Spektrum światła i jego wpływ na wzrost roślin: na zewnątrz vs. w szklarni vs. w pomieszczeniu

Uprawa roślin może przyjmować wiele form, od tradycyjnej uprawy na zewnątrz, przez szklarnie, aż po uprawę w pomieszczeniach pod sztucznym oświetleniem. Każda z tych metod oferuje unikalne zalety, ale ma też swoje wady. W dzisiejszym artykule zajmiemy się różnicami w spektrum świetlnym przy uprawie na zewnątrz, w szklarni i w pomieszczeniach pod lampami LED do uprawy.

Rośliny postrzegają światło za pomocą fotosensorów, które nazywamy fotoreceptorami. Większość z nich ma za zadanie wychwytywać fotony światła i przekształcać je w energię w procesie fotosyntezy. Rośliny są jednak także wyposażone w wyspecjalizowane fotoreceptory, które funkcjonują inaczej niż pozostałe, nie zawsze uczestniczą w fotosyntezie i niektóre z nich nawet wychwytują światło poza widzialnym spektrum. Te fotoreceptory są dla roślin istotne, ponieważ wpływają na procesy okołodobowe, sygnały rozwojowe, regulację genów i wiele innych.

Różne kolory światła

Aby zrozumieć spektrum świetlne, warto pamiętać, że światło jest promieniowaniem elektromagnetycznym, które można charakteryzować zarówno jako cząstkę (foton), jak i falę. Poszczególne typy promieniowania elektromagnetycznego dzielimy według długości fali i odpowiadającej częstotliwości. Nazwa „spektrum” początkowo odnosiła się do widzialnego spektrum barw widocznych dla ludzkiego oka (kolory tęczy), ale z czasem odkryto też inne rodzaje promieniowania, których ludzie nie postrzegają wzrokiem. Aby zrozumieć spektrum świetlne, warto pamiętać, że światło jest promieniowaniem elektromagnetycznym, które można charakteryzować zarówno jako cząstkę (foton), jak i falę. Poszczególne typy promieniowania elektromagnetycznego dzielimy według długości fali i odpowiadającej częstotliwości. Nazwa „spektrum” początkowo odnosiła się do widzialnego spektrum barw widocznych dla ludzkiego oka (kolory tęczy), ale z czasem odkryto też inne rodzaje promieniowania, których ludzie nie postrzegają wzrokiem.

Światło widzialne: Widzialna część spektrum świetlnego o długościach fal 400-800 nanometrów. Poszczególne kolory w spektrum świetlnym nazywamy barwami spektralnymi (czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, cyjan, niebieski, fioletowy).

Promieniowanie aktywne fotosyntetycznie: PAR (photosynthetic active radiation) pokrywa się z widzialnym światłem i oznacza zakres długości fal światła (400 aż 700 nanometrów), które rośliny wykorzystują do fotosyntezy. Większość lamp LED do uprawy obejmuje jedynie długości fal aktywne fotosyntetycznie.

UV: Promieniowanie ultrafioletowe (400-10 nanometrów) jest dla ludzi i roślin niebezpieczne, uszkadza DNA i może powodować nowotworowe przemiany komórek. Większość promieniowania UV pochłania atmosfera ziemska, ale niewielka jego ilość dociera do powierzchni.

Promieniowanie podczerwone: Promieniowanie podczerwone ma długość fali między 760 nanometrów - 1 nanometrów i dalej dzieli się na bliską podczerwień (near-IR), średnią podczerwień (mid-IR), daleką podczerwień (far-IR).

RTG: Promieniowanie rentgenowskie o długościach fal 10 – 0,1 nanometrów jest w praktyce wykorzystywane dzięki swojej zdolności przenikania przez wiele materiałów (radiografia, tomografia komputerowa). Dla upraw roślin nie ma znaczenia.

Promieniowanie gamma: Promieniowanie radioaktywne, które powstaje przy procesach jądrowych. Dla upraw roślin nie ma znaczenia.

