תאורה מלאכותית בחקלאות
זה ידוע מזה זמן רב שצמחים אינם יכולים לצמוח ללא אור; עם זאת, רק במאה השנים האחרונות, הודות להתקדמות במדע ובטכנולוגיה, התגלתה במלואה ההשפעה המדויקת שיש לאור על צמחים.
השימוש בתאורה מלאכותית בחקלאות נועד לספק מקור אור המקביל לאור שמספקת השמש. בגלל ההתקדמות בטכנולוגיה, נורות LED הופיעו כאופציה הטובה ביותר עבור תאורת גננות, במיוחד אלו שיכולות להתאים את הספקטרום שלהם במיוחד לצרכי הצמח. בהשוואה לאפשרויות תאורה קונבנציונליות יותר, כגון נתרן בלחץ גבוה (HPS) ופלורסנטים, נורות המשתמשות ב-LED מספקות יתרונות משמעותיים מבחינת השפעתן על הסביבה ויעילות הייצור שלהן.
דו"ח על השימוש בתאורה מלאכותית בחקלאות נכתב על ידי Valoya ונכתב בשיתוף חוקרים מאוניברסיטת אלמריה ובורסינובה. הדו"ח פורסם בינואר 2018. המחקר מציג בדיקות העושות שימוש בספקטרום וסוגי אור שונים על מנת לקבוע את ההשפעה שיכולה להיות לכל צורת אור על צמחים בהתאם לנסיבות שבהן הם גדלים. להלן קטע מהמחקר שתוכל לקרוא.
1. אור והתקשורת בין צמחים
גלים אלקטרומגנטיים אחראים להעברת אנרגיה דרך האטמוספרה. דוגמאות לגלים אלקטרומגנטיים כוללים גלי מיקרו, גלי רדיו או טלוויזיה, קרני רנטגן, קרניים אולטרה סגולות או אור נראה. ניתן להבחין בין גלים אלקטרומגנטיים זה מזה על ידי התדרים ואורכי הגל המשתנים שלהם. הספקטרום האלקטרומגנטי מורכב ממגוון רחב של תדרים ואורכי גל, שחלקם מזוהים טוב יותר מאחרים (לדוגמה, גלי מיקרוגל, גלי רדיו, אור נראה וכן הלאה).
לקרינה אלקטרומגנטית יש אופי כפול; בזמן שהוא נע בחלל כגלים, הוא גם מחליף אנרגיה בצורה של חלקיקים (פוטונים). בשנת 1905, אלברט איינשטיין היה האדם הראשון שטען כי לאור יש מאפיינים של חלקיקים וגלים בו זמנית. פוטונים הם שמות החלקיקים הכלולים בקרן אור. פוטונים שאורכי הגל שלהם תואמים למרחקים ארוכים יותר (תדרים נמוכים יותר) נושאים פחות אנרגיה מפוטונים שאורכי הגל שלהם תואמים למרחקים קצרים יותר.
העין האנושית מסוגלת לזהות אור עם אורכי גל שבין 400 ל-700 ננומטר (ננומטר), התואם בערך לחלק של הספקטרום האלקטרומגנטי שמנוצל על ידי הצמחים במהלך תהליך הפוטוסינתזה. לכן, אור עם אורך גל בין 400 ל-700 ננומטר מכונה קרינה פעילה פוטוסינתטית (או פשוט PAR). ספקטרום אורכי הגל שניתן לראות באור השמש הוא רציף, ומשתרע הרבה מעבר לטווח הראייה. העין האנושית אחראית להמרת אורכי גל שונים לצבעים, אשר לאחר מכן מעובדים במוח האנושי. הצבע הכחול מופק מאור עם אורך גל הקרוב יותר ל-400 ננומטר, ואילו הצבע האדום מיוצר מאור עם אורך גל שקרוב יותר ל-600 ננומטר. טווח אורכי הגל הצהוב-ירוק הוא זה שהעין האנושית מגיבה אליו בצורה הרגישה ביותר.
2. פיגמנטים, קולטני אור והתהליך הכימי של פוטוסינתזה בצמחים
כמעט באותו טווח כמו העין האנושית, ספקטרום האור נקלט בצמחים; עם זאת, בניגוד לאנשים, צמחים מסוגלים יותר לקלוט אור אדום וכחול.
כלורופיל הוא אחד הכימיקלים העיקריים המאפשרים לצמחים לספוג אור ולהשתמש באנרגיה שהוא מספק כדי להפוך מים ופחמן דו חמצני לחמצן ולמולקולות אורגניות מורכבות אחרות. תהליך זה ידוע בשם פוטוסינתזה. כלורופיל הוא פיגמנט צמחי שניתן למצוא בכלורופלסטים תוך תאיים. למולקולות הכלורופיל יש צבע ירוק, והן למעשה הגורם לצבע הירוק שנמצא בגבעולים ובעלים. ישנן שתי צורות ראשוניות של כלורופיל שניתן למצוא בצמחים גבוהים יותר. אלה הם כלורופיל a וכלורופיל b, ועיקולי ספיגת האור שלהם נבדלים זה מזה בצורה זעירה מאוד. בשל הבחנה מינורית יחסית זו, הם מסוגלים ללכוד אורכי גל שונים, ובכך ללכוד חלק גדול יותר מספקטרום אור השמש. כתוצאה מהיכולת של הכלורופילים לספוג בעיקר אור אדום וכחול תוך החזרת אורכי גל ירוקים, צמחים נראים ירוקים בעינינו.
עם זאת, כלורופיל אינו הפיגמנט היחיד שנמצא בצמחים; מה שנקרא פיגמנטים נלווים (כגון קרוטנואידים וקסנטופילים, בין היתר) וחומרים פנולים (כגון פלבנואידים, אנתוציאנינים, פלבנואים ופלבנואידים) סופגים אורכי גל שאינם רק אדום וכחול. צהוב, אדום וסגול הם הצבעים המרכיבים את הפיגמנטים הנלווים. בנוסף לפיתוי ציפורים וחרקים, השימוש בגוונים אלו מסייע בהגנה על רקמות מפני ההשפעות המזיקות של גורמי לחץ חיצוניים כה קרינת אור אינטנסיבית.
קולטנים הם סוג נוסף של חלקיקים המסוגלים לספוג אור. שלושת המעמדות העיקריים של קולטני הפוטו מכונים פיטוכרומים, פוטוטרופינים וקריפטוכרומים. בנוסף, קולטן הצילום UVR8 הוא קולטן צילום מיוחד המגיב לאור אולטרה סגול בלבד. כל סוג של קולטן פוטו רגיש לטווח אורכי גל מסוים של אור ואחראי על תגובה פיזיולוגית מסוימת בצמחים. התגובות הללו הן כדלקמן:
לפוטוטרופינים יש השפעה הן על המיקום הפיזי של הכלורופלסטים והן על פתיחת הסטומטה. הם מסוגלים לספוג אור כחול.
השעון הפנימי של הצמחים נשלט על ידי קריפטוכרומים, המנטרים את סביבתם לאותות הקשורים לאור. בנוסף לכך, הם קשורים לתגובות מורפולוגיות, כמו דיכוי התארכות הגזע, הגדלה של קוטלידונים, התפתחות אנתוציאנינים ופריחה פוטו-מחזורית. אורכי הגל של אור UVA (אולטרה סגול), כחול וירוק נקלטים על ידי קריפטוכרומים.
הפריחה מופעלת על ידי phytochromes, אשר אחראים גם על היווצרות של זרעים. התארכות הגבעולים, התרחבות העלים ו"תסמונת ההימנעות מצל" נשלטים כולם על ידי פיטוכרומים בצמחים. ליחס בין האור האדום והאדום הרחוק הקיים בסביבה יש השפעה על המצב הפוטוסטציונרי של מולקולת הפיטוכרום, אשר בתורו מתווך את התגובות המווסתות על ידי הפיטוכרומים.
פריחה, התפתחות זרעים ותפקודים נוספים כמו נביטה, עיתוי הפריחה וצורת הצמח הן כולן פעילויות התלויות באור. פוטוסינתזה, התהליך המספק את האנרגיה ליצירת ביומסה, הוא רק אחד מהתהליכים הללו. התנהגויות אלו קשורות באופן מורכב לאיכות האור שהצמח מקבל מסביבתו, וכך הצמח מפרש אותות מסביבתו. תגובות אלו מתווכות על ידי אורכי גל שנמצאים הן בתוך ומחוץ לאזור ה-PAR, כולל קרינה UV והקרנה אדומה רחוקה.
למידע נוסף, אנא שימו לבהאתר הרשמי של benwei!
