Keinotekoinen valaistus maataloudessa
On tiedetty jo pitkään, että kasvit eivät voi kasvaa ilman valoa; kuitenkin vasta viimeisen sadan vuoden aikana tieteen ja tekniikan edistyksen ansiosta valon tarkka vaikutus kasveihin on täysin löydetty.
Keinovalaistuksen käytöllä maataloudessa pyritään tarjoamaan valonlähde, joka on analoginen auringon tuottaman valon kanssa. Tekniikan kehityksen ansiosta LED-valot ovat nousseet parhaaksi vaihtoehdoksi puutarhan valaistukseen, erityisesti sellaisiin, joiden spektrit voidaan räätälöidä erityisesti kasvin tarpeisiin. Verrattuna perinteisempiin valaistusvaihtoehtoihin, kuten korkeapaineisiin natriumin (HPS) ja loisteputkiin, LED-valaisimet tarjoavat merkittäviä etuja ympäristövaikutusten ja tuotannon tehokkuuden kannalta.
Raportin keinovalaistuksen käytöstä maataloudessa on kirjoittanut Valoya, ja sen ovat kirjoittaneet Almerian ja Buresinnovan yliopiston tutkijat. Raportti julkaistiin tammikuussa 2018. Tutkimus esittelee testejä, joissa hyödynnetään erilaisia spektrejä ja valotyyppejä, joilla selvitetään kunkin valon muodon vaikutus kasveihin niiden kasvatusolosuhteiden mukaan. Seuraava on katkelma tutkimuksesta, jonka voit lukea.
1. Valo ja kasvien välinen viestintä
Sähkömagneettiset aallot ovat vastuussa energian siirtämisestä ilmakehän läpi. Esimerkkejä sähkömagneettisista aalloista ovat mikroaallot, radio- tai televisioaallot, röntgensäteet, ultraviolettisäteet tai näkyvä valo. Sähkömagneettiset aallot voidaan erottaa toisistaan niiden vaihtelevien taajuuksien ja aallonpituuksien perusteella. Sähkömagneettinen spektri koostuu laajasta valikoimasta taajuuksia ja aallonpituuksia, joista jotkin tunnistetaan paremmin kuin toiset (esimerkiksi mikroaallot, radioaallot, näkyvä valo ja niin edelleen).
Sähkömagneettisella säteilyllä on kaksoisluonne; kun se liikkuu avaruudessa aaltoina, se myös vaihtaa energiaa hiukkasten (fotonien) muodossa. Vuonna 1905 Albert Einstein oli ensimmäinen henkilö, joka väitti, että valolla on sekä hiukkasten että aaltojen ominaisuuksia samanaikaisesti. Fotonit ovat valonsäteen sisällä olevien hiukkasten nimiä. Fotonit, joiden aallonpituudet vastaavat pidempiä etäisyyksiä (matalempia taajuuksia), kuljettavat vähemmän energiaa kuin fotonit, joiden aallonpituudet vastaavat lyhyempiä etäisyyksiä.
Ihmissilmä pystyy havaitsemaan valoa, jonka aallonpituus on 400-700 nanometriä (nm), mikä vastaa suunnilleen sitä osaa sähkömagneettisesta spektristä, jota kasvit hyödyntävät fotosynteesin aikana. Siksi valoa, jonka aallonpituus on 400-700 nm, kutsutaan fotosynteettisesti aktiiviseksi säteilyksi (tai yksinkertaisesti PAR). Auringonvalossa näkyvä aallonpituuksien spektri on jatkuva ja ulottuu selvästi näköalueen ulkopuolelle. Ihmissilmä on vastuussa eri aallonpituuksien muuntamisesta väreiksi, jotka sitten käsitellään ihmisen aivoissa. Sinisen värin tuottaa valo, jonka aallonpituus on lähempänä 400 nm, kun taas punaisen värin tuottaa valo, jonka aallonpituus on lähempänä 600 nm. Kelta-vihreä aallonpituusalue on se, johon ihmissilmä reagoi herkimmin.
2. Pigmentit, fotoreseptorit ja fotosynteesin kemiallinen prosessi kasveissa
Lähes samalla alueella kuin ihmissilmä, kasvit absorboivat valon spektrin; mutta toisin kuin ihmiset, kasvit ottavat paremmin vastaan punaista ja sinistä valoa.
Klorofylli on yksi tärkeimmistä kemikaaleista, jonka avulla kasvit voivat absorboida valoa ja käyttää sen tarjoamaa energiaa veden ja hiilidioksidin muuttamiseksi hapeksi ja muiksi monimutkaisiksi orgaanisiksi molekyyleiksi. Tämä prosessi tunnetaan fotosynteesinä. Klorofylli on kasvipigmentti, jota löytyy solunsisäisistä kloroplasteista. Klorofyllimolekyylit ovat väriltään vihreitä, ja itse asiassa ne aiheuttavat varsien ja lehtien vihreän värin. On olemassa kaksi klorofyllin ensisijaista muotoa, joita voidaan löytää korkeammista kasveista. Nämä ovat klorofylli a ja klorofylli b, ja niiden valon absorptiokäyrät eroavat toisistaan hyvin pienellä tavalla. Tästä suhteellisen pienestä erosta johtuen ne pystyvät sieppaamaan eri aallonpituuksia ja siten vangitsemaan suuremman osan auringonvalon spektristä. Koska klorofyllit pystyvät absorboimaan pääasiassa punaista ja sinistä valoa samalla kun he heijastavat vihreitä aallonpituuksia, kasvit näyttävät vihreiltä silmissämme.
Klorofylli ei kuitenkaan ole ainoa kasveissa esiintyvä pigmentti; ns. lisäpigmentit (kuten muun muassa karotenoidit ja ksantofyllit) ja fenoliaineet (kuten flavonoidit, antosyaanit, flavonit ja flavonoidit) absorboivat muitakin aallonpituuksia kuin vain punaista ja sinistä. Keltainen, punainen ja violetti ovat värejä, jotka muodostavat lisäpigmentit. Lintujen ja hyönteisten houkuttelemisen lisäksi näiden sävyjen käyttö auttaa suojaamaan kudoksia ulkoisten stressitekijöiden, kuten voimakkaan valosäteilyn, haitallisilta vaikutuksilta.
Fotoreseptorit ovat toisen tyyppisiä hiukkasia, jotka pystyvät absorboimaan valoa. Kolmea ensisijaista fotoreseptoriluokkaa kutsutaan fytokromeiksi, fototropiineiksi ja kryptokromeiksi. Lisäksi UVR8-valoreseptori on erikoistunut fotoreseptori, joka reagoi vain ultraviolettivaloon. Jokainen fotoreseptorityyppi on herkkä tietylle valon aallonpituusalueelle ja on vastuussa tietystä fysiologisesta reaktiosta kasveissa. Nämä vastaukset ovat seuraavat:
Fototropiinit vaikuttavat sekä kloroplastien fysikaaliseen asemaan että stomatan avautumiseen. Ne pystyvät imemään sinistä valoa.
Kasvien sisäistä kelloa ohjaavat kryptokromit, jotka tarkkailevat niiden ympäristöstä valoon liittyviä signaaleja. Tämän lisäksi ne liittyvät morfologisiin reaktioihin, kuten varren pidentymisen vaimenemiseen, sirkkalehtien suurenemiseen, antosyaanien kehittymiseen ja valojaksolliseen kukintaan. Kryptokromit ottavat vastaan UVA:n (ultravioletti), sinisen ja vihreän valon aallonpituudet.
Kukinnan käynnistävät fytokromit, jotka ovat myös vastuussa siementen muodostumisesta. Kasvien fytokromit säätelevät varren pidentymistä, lehtien laajenemista ja "sävyn välttämisoireyhtymää". Ympäristössä olevan punaisen ja kaukopunaisen valon suhde vaikuttaa fytokromimolekyylin fotostationaariseen tilaan, mikä puolestaan välittää fytokromien säätelemiä reaktioita.
Kukinta, siementen kehitys ja muut toiminnot, kuten itävyys, kukinnan ajoitus ja kasvin muoto, ovat kaikki valoriippuvaisia toimintoja. Fotosynteesi, prosessi, joka toimittaa energiaa biomassan muodostumiseen, on vain yksi näistä prosesseista. Nämä käytökset liittyvät monimutkaisesti sen valon laatuun, jonka kasvi saa ympäristöstään, mikä on tapa, jolla kasvi tulkitsee ympäristöstään tulevia signaaleja. Näitä vasteita välittävät aallonpituudet, jotka ovat sekä PAR-alueen sisällä että sen ulkopuolella, mukaan lukien UV- ja kaukopunainen säteily.
Jos haluat lisätietoja, kiinnitä huomiotabenwei virallinen verkkosivusto!
