Штучне освітлення в сільському господарстві
Давно відомо, що рослини не можуть рости без світла; однак лише за останні сто років, завдяки прогресу науки й техніки, було повністю виявлено точний вплив світла на рослини.
Використання штучного освітлення в сільському господарстві спрямоване на створення джерела світла, аналогічного сонячному світлу. Завдяки прогресу в технологіях світлодіодні лампи стали найкращим варіантом для освітлення садівництва, особливо ті, які можуть мати свій спектр, спеціально адаптований до потреб рослини. У порівнянні з більш звичайними варіантами освітлення, такими як натрієві лампи високого тиску (HPS) і люмінесцентні лампи, світлодіоди забезпечують значні переваги з точки зору впливу на навколишнє середовище та ефективності виробництва.
Доповідь про використання штучного освітлення в сільському господарстві була написана Valoya та співавторами дослідників з Університету Альмерії та Buresinnova. Звіт було опубліковано в січні 2018 року. Дослідження представляє тести, які використовують різні спектри та види світла, щоб визначити вплив, який кожна форма світла може мати на рослини залежно від обставин, за яких вони вирощуються. Нижче наведено фрагмент дослідження, який ви можете прочитати.
1. Світло і зв'язок між рослинами
Електромагнітні хвилі відповідають за передачу енергії через атмосферу. Приклади електромагнітних хвиль включають мікрохвилі, радіо- чи телевізійні хвилі, рентгенівські промені, ультрафіолетові промені або видиме світло. Електромагнітні хвилі можна відрізнити одна від одної за різною частотою та довжиною хвилі. Електромагнітний спектр складається з широкого діапазону частот і довжин хвиль, деякі з яких краще розпізнаються, ніж інші (наприклад, мікрохвилі, радіохвилі, видиме світло тощо).
Електромагнітне випромінювання має подвійну природу; коли він рухається в просторі як хвилі, він також обмінюється енергією у формі частинок (фотонів). У 1905 році Альберт Ейнштейн був першою людиною, яка стверджувала, що світло має властивості як частинок, так і хвиль одночасно. Фотони - це назви частинок, які містяться в пучку світла. Фотони, довжини хвилі яких відповідають більшим відстаням (нижчі частоти), несуть менше енергії, ніж фотони, довжини хвиль яких відповідають коротшим відстаням.
Людське око здатне сприймати світло з довжиною хвилі від 400 до 700 нанометрів (нм), що приблизно відповідає тій частині електромагнітного спектру, яка використовується рослинами під час процесу фотосинтезу. Тому світло з довжиною хвилі від 400 до 700 нм називають фотосинтетично активним випромінюванням (або просто ФАР). Спектр довжин хвиль, які можна побачити в сонячному світлі, є безперервним і виходить далеко за межі видимого діапазону. Людське око відповідає за перетворення різних довжин хвиль у кольори, які потім обробляються в людському мозку. Блакитний колір утворюється світлом з довжиною хвилі ближче до 400 нм, тоді як червоний колір утворюється світлом з довжиною хвилі ближче до 600 нм. Жовто-зелений діапазон довжин хвиль є тим, на який людське око реагує найбільш чутливо.
2. Пігменти, фоторецептори та хімічний процес фотосинтезу в рослин
Майже в тому ж діапазоні, що й людське око, спектр світла поглинається рослинами; однак, на відміну від людей, рослини краще сприймають червоне та синє світло.
Хлорофіл є одним із основних хімічних речовин, який дозволяє рослинам поглинати світло та використовувати енергію, яку він надає, для перетворення води та вуглекислого газу на кисень та інші складні органічні молекули. Цей процес відомий як фотосинтез. Хлорофіл — рослинний пігмент, який міститься у внутрішньоклітинних хлоропластах. Молекули хлорофілу мають зелений колір, і саме вони є причиною зеленого забарвлення стебел і листя. Існує дві основні форми хлорофілу, які можна знайти у вищих рослинах. Це хлорофіл а і хлорофіл b, і їхні криві поглинання світла дуже мало відрізняються одна від одної. Завдяки цій відносно незначній відмінності вони здатні вловлювати різні довжини хвиль, тим самим захоплюючи більшу частину спектру сонячного світла. Внаслідок здатності хлорофілів поглинати переважно червоне та синє світло, одночасно відбиваючи зелені хвилі, рослини здаються нашим очам зеленими.
Однак хлорофіл — не єдиний пігмент, що міститься в рослинах; так звані додаткові пігменти (такі як каротиноїди та ксантофіли, серед інших) і фенольні речовини (такі як флавоноїди, антоціани, флавони та флавоноїди) поглинають довжини хвиль, відмінні від червоного та синього. Жовтий, червоний і фіолетовий — кольори, з яких складаються додаткові пігменти. Крім заманювання птахів і комах, використання цих відтінків допомагає захистити тканини від шкідливої дії зовнішніх стресових факторів, таких як інтенсивне світлове опромінення.
Фоторецептори — ще один тип частинок, які здатні поглинати світло. Три основні класи фоторецепторів називаються фітохромами, фототропінами та криптохромами. Крім того, фоторецептор UVR8 є спеціалізованим фоторецептором, який реагує лише на ультрафіолетове світло. Кожен тип фоторецепторів чутливий до певного діапазону довжин хвиль світла і відповідає за певну фізіологічну реакцію в рослинах. Ці відповіді такі:
Фототропіни впливають як на фізичне положення хлоропластів, так і на відкриття продихів. Вони здатні поглинати синє світло.
Внутрішній годинник рослин контролюється криптохромами, які відстежують навколишнє середовище на предмет сигналів, пов’язаних зі світлом. На додаток до цього, вони пов’язані з морфологічними реакціями, такими як пригнічення подовження стебла, збільшення сім’ядолей, розвиток антоціанів і фотоперіодичне цвітіння. Довжини хвиль UVA (ультрафіолетового), синього та зеленого світла сприймаються криптохромами.
Цвітіння запускають фітохроми, які також відповідають за формування насіння. Подовження стебла, розширення листя та «синдром уникнення тіні» контролюються фітохромами рослин. Співвідношення червоного та далекого червоного світла, яке присутнє в навколишньому середовищі, впливає на фотостаціонарний стан молекули фітохрому, який, у свою чергу, опосередковує реакції, які регулюються фітохромами.
Цвітіння, розвиток насіння та інші функції, такі як проростання, час цвітіння та форма рослини, — це дії, які залежать від світла. Фотосинтез, процес, який постачає енергію для утворення біомаси, є лише одним із цих процесів. Ця поведінка тісно пов’язана з якістю світла, яке рослина отримує з навколишнього середовища, тобто як рослина інтерпретує сигнали з навколишнього середовища. Ці відповіді опосередковані довжинами хвиль, які знаходяться як всередині, так і за межами області PAR, включаючи ультрафіолетове та дальнє червоне випромінювання.
Для отримання додаткової інформації, будь ласка, зверніть увагу наофіційний сайт benwei!
