Ja jums tas patīk audzēt mājās Ja strādājat ar siltumnīcām, jūs droši vien kādā brīdī esat domājis, vai Sarkanā gaisma tiešām nāk par labu augiem Vai arī tas ir tikai vēl viens dārzkopības mīts?
Pēdējos gados ir savairojušās krāsainās LED lampas, pilna spektra paneļi un pat "brīnumlīdzekļu" siltumnīcu plastmasas, un ne vienmēr ir viegli nodalīt zinātni no mārketinga.
Realitātē augi gaismu izmanto daudz sarežģītākā veidā, nekā šķiet. Katra spektra krāsa darbojas kā atšķirīgs un aktīvs signāls. ļoti specifiskas fizioloģiskas reakcijasNo dīgšanas līdz ziedēšanai, ieskaitot stublāju, sakņu un lapu augšanu, šajā gaismas valodā vadošo lomu spēlē sarkanā un tālā sarkanā gaisma (tuvējais infrasarkanais starojums).
Izpratne par augu izmantoto gaismas spektru
Augi neredz gaismu tāpat kā mēs.Tie to "sadala" viļņu garumos un atkarībā no tiem iedarbina dažādus procesus. Josla, kas mūs visvairāk interesē augu augšanai, ir pazīstama kā fotosintētiski aktīvais starojums, aptuveni no 400 līdz 700 nanometriem (nm), kas sakrīt ar redzamo gaismu.
Šajā diapazonā hlorofils a un b tiek intensīvāk absorbēts divās zonās: vienā zils (aptuveni 400–450 nm) un vēl viens sarkans (aptuveni 600–700 nm)Tāpēc sarkano un zilo LED kombināciju kombinācijas ir iekarojušas tik daudzus iekštelpu audzētājus: tās koncentrē enerģiju tieši tur, kur augs to vislabāk izmanto.
Tomēr ne tikai fotosintēze ir galvenais jautājums. Citi pigmenti un specifiski receptori, piemēram, fitohromi, kriptohromi un fototropīni, uztver informāciju par... gaismas kvalitāte, ilgums un virziensŠī informācija izpaužas auga formas izmaiņās (fotomorfoģenēzē), gēnu aktivācijā vai inhibīcijā, ziedēšanas laikā un pat reakcijā uz ēnu.
Tāpēc galvenais ir ne tikai "dot daudz gaismas", bet gan piedāvāt pareiza krāsu kombinācija un pareizs fotoperiods katrai sugai un kultivēšanas stadijai. Tieši tur sarkanā un tāli sarkanā gaisma kļūst īpaši interesanta.
Sarkanā gaisma: no 600 līdz 700 nm
Runājot par sarkano gaismu dārzkopībā, mēs parasti domājam viļņu garumus starp aptuveni 620 un 700 nmŠī spektra zona ir izšķiroša gan fotosintēzei, gan attīstības kontrolei.
No fotosintēzes viedokļa sarkanā josla (saukta par Qy) nodrošina vienu no augstākas kvantu ražasPar katru absorbēto sarkano fotonu augs spēj radīt daudz noderīgas ķīmiskās enerģijas. Tādēļ šīs spektra daļas pastiprināšana uzlabo kultūraugu kopējo efektivitāti, īpaši, ja dabiskais apgaismojums ir ierobežots.
Taču redzamā sarkanā krāsa ar to neaprobežojas. Tā piedalās arī procesos, ko regulē fitohromi, piemēram, sēklu dīgšana, stumbra pagarināšanās vai ziedēšanas sākums daudzās īsās vai garās dienas sugās. Patiesībā nelielas sarkanās krāsas un citu krāsu attiecības variācijas var pilnībā mainīt auga uzvedību.
Iekštelpu vai siltumnīcu audzēšanā, kur apgaismojums ir precīzi kontrolēts, sarkanās gaismas pievienošana atbilstošās proporcijās ļauj labāk izmantot katru enerģijas vatu, vadīt augšanas modeli un saīsināt ražošanas ciklus, īpaši puķu un augļu kultūrās.
Tālā sarkanā gaisma (700 līdz 800 nm)
Aiz redzamās sarkanās krāsas mēs atrodam tā saukto tālu sarkans vai tuvs infrasarkanais, aptuveni no 700 līdz 800 nm. Ar neapbruņotu aci mēs to uztveram maz vai neko, bet augi to uztver ar lielu jutīgumu, izmantojot fitohromus.
Šis segments ir cieši saistīts ar tādām atbildēm kā ēnojuma novēršanaAugs, kas saņem daudz tālās sarkanās gaismas salīdzinājumā ar sarkano gaismu, interpretē to kā apēnotu citu augu lapotnēs, jo augšējās lapas absorbē lielu daļu sarkanās gaismas un ļauj cauri iziet vairāk tālās sarkanās gaismas. Kā reakcija uz to augs mēdz izstiept stublājus un kātiņus, lai mēģinātu "izbēgt" no ēnas.
Vienlaikus tālā sarkanā gaisma ietekmē arī ziedēšanas indukcija un var modulēt fotosintēzi, ja to kombinē ar citiem spektriem. Augsta līmeņa dārzkopības apgaismojuma sistēmās bieži tiek izmantoti specifiski viļņu garumi aptuveni 730 nm, lai precīzi noregulētu šīs reakcijas.
Ļoti skaidrs piemērs ir uzlabotas dārzkopības LED spuldzes, piemēram, Moonleds Horticulture klāstā esošās, kurās ir integrētas diodes 730 nm kopā ar plaša spektra mērķiemŠī stratēģija labāk atdarina īstu saules gaismu, kur vienmēr ir nedaudz tālās sarkanās gaismas, un nodrošina dabiskāku augšanu, vienlaikus precīzi kontrolējot augšanas un ziedēšanas fāzes.
Kā augi izmanto pieejamo sarkano gaismu?
Auga iekšienē sarkanos un tālos sarkanos fotonus uztver dažādas sistēmas. No vienas puses, hloroplasta fotosintēzes pigmenti (hlorofili un citi) galvenokārt izmanto sarkano krāsu ogļhidrātu veidošanai; no otras puses, fitohromi darbojas kā sensori, kas gaismas kvalitāti pārvērš bioķīmiskos signālos.
Šī sarkanās gaismas divējāda loma izskaidro, kāpēc tā vienlaikus var veicināt biomasas ražošanu un izraisīt fāžu izmaiņas, piemēram, pāreju no veģetatīvās uz reproduktīvo augšanu. Ātrums, ar kādu augs reaģē, būs atkarīgs no sugas, tās attīstības stadijas un citiem vides apstākļiem.
Vairāki pētījumi ir parādījuši, ka sarkanā komponenta pastiprināšana salātos, tomātos vai dekoratīvajās puķu kultūrās palielina fotosintēzes ātrums un biomasas uzkrāšanāsīpaši, ja pamata baltā gaisma ir vāja vai ja augšanas cikls ir īss. Dekoratīvajiem augiem ziedēšana var būt bagātīgāka un vienmērīgāka.
Tomēr tikai sarkanā gaisma parasti rada augus pārāk garš un ar sliktāku struktūruTāpēc tiek uzsvērts, ka sarkanā krāsa vienmēr jālieto kombinācijā ar citām krāsām, īpaši zilu, kas sablīvē auga formu un uzlabo lapotnes kvalitāti.
Fitohromi: sarkanās un tālās sarkanās gaismas sensori
Fitohromi ir specializētas olbaltumvielas, kas darbojas kā divpozīciju molekulārais slēdzisTie pastāv divās formās: Pr, kas galvenokārt absorbē sarkano gaismu, un Pfr, kas labāk reaģē uz tālo sarkano gaismu. Augs nepārtraukti pārslēdzas starp šiem stāvokļiem atkarībā no saņemtās gaismas.
Kad fitohroms Pr formā absorbē sarkano gaismu, tas pārvēršas par Pfr, kas ir aktīvā forma kas izraisa daudzas reakcijas: sākot ar dažu sēklu dīgšanu un beidzot ar pārmērīgas stumbra pagarināšanās kavēšanu vai ziedēšanas aktivizēšanu noteiktās sugās.
Ja tā pati molekula Pfr stāvoklī atkal tiek pakļauta tuvajai infrasarkanajai (tālajai sarkanajai) gaismai, to var atkal pārveidot par Pr. Šis turp un atpakaļ process atkarībā no gaismas krāsas ļauj augam novērtēt attiecības starp sarkano un tālu sarkano un pieņemiet lēmumus, pamatojoties uz to, vai tas ir pilnā saulē, daļējā ēnā, rītausmā vai krēslā.
Turklāt tumsas periodos Pfr lēnām spontāni pārveidojas par Pr. Šī pakāpeniskā Pfr samazināšanās ir būtiska kontrolei. fotoperