Kunstlik valgustus põllumajanduses
Juba ammu on teada, et taimed ei saa kasvada ilma valguseta; sellegipoolest on tänu teaduse ja tehnoloogia edusammudele valguse täpne mõju taimedele täielikult avastatud alles viimase saja aasta jooksul.
Kunstliku valgustuse kasutamine põllumajanduses on suunatud päikesevalgusele analoogse valgusallika pakkumisele. Tehnoloogia edusammude tõttu on LED-valgustid kujunenud parimaks võimaluseks aiavalgustuse jaoks, eriti nende puhul, mille spektrid on kohandatud spetsiaalselt taime vajadustele. Võrreldes tavapäraste valgustusvõimalustega, nagu kõrgsurve naatrium (HPS) ja luminofoorlambid, pakuvad LED-e kasutavad tuled keskkonnamõju ja tootmise tõhususe osas märkimisväärset kasu.
Aruande kunstliku valgustuse kasutamise kohta põllumajanduses koostas Valoya ning selle kaasautoriks olid Almeria ja Buresinnova ülikooli teadlased. Aruanne avaldati 2018. aasta jaanuaris. Uurimistöös tutvustatakse teste, mis kasutavad erinevaid spektreid ja valguse liike, et teha kindlaks mõju, mida iga valguse vorm võib taimedele avaldada olenevalt nende kasvatamise tingimustest. Järgnev on katkend uuringust, mida saate lugeda.
1. Valgus ja taimedevaheline suhtlus
Elektromagnetlained vastutavad energia edastamise eest läbi atmosfääri. Elektromagnetlainete näideteks on mikrolained, raadio- või telelained, röntgenikiirgus, ultraviolettkiired või nähtav valgus. Elektromagnetlaineid saab üksteisest eristada nende erineva sageduse ja lainepikkuse järgi. Elektromagnetiline spekter koosneb paljudest sageduste ja lainepikkuste vahemikust, millest mõned on paremini äratuntavad kui teised (näiteks mikrolained, raadiolained, nähtav valgus jne).
Elektromagnetkiirgus on kahetise iseloomuga; lainetena läbi ruumi liikudes vahetab see ka energiat osakeste (footonite) kujul. Aastal 1905 oli Albert Einstein esimene inimene, kes väitis, et valgusel on samaaegselt nii osakeste kui ka lainete omadused. Footonid on valgusvihus sisalduvate osakeste nimed. Footonid, mille lainepikkused vastavad pikematele vahemaadele (madalamad sagedused), kannavad vähem energiat kui footonid, mille lainepikkused vastavad lühematele vahemaadele.
Inimsilm suudab tuvastada valgust lainepikkusega vahemikus 400–700 nanomeetrit (nm), mis vastab ligikaudu elektromagnetilise spektri osale, mida taimed fotosünteesi käigus kasutavad. Seetõttu nimetatakse valgust lainepikkusega 400–700 nm fotosünteetiliselt aktiivseks kiirguseks (või lihtsalt PAR). Päikesevalguses nähtav lainepikkuste spekter on pidev, ulatudes tunduvalt kaugemale nägemisulatusest. Inimsilm vastutab erinevate lainepikkuste värvideks muutmise eest, mida seejärel inimajus töödeldakse. Sinise värvi toodab valgus, mille lainepikkus on lähemal 400 nm, punase värvi aga valgus, mille lainepikkus on lähemal 600 nm. Kollakasroheline lainepikkuse vahemik on see, millele inimsilm kõige tundlikumalt reageerib.
2. Pigmendid, fotoretseptorid ja fotosünteesi keemiline protsess taimedes
Peaaegu samas vahemikus kui inimsilm, neeldub valguse spekter taimedesse; aga erinevalt inimestest suudavad taimed punast ja sinist valgust paremini vastu võtta.
Klorofüll on üks peamisi kemikaale, mis võimaldab taimedel neelata valgust ja kasutada selle energiat vee ja süsinikdioksiidi muutmiseks hapnikuks ja muudeks keerukateks orgaanilisteks molekulideks. Seda protsessi nimetatakse fotosünteesiks. Klorofüll on taimne pigment, mida võib leida rakusisestes kloroplastides. Klorofülli molekulid on rohelist värvi ja need on tegelikult varte ja lehtede rohelise värvuse põhjuseks. Klorofüllil on kaks peamist vormi, mida võib leida kõrgemates taimedes. Need on klorofüll a ja klorofüll b ning nende valguse neeldumiskõverad erinevad üksteisest väga väikesel viisil. Selle suhteliselt väikese erinevuse tõttu suudavad nad tabada erinevaid lainepikkusi, hõivates seeläbi suurema osa päikesevalguse spektrist. Tänu klorofüllide võimele neelata peamiselt punast ja sinist valgust, peegeldades samal ajal rohelisi lainepikkusi, tunduvad taimed meie silmadele rohelised.
Klorofüll pole aga ainus taimedes leiduv pigment; niinimetatud lisapigmendid (näiteks karotenoidid ja ksantofüllid) ja fenoolsed ained (nt flavonoidid, antotsüaniinid, flavonid ja flavonoidid) neelavad lainepikkusi peale punase ja sinise. Kollane, punane ja violetne on värvid, millest koosnevad lisapigmendid. Lisaks lindude ja putukate meelitamisele aitab nende toonide kasutamine kaitsta kudesid väliste stressitegurite, näiteks intensiivse valguskiirguse, kahjulike mõjude eest.
Fotoretseptorid on teist tüüpi osakesed, mis on võimelised valgust neelama. Fotoretseptorite kolme põhiklassi nimetatakse fütokroomideks, fototropiinideks ja krüptokroomideks. Lisaks on UVR8 fotoretseptor spetsiaalne fotoretseptor, mis reageerib ainult ultraviolettvalgusele. Iga fotoretseptori tüüp on tundlik valguse kindla lainepikkuse vahemiku suhtes ja vastutab teatud füsioloogilise reaktsiooni eest taimedes. Need vastused on järgmised:
Fototropiinid mõjutavad nii kloroplastide füüsilist asendit kui ka stoomide avanemist. Nad on võimelised imama sinist valgust.
Taimede sisemist kella juhivad krüptokroomid, mis jälgivad nende keskkonda valgusega seotud signaalide suhtes. Lisaks sellele seostatakse neid morfoloogiliste reaktsioonidega, nagu varre pikenemise pärssimine, idulehtede suurenemine, antotsüaniinide areng ja fotoperioodiline õitsemine. Krüptokroomid võtavad vastu UVA (ultraviolett), sinise ja rohelise valguse lainepikkused.
Õitsemise käivitavad fütokroomid, mis vastutavad ka seemnete moodustumise eest. Varre pikenemist, lehtede laienemist ja "varju vältimise sündroomi" kontrollivad taimede fütokroomid. Keskkonnas esineva punase ja kaugpunase valguse suhe mõjutab fütokroommolekuli fotostatsionaarset seisundit, mis omakorda vahendab fütokroomide poolt reguleeritavaid reaktsioone.
Õitsemine, seemnete arenemine ja muud funktsioonid, nagu idanemine, õitsemise ajastus ja taime kuju, on kõik valgusest sõltuvad tegevused. Fotosüntees, protsess, mis varustab energiat biomassi moodustamiseks, on vaid üks neist protsessidest. Need käitumised on keeruliselt seotud valguse kvaliteediga, mida taim oma ümbrusest saab, mistõttu taim tõlgendab ümbritsevast signaale. Neid vastuseid vahendavad lainepikkused, mis asuvad nii PAR-piirkonna sees kui ka väljaspool, sealhulgas UV- ja kaugpunane kiirgus.
Lisateabe saamiseks pöörake tähelepanubenwei ametlik veebisait!
