Gdy jest zbyt mało słonecznych dni
Światło zaliczane jest do najistotniejszych czynników wpływających na wzrost i rozwój roślin. Warunkuje ono fotosyntezę czyli przetwarzanie energii świetlnej w energię chemiczną magazynowaną w postaci związków. Dla osiągnięcia właściwego poziomu morfogenezy roślin, niezbędne jest zapewnienie im odpowiedniej ilości światła. Badania potwierdzają, że zarówno niedobór światła, jak i jego nadmiar skutkują spowolnieniem wzrostu, utratą sprężystości łodyg, deficytem odporności na choroby i w związku z tym spadkiem produktywności. Warunki świetlne w Polsce są zróżnicowane w poszczególnych miesiącach roku.
Fot. Brak wystarczającej ilości światła słonecznego utrudnia całoroczną uprawę roślin
Należy uwzględnić fakt, że ilość światła docierającego do upraw w szklarniach czy tunelach jest mniejsza o ok. 30% w porównaniu ze światłem na powierzchni otwartej. Wynika to z odbicia światła od szkła lub braku transparentności pokrycia szklarni, a także rozmieszczenia elementów konstrukcyjnych. W miesiącach jesiennych i zimowych (od września do marca) ilość światła słonecznego jest niewystarczająca do prowadzenia produkcji roślinnej bez doświetlania roślin. Według badań, całoroczna produkcja w Europie możliwa jest wyłącznie na południe od 40 równoleżnika, a zatem w Hiszpanii, południowych Włoszech oraz Grecji. Co można zrobić, żeby produkcja całoroczna była możliwa w naszym kraju?
Doświetlanie LED - rekompensata braku światła słonecznego
Prowadzenie całorocznej uprawy wiąże się z koniecznością doświetlania oraz ponoszenia dodatkowych kosztów. Wielu producentów roślin ozdobnych, warzyw i owoców, mając na uwadze korzyści osiągane dzięki doświetlaniu podejmuje decyzję o modernizacji systemu oświetlenia, na taki, który gwarantuje roślinom wegetację przez cały rok. Wzrost areału upraw pod osłonami zaowocował szybkim rozwojem nowoczesnych technologii oświetleniowych. Rozwój technologii LED otworzył szansę dodatkowej redukcji kosztów zużycia energii elektrycznej, a zatem optymalizacji zysków z uprawy przez dostarczanie światła dostosowanego do potrzeb danej rośliny przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii elektrycznej o ok. 40%.
Fot. Doswietlanie asymilacyjne rozsady pomidora
System doświetlania roślin w szklarniach nazywany jest oświetleniem asymilacyjnym, ponieważ jego celem jest dostarczenie roślinom światła, które zostanie „skonsumowane” przez nie na potrzeby fotosyntezy. Oświetlenie asymilacyjne stymuluje wzrost roślin w okresie niedoboru światła słonecznego, umożliwia bardziej efektywną absorbcję CO2 oraz poprawę jakości plonów. Natężenie światła naturalnego w miesiącach zimowych oscyluje ok. 45 μmol/m2/s. Tymczasem do właściwego rozwoju roślin (np. pomidor, ogórek, róże, gerbery) potrzebne jest natężenie światła w wielkości 180 – 200 μmol/m2/s. Doświetlanie asymilacyjne pomidorów i ogórków zaleca się głównie w sytuacji gdy uprawę pod osłonami rozpoczyna się w październiku, a pierwszy zbiór planowany jest na koniec grudnia. Ciekawym rozwiązaniem jest tzw. doświetlanie fotoperiodyczne upraw, polegające na okresowym doświetlaniu roślin w ciągu dnia (przedłużanie dnia) lub nocy (przerywanie nocy). Tego typu rozwiązania stosuje się w uprawie sterowanej kwiatów oraz owoców (truskawki). Można dzięki temu rozwiązaniu uzyskać efekty w postaci dodatkowego plonu. Np. przedłużanie długości dnia od I poł. stycznia światłem o niskim natężeniu umożliwia uzyskanie zbioru truskawek już na początku kwietnia.
Fot. Coraz większą popularnością cieszą się oprawy asymilacyjne LED w uprawie roślin jagodowych (truskawki, borówki, jeżyny, itp).
Jak przygotować doświetlanie roślin w szklarniach
Z punktu widzenia plantatora ważnym przedsięwzięciem jest racjonalne zaprojektowanie oświetlenia, poprzez dobór opraw, ich właściwe rozmieszczenie, możliwości zmian w czasie trwania cyklu produkcyjnego oraz synchronizacja z innymi systemami (nawadnianie, zamglenie, wentylacja itp.). Dobór opraw i konstrukcja całości systemu oświetlenia zależy nie tylko od zapotrzebowania danej rośliny na światło, ale również od lokalizacji szklarni, jej usytuowania topograficznego, zanieczyszczenia pokrycia obiektu oraz elementów konstrukcji, które mogą zaciemniać lub rozpraszać światło.
Fot. Przyswajane przez rośliny światło jest starannie dobraną mieszanką światła białego, czerwonego i niebieskiego
Dobrze zaprojektowany system oświetlenia asymilacyjnego uwzględnia nie tylko intensywność promieniowania (ppfd) ale także barwę. Winna być ona skorelowana z widmem czynnościowym fotosyntezy danego gatunku. Dzięki stosowaniu światła o określonej długości fal można wpływać na przyspieszenie lub hamowanie procesów życiowych rośliny. Możliwość ta w przypadku tradycyjnych źródeł światła jest bardzo ograniczona. Rozwój technologii LED, dzięki zastosowaniu diod luminescencyjnych, otworzył przed oświetleniowcami niemal nieograniczone możliwości kreowania barwy strumienia światła. Dzięki temu można poprawić jakość plonów oraz zadbać o należytą kondycję rośliny w okresie pozbiorczym.
Poszukiwanie oszczędności czy zapewnienie jakości światła?
Biorąc pod uwagę nakłady inwestycyjne oraz koszt konserwacji i utrzymania systemu oświetleniowego należy także brać pod uwagę efektywną trwałość źródeł światła. jej spadek poniżej 70%, spowodowany w 20% spadkiem wartości strumienia świetlnego i w 10% wypaleniem się niektórych lamp oznacza konieczność wymiany opraw. Wyniki badań naukowców, potwierdzone doświadczeniem plantatorów, wskazują, że spadek wartości strumienia świetlnego (względem początkowego) w przypadku wysokoprężnej lampy sodowej (HPS) po ok. 20 tysiącach godzin użytkowania wynosi prawie 15%.
Fot. Oprawa sodowa z odbłyśnikiem - ilość i jakość światła wskazuje na znaczną utratę sprawności świetlnej
W związku z tym, na rynku wyraźnie wzrasta zainteresowanie źródłami światła o wyższej trwałości energetycznej, które pozwolą ograniczyć koszt konserwacji i wymiany opraw. Ze względu na ograniczenia nośne konstrukcji szklarni, istotnym, czynnikiem jest dobór takich opraw, które będą emitowały światło o właściwych parametrach a jednocześnie ich masa nie obciąży konstrukcji budowli. W tym kontekście należy także uwzględniać okoliczności klimatyczne tzn. okres doświetlania pokrywa się z czasem opadów śniegu, które również stanowią dodatkowe obciążenie konstrukcji. Warte odnotowania jest także wymaganie takiego doboru opraw, które swoją budową nie spowodują niepotrzebnego zacienienia w sąsiadujących rzędach.
Ciekawym rozwiązaniem są zintegrowane systemy regulacji strumienia świetlnego – mówi Jerzy Brudnik, Prezes Zarządu Energa Oświetlenie - których zastosowanie pozwala dodatkowo zaoszczędzić od 5 do 10% energii. Systemy te dostosowują poziom natężenia oświetlenia asymilacyjnego do bieżącego zapotrzebowania roślin, z uwzględnieniem intensywności światła naturalnego.
Całoroczny zysk
Obecnie najczęściej stosowanym w ogrodnictwie źródłem światła są lampy sodowe (HPS), które charakteryzują się skutecznością świetlną na poziomie ok. 118 μmol/m2/s oraz okresem efektywności energetycznej ok. 20 000 godzin. Oprawy te wyróżniają się duża mocą (1000W).
Oprawy HPS emitują światło, którego widmo nie jest dostosowane do widma absorpcji rośliny. Obniża to efektywność działania lamp oraz powoduje większe zużycie energii elektrycznej potrzebnej do ich zasilania - zauważa Michał Fortuna, Kierownik Wydziału Zakupów w Energa Oświetlenie - Ze względu na dużą emisję ciepła w celu ochrony roślin przed przegrzaniem lub poparzeniem liści, lampy te muszą być instalowane odpowiednio wysoko. Długotrwałe używanie opraw HPS powoduje też problem podwyższenia temperatury w szklarni, co prowadzi do konieczności wentylacji oraz ryzyka utraty CO2, sztucznie przecież implementowanego do szklarni.
Badania naukowców potwierdzają, że oświetlenie LED pozytywnie wpływa na przyspieszenie tempa wzrostu roślin oraz wielkość i jakość plonu. Zastosowanie diod jako źródeł światła sztucznego pozwala zredukować zużycie prądu nawet do 45 – 50% w stosunku do tradycyjnych opraw sodowych, dzięki czemu plantator może w stosunkowo krótkim czasie uzyskać oszczędności wynikające z kosztów zużycia energii elektrycznej. Jest to możliwe dzięki takim cechom opraw LED jak: niski pobór prądu, wysoka efektywność strumienia świetlnego, minimalne rozproszenie światła. Diody LED praktycznie nie emitują energii cieplnej, a zatem mogą być umieszczane bliżej roślin, dzięki czemu możliwe jest osiągnięcie równomiernego pokrycia światłem całości uprawy. Nie bez znaczenia jest także aspekt ekologiczny. Długotrwałość opraw, brak występowania w nich pierwiastków szkodliwych (Pb, Hg) oraz niski pobór prądu, pozwala zaliczyć te źródła światła do rozwiązań bezpiecznych dla środowiska.
Rys. Absorbcja światła przez chlorofil vs widmo światła z opraw sodowych
Wielu producentów rozważających modernizację oświetlenia w szklarniach zastanawia się nad przyjęciem jakiegoś ujednoliconego modelu systemu doświetlenia. Z reguły tego typu schematy nie istnieją. Dlaczego? Należy pamiętać, że tworzenie systemu doświetlenia LED dla roślin w szklarniach jest w pewnym sensie operacją na żywym organizmie. Nie zawsze jest możliwe przekalkowanie rozwiązań przyjętych w jednej szklarni do innej, nawet o analogicznych wymiarach i konstrukcji. W przygotowaniu rozwiązań systemowych ważne jest uwzględnienie położenia budynku, odległości pomiędzy oprawą a roślinami, szerokość stołów i wiele innych czynników. Dlatego dobrze skonstruowany system oświetlenia w przypadku upraw szklarniowych jest indywidualny i jest sumą efektywności opraw, doświadczenia elektromonterów oraz wiedzy biologów i technologów oświetlenia. Należy także pamiętać, że aby zapewnić właściwe parametry doświetlenia roślin w całym cyklu produkcyjnym, konstrukcja instalacji winna być przygotowana do możliwości wykonywania modyfikacji wysokości zawieszenia opraw wraz ze wzrostem roślin.
Modernizacja bez dodatkowych kosztów. Czy to możliwe?
Właściwy dobór opraw oraz specjalistyczne wykonanie modernizacji pozwoli skrócić czas cyklu produkcyjnego, zwiększyć ilość i jakość plonu oraz poprawić zdrowotność roślin. Modernizacja oświetlenia na LED w szklarniach oznacza wciąż duże nakłady inwestycyjne, które musi ponieść plantator. W obecnej sytuacji może być to czynnik odstręczający od podjęcia decyzji o wymianie źródeł światła. Istnieją jednak na rynku firmy, które – jak Energa Oświetlenie – są w stanie zapewnić zainteresowanym producentom wykonanie modernizacji i dogodne jej spłacenie z uzyskanych oszczędności w relatywnie krótkim okresie czasu (ok. 3 lat). Umożliwia to szybką i profesjonalną wymianę opraw, zwiększenie możliwości produkcyjnych przy utrzymaniu wydatków na dotychczasowym poziomie. Jest to ciekawa i korzystna oferta pozwalająca rozpocząć całoroczną uprawę, bez ponoszenia dodatkowych kosztów.
Oprac.: Tomasz Demianiuk