Uprawa na zewnątrz: Wszystkie kolory światła

Nie zdziwi nikogo, że naturalne światło słoneczne jest najbardziej złożone i obejmuje najszersze możliwe spektrum. Rośliny uprawiane na zewnątrz są oświetlane nie tylko widzialną częścią spektrum, w tym promieniowaniem aktywnym fotosyntetycznie, ale także podczerwienią, UV i innymi rodzajami promieniowania. Chociaż wpływ ekstremalnie krótkich lub ekstremalnie długich długości fal nie jest dobrze udokumentowany w odniesieniu do roślin, niektóre z niewidzialnych długości fal, takie jak UV i daleka czerwień, mogą być dla roślin kluczowe, mimo że nie wpływają bezpośrednio na fotosyntezę.

Szklarnie: Brak promieniowania UV

Szklarnie mogą być wykonane z różnych rodzajów szkła lub nawet z tworzyw sztucznych, które mogą mieć odmienny wpływ na światło przechodzące przez materiał. Ogólnie jednak szkło przepuszcza większość spektrum świetlnego, ale naturalnie blokuje znaczną część promieniowania UV i fal o krótszych długościach. W tym sensie szklarnie można uznać za półprzepuszczalne, a brak światła UV może oddziaływać na rośliny, na przykład na produkcję terpenów lub substancji czynnych.

Wiadomo, że u niektórych roślin promieniowanie UV stymuluje produkcję metabolitów wtórnych. Istnieją teorie, że takie rośliny wytwarzają więcej tych związków, ponieważ działają one jako naturalna ochrona przed niszczącym wpływem promieni UV na DNA. Odkryto również nietypowy fotoreceptor UVR8, który jest bezpośrednio aktywowany przez UV-B i wykrywa światło o długości 280-320 nanometrów. Ten fotoreceptor składa się z dwóch cząsteczek UVR8, które po naświetleniu UV-B rozdzielają się i stają się monomerami, co zmienia jego funkcję i prowadzi do zmian, w tym zwiększenia odporności na stres, aktywacji genów i wpływu na rozwój rośliny.

Brak promieniowania UV co prawda nie zagraża życiu roślin, ale może znacząco wpłynąć na to, jak radzą sobie ze stresem i przechodzą przez poszczególne fazy życia. Z tych powodów niektórzy hodowcy w szklarniach i w pomieszczeniach uprawnych używają specjalnych lamp uprawowych, które wzbogacają spektrum świetlne o promieniowanie UV-A i UV-B.

Indoor: PAR dopasowany do roślin

Większość nowoczesnych lamp LED do uprawy emituje znormalizowane spektrum świetlne odpowiadające długościom fal PAR (400–700 nanometrów). Taki zakres spektrum w zupełności wystarcza, aby roślinom pod sztucznym oświetleniem dobrze się powodziło i w określonych warunkach mogą rosnąć szybciej niż na zewnątrz lub w szklarni. Z drugiej strony spektrum lamp LED do uprawy jest ubogie nie tylko w UV, ale także w światło podczerwone.

Ilość światła podczerwonego padającego na rośliny uprawiane na zewnątrz lub w szklarni zmienia się w ciągu dnia i roku w zależności od tego, jak słońce porusza się po niebie, ponieważ zmienia się kąt, pod jakim światło przechodzi przez atmosferę. Rośliny wykorzystują ten fakt do regulacji swoich rytmów okołodobowych, a dzięki wyspecjalizowanym fotoreceptorom zwanym fitochromami potrafią rozpoznać na przykład, kiedy jest czas, aby rozpocząć kwitnienie. Dlatego przy uprawie w pomieszczeniach pod sztucznym oświetleniem rośliny mogą zacząć kwitnąć nieco wolniej (po przełączeniu na 12/12), niż byłoby to na zewnątrz. Podobnie jak w przypadku promieniowania UV, spektrum podczerwone można w hodowli lub szklarni uzupełnić za pomocą dodatkowego oświetlenia o spektrum podczerwonym.

Czytaj także: Uprawa indoor: Jak przełączyć do kwitnienia