Światło odgrywa podstawową rolę w uprawach roślin, warzyw i owoców. Jest to niezaprzeczalny fakt. Jeśli zajmujemy się uprawą na otwartej przestrzeni, to liczymy wyłącznie na oświetlenie naturalne. Cała przygoda z doborem odpowiedniego oświetlenia zaczyna się wtedy, gdy prowadzimy uprawy szklarniowe. Do tego typu produkcji możemy zaliczyć również uprawy prowadzone w komorach podziemnych, w pomieszczeniach naziemnych bez udziału światła naturalnego i uprawy w pionowych lub poziomych szybach windowych, w których występuje symulacja odpowiedniej długości dnia i nocy.
W powyżej wymienionych pomieszczeniach sztuczne światło jest niezbędne do wywołania procesów takich jak: kiełkowanie, fotosynteza, fotomorfogeneza, fotoperiodyzm i fototropizm. Pierwszy z nich wywołuje się poprzez pobudzenie kwitnienia światłem czerwonym w zakresie od 630 do 680 nm. Można to osiągnąć również za pomocą
bliskiego nadfioletu. Z kolei hamowanie kwitnienia uzyskuje się światłem z zakresu od 700 do 780 nm. Kolejnym procesem jest doskonale znane zjawisko fotosyntezy. Do tego niezbędne jest dostarczenie odpowiednio wysokiego poziomu natężenia oświetlenia, które powinno wynosić minimum 2000 lx. Po tym etapie następuje równomierny wzrost roślin nazywany inaczej fotomorfogenezą. Następuje wtedy wydłużanie się łodygi, ulistnianie, kształtowanie się korzenia. Proces ten uzyskuje się poprzez jednoczesne działanie światła czerwonego i niebieskiego w odpowiednich proporcjach. Fotoperiodyzm to kolejne zjawisko, które wywołuje się poprzez działanie światła. Polega ono na przedłużeniu dnia w okresie zimowym. Wymaga to indywidualnego doboru czasu naświetlania w zależności od rośliny. Na tym etapie roślina reaguje na zakres od 315 do 1400 nm. Poniżej tego zakresu występuje ogromne ryzyko nieodwracalnego uszkodzenia rośliny, a do zakresu 400 nm następuje wzrost i kształtowanie się rośliny. W kolejnym skoku – do 510 nm – występuje drugi szczyt absorpcji chlorofilu i fotosyntezy. W zakresie od 610 do 700 nm następuje maksymalny skutek fotosyntezy i absorpcji chlorofilu. W zakresach od 700 do 1000 nm wydłużają się łodygi. Powyżej 1000 nm występuje tylko zjawisko nagrzewania. Po okresie fotoperiodyzmu roślina wchodzi w kolejny etap zwany fototropizmem, czyli przechodzi w tryb najlepszego ustawienia się liści w kierunku światła. To sprawia, że nastaje etap najintensywniejszej fotosyntezy.
Odpowiedni sprzęt pomiarowy
W celu świadomego prowadzenia upraw w sztucznym świetle warto mieć urządzenie do pomiaru parametrów źródeł. Jeżeli potrzebujemy lekkiego i poręcznego narzędzia, to w tym celu warto skorzystać z miernika CL-70f. Jest to
urządzenie, które posiada obrotową głowicę. To sprawia, że dużo prościej jest znaleźć prawidłową pozycję do właściwego pomiaru źródła. Miernik ten posiada dotykowy wyświetlacz i pamięć pomiarową dającą możliwość zapamiętania do 999 pomiarów. Przycisk do wykonania pomiaru znajduje się z boku urządzenia, co sprawia, że trzymając urządzenie w jednej dłoni, od razu mamy ją przygotowaną do wykonania pomiaru. Taka konstrukcja miernika niezwykle ułatwia wykonywanie pomiarów. Dodatkowo zmierzone dane możemy przesłać do komputera i archiwizować je w popularnym arkuszu Excel. Istnieje również możliwość przedstawiania pomiaru w formie zdjęcia widma w formacie *.jpg. Miernik Konica Minolta CL-70f umożliwia pomiar natężenia oświetlenia w luksach [lx] – mierzy widmo w zakresie od 380 do 780 nm. Dzięki temu można zobaczyć wyniki temperatury barwowej i parametrów koloru w przestrzeni Yxy.
Jeśli nasza praca jest związana z potrzebą stacjonarnego mierzenia i wymaga użycia komputera, w którym możemy na bieżąco przeglądać wyniki, to dobrym wyborem będzie spektrofotometr Konica Minolta CL-500A. Dlaczego? Bo przy zachowaniu poręcznej i lekkiej budowy można go podpiąć do komputera i pracować na bieżąco wyłącznie przez program. Jest to urządzenie o klasę dokładniejsze niż powyżej opisany miernik. Jego możliwości pomiarowe są takie same jak CL-70f, z tym że mierzy widmo od 360 nm i ma możliwość przedstawiania wyników pomiarów natężenia napromieniowania w jednostkach [W/m2]. Kolejną dodatkową funkcjonalnością tego spektrofotometru jest możliwość indywidualnego przygotowania formatu pracy z komputerem. Co to znaczy? Urządzenie pracuje poprzez arkusz Excel i jeżeli jest potrzeba wprowadzenia własnego wzoru, to jest to możliwe w prosty sposób. Przykładem może być potrzeba pomiaru parametrów PPFD lub PPF, czyli ilości fotonów, jaka jest przyjmowana przez roślinę, oraz ilości fotonów generowanych przez źródło światła.
Jeżeli potrzebujemy kontrolować źródła światła w zakresie od 300 nm, to warto rozważyć spektrometr Instrument Systems CAS120. Jest to urządzenie stacjonarne przeznaczone do pracy w warunkach laboratoryjnych. Oznacza to potrzebę kontroli i utrzymywania stałych parametrów temperatury, wilgotności i przepływu powietrza dla uzyskania najwyższej jakości pomiarów. Urządzenie mierzy widmo promieniowania w zakresie od 200 do 800 nm. Jeżeli interesuje nas wyłącznie zakres podczerwieni, to można wybrać model o zakresie od 780 do 2150 nm.
Odpowiednie warunki napromieniowania zależą przede wszystkim od rodzaju i odmiany upraw. Ponadto istotne jest, czy skupiamy się na produkcji rozsadów, czy na roślinach owocujących.
Przykładowo ogórki na rozsady potrzebują od 5 do 20 W/m2 przez 12 do 16 godz. napromieniowania. Z kolei dla ogórków owocujących natężenie napromieniowania powinno wynosić od 15 do 30 W/m2 w takim samym czasie jak na rozsady. Kolejnym przykładem mogą być pomidory, które potrzebują od 14 do 18 godz. napromieniowania natężeniem od 10 do 25 W/m2, jeśli rozważamy rozsady. Z kolei dla upraw owocujących czas powinien wynosić w granicach 14 do 16 godz., ale z natężeniem od 20 do 35 W/m2.
Czy są to wszystkie istotne funkcje, jakie spełnia światło dla roślin? Nie, ponieważ oprócz opisanych na początku artykułu stosuje się światło również w celu konserwacji podczas przechowywania. Potrzebna jest w tym celu podczerwień. Również światłem z zakresu bliskiej podczerwieni można suszyć ziarna przed transportowaniem ich do silosów.
Jeżeli potrzebujemy kontrolować stan naświetlania w zakresie wyłącznie podczerwieni, to warto zainwestować w spektrometr Instrument Systems CAS140. Jest to seria doskonale znanych spektrometrów o szerokim zakresie pracy. Przykładowo można wyposażyć się w model, który mierzy widmo od 200 do 1100 nm.
Wybór właściwego miernika
Przed podjęciem decyzji o inwestycji w urządzenie pomiarowe warto dokładnie opracować sobie odpowiedzi: w jakim charakterze będzie pracować urządzenie – jako przenośne czy stacjonarne? Czy mamy pomieszczenie laboratoryjne? Jaki zakres pomiarowy nas interesuje? Czy chcemy pracować z komputerem? Jakie parametry chcemy mierzyć? Jaka dokładność pomiarowa jest dla nas ważna?
Dodatkowo, zajmując się uprawą roślin, warto bliżej poznać kwestie krzywych widmowych skuteczności aktynicznej, które pozwalają lepiej poznać potrzeby naszych roślin. Jest to istotne, aby poznać właściwości promieniowania monochromatycznego wywołującego odpowiednią przemianę chemiczną rośliny.
Tego rodzaju wiedzę można czerpać np. z raportu Międzynarodowej Komisji Oświetleniowej (CIE) – „CIE Collection in Photobiology and Photochemistry: Photobiological effects in plant growth” , a także
z publikacji „Terminology for photosyntetically active radiation”.
Drodzy Państwo, jeżeli jesteście zainteresowani odpowiednimi urządzeniami do pomiarów źródeł światła w uprawach roślin, to chętnie doradzimy i wspomożemy przy tego typu projektach.
Autor: Andrzej Wojtkowski
Odwiedź Instrument Systems
na targach Light+Building,
2-6 października 2022 r., Frankfurt n. Menem
Hala 8/H38
Konica Minolta Sensing Europe B.V. Sp. z o.o. Oddział w Polsce
ul. Skarbowców 23a
53-025 Wrocław
Tel: +48 71 734 52 11
Info.poland@seu.konicaminolta.eu