbują jedynie niektóre fale świetlne. Doświadczenia przeprowadzone przez naukowców z katedry roślin ozdobnych SGGW w Warszawie dowiodły, że istnieje ścisły związek pomiędzy rodzajem światła dostarczanego do rośliny a tempem i kierunkiem jej wzrostu. Badania były prowadzone na roślinach dnia długiego (Petunia hybrida) oraz roślinach dnia krótkiego (Poinsettia pulcherrima). Oba gatunki doświetlano światłem mieszanym w różnych proporcjach:
• 50% światło białe i 50% światło czerwone (1);
• 50% światło białe i 50% światło niebieskie (2);
• 40% światło białe, 30% światło czerwone i 30% światło niebieskie (3);
• samo światło białe (4).
Rośliny doświetlane mieszanką światła białego i czerwonego (1) charakteryzowały się najlepiej rozwiniętym systemem korzeniowym oraz zwartym pokrojem i dużą liczbą kwiatów. Rośliny poddane promieniowaniu światła białego i niebieskiego (2) posiadały umiarkowany system korzeniowy, rozwinięty pokrój, długie pędy (łodygi) oraz liczne pąki kwiatowe. Rośliny oświetlane światłem mieszanym białym, czerwonym i niebieskim (3) charakteryzował duży przyrost masy zielonej, zwarty pokrój oraz umiarkowana liczba kwiatów. Rośliny oświetlane światłem białym bez domieszek barwowych (4) były o niemal połowę słabiej rozwinięte od pozostałych roślin. Jak interpretować te wyniki? Pierwszy wniosek jest taki, że rośliny absorbują światło tylko z niektórych zakresów. Po drugie, światłem możemy stymulować wzrost rośliny w określonym kierunku. Po trzecie, doświetlanie roślin światłem innym niż białe daje zawsze lepsze efekty uprawowe.
Oprawy sodowe HPS, najczęściej używane w doświetlaniu szklarniowych upraw roślin, emitują światło o długości fali z przedziału 500 – 600 nm. Jest to światło o barwie żółtej, dobrze znane np. z oświetlenia ulicznego. Przyjrzyjmy się teraz, w jakim stopniu światło HPS jest absorbowane przez barwniki zawarte w ciałkach zielonych komórek roślinnych. W chloroplastach tych komórek występują następujące barwniki: chlorofil ‘a’, chlorofil ‘b’, ksantofil, karotenoidy, melanina i antocyjany. Największą rolę w fotosyntezie odgrywają chlorofile oraz karotenoidy. Związki te absorbują światło w zakresie widmowym (patrz rys. 1).


Adnotacja 2019-11-23 232917
Rys. 1. Absorbcja światła przez chlorofil i karotenoidy.

Jak „widzą” rośliny?

Z powyższego wykresu wynika, że rośliny „widzą” światło słoneczne inaczej niż ludzie. Ludzkie oko widzi najlepiej barwy zielone o długości 500-600 nanometrów, a gorzej radzi sobie z promieniowaniem krótszym i dłuższym. Dla roślin z kolei takie promieniowanie jest najmniej użyteczne. Rośliny mają najczęściej zielony kolor dlatego, że odbijają większość światła zielonego, a pochłaniają światło niebieskie i fioletowe, oraz światło o wyższej energii, czerwone i podczerwone. Rośliny różnie wykorzystują poszczególne długości (kolory) fal. Dlatego potrzebne jest ich łączenie uwzględniające także czynniki drugorzędne, jak na przykład czas naświetlania sterujący rytmem wzrostu i kwitnienia. Światło niebieskie, pochłaniane łatwo i w dużych ilościach, przyspiesza przyrost masy zielonej. Barwa światła czerwona i daleka czerwona stymuluje kiełkowanie, rozwój pąków i kwitnienie. Światło ultrafioletowe wpływa na pogrubianie liści oraz ich odporność na działanie szkodników. Wreszcie promieniowanie podczerwone stanowi uzupełnienie dla światła czerwonego w okresie kwitnienia. Kluczowymi kolorami są tutaj przede wszystkim kolor ciemnoczerwony stanowiący około połowę mieszanki i kolor czerwony, który razem z kolorem niebieskim i tak zwanym niebieskim królewskim stanowią po około 20% całej ilości energii dostarczanej do rośliny. Światło podczerwone stanowi dodatkową dawkę energii przydatną w określonych warunkach rozwoju. Światło zielone i żółte jest potrzebne głównie hodowcy, gdyż umożliwia zobaczyć roślinę w świetle zbliżonym do naturalnego.

Technologia LED – oszczędna alternatywa

Światło emitowane przez oprawy HPS posiada zakres widmowy, który w znacznej mierze nie pokrywa się z zapotrzebowaniem rośliny. Dlatego potrzebna jest nowa technologia stwarzająca możliwości dostosowania barwy światła do zdolności absorbcji konkretnego gatunku roślin, lokalizacji doświetlanej uprawy, zorientowania geograficznego szklarni, ilością słonecznych dni w roku itp.

chlorofil vs hps

Rys. 2 Spektrum widmowe światła HPS.

Oświetlenie LED dla roślin kompletuje się poprzez łączenie ze sobą diod oferujących długości światła czynnego fotosyntetycznie z uwzględnieniem wymagań konkretnych roślin. Dominuje zazwyczaj dioda deep red („ciemnoczerwona”) oferująca światło czerwone o długości fali 660nm. Jest to światło wysokoenergetyczne dostarczające chlorofilowi dużych ilości energii niezbędnej do intensywnej fotosyntezy. W celu dostarczenia światła z zakresu fal długich stosowane są także diody w kolorze royal blue (królewski niebieski). Dodatkowo, należy pamiętać, że oprócz barwy, istotnym czynnikiem jest zapewnienie odpowiedniej mocy strumienia światła. Moc strumienia światła słonecznego wynosi ok. 100000 lm. Aby zapewnić podobne parametry światła sztucznego HPS, należy zastosować oprawy o mocy ok. 1000W. Nie trudno zatem wyliczyć, że doświetlenie uprawy tego typu źródłami światła generuje duże koszty dla plantatora. Do tego należy dodać niską efektywność absorbcji światła HPS przez rośliny. Jak zauważa Łukasz Skawiński – Dyrektor Departamentu Przygotowania Usług w Energa Oświetlenie – „doświetlanie upraw pod osłonami wymaga nie tylko dużych nakładów na wyposażenie szklarni, ale wiąże się również z wysokimi kosztami ponoszonymi w trakcie eksploatacji. Dlatego od lat poszukuje się alternatywnych metod doświetlania. Jednym z takich rozwiązań są diody elektroluminescencyjne LED. Ważną ich zaletą, oprócz długiej trwałości (w obecnie oferowanych oprawach około 100 tysięcy godzin), jest możliwość wytwarzania selektywnego spektrum światła dostosowanego do potrzeb konkretnego gatunku uprawianych roślin. Dobierając odpowiednią kombinację diod emitujących światło o różnej barwie można idealnie dopasować spektrum emisji światła do widma absorpcji roślin. Liczne badania naukowców i firm komercyjnych potwierdzają, że oświetlenie LED pozytywnie wpływa na przyspieszenie tempa wzrostu roślin oraz wzrost wielkości i jakości plonu”.

5c57f77e31949-nvf-5703Rys. 3. Oświetlenie asymilacyjne LED w uprawie warzyw

Oceniając modernizację opraw oświetleniowych warto przeanalizować korzyści płynące z tego przedsięwzięcia. „Wymiana źródeł światła na oprawy asymilacyjne LED dla upraw szklarniowych to przed wszystkim oszczędność zużycia energii elektrycznej o co najmniej 40% - dodaje Jakub Farinade, Wiceprezes Zarządu Energa Oświetlenie. - Ponadto oprawy te cechują się wyższą wydajnością świetlną, dzięki czemu można zastosować redukcję ilości opraw na tej samej oświetlanej powierzchni. Oprawy LED nie emitują ciepła, co pozawala łatwiej regulować temperaturę w szklarni. Długa trwałość opraw LED to także gwarancja oszczędności na konserwacji i utrzymaniu systemu oświetleniowego. Warto dodać, że oprawy te są w 100% ekologicznie bezpieczne oraz nie powodują efektów ubocznych w postaci migotania czy przykrego olśnienia”.
Wielu plantatorów zwraca uwagę na dość wysoki koszt nakładów inwestycyjnych związanych z wymianą opraw HPS na LED. Jest to ważny czynnik decydujący o przystąpieniu do modernizacji. Warto jednak pamiętać, że funkcjonują na rynku firmy oferujące modernizację skalkulowaną tak, by poniesione przez plantatora koszty zwróciły się z oszczędności kosztów zużycia energii elektrycznej.

Kierunki badań nad oświetleniem w szklarniach

Od lat prowadzone są badania skuteczności doświetlania roślin za pomocą diod LED, które pozytywnie zweryfikowały zastosowane oprawy. Istnieje jednak nadal wiele otwartych pytań, stanowiących przedmiot badań naukowców, producentów opraw i specjalistów ds. oświetlenia. Z punktu widzenia jakości światła oraz efektywności usługi oświetleniowej szczególnie ważne wydają się następujące kwestie:
• wpływ proporcji światła niebieskiego i czerwonego na fotosyntezę w różnych etapach rozwoju rośliny;
• skuteczność stosowania oświetlenia w trybie ściemniania (dimmable) oraz pulsacyjnym;
• rola dodatkowego światła białego i jego wpływ na przebieg fotosyntezy;
• znaczenie koloru zielonego, dalekiej czerwieni (far red) oraz ultrafioletu (UV) w procesie fotosyntezy,
• wpływ typu opraw i wysokości ich montażu na równomierność oświetlenia oraz „gęstość” strumienia światła (PPFD).

5c0e55433f956-IMG-2421Rys. Zdjęcie uprawy róż oświetlanej światłem LED ( foto za zgodą właściciela szklarni)


Na potrzeby doświadczeń weryfikujących te zagadnienia został zaprojektowany system doświetlania roślin diodami LED, charakteryzujący się możliwością szerokiej parametryzacji emitowanego światła w zakresie udziału poszczególnych składowych widma, definiowania czasu pracy oraz mocy strumienia świetlnego poszczególnych opraw. Zespół Energa Oświetlenie na bieżąco śledzi nowości w dziedzinie opraw LED oraz implementuje je w konkretnych rozwiązaniach, by stale podnosić efektywność doświetlania upraw w szklarniach.

Opracował: Tomasz Demianiuk.

 

Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z Polityką Plików Cookies. Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do plików cookies w ustawieniach przeglądarki.

Rozumiem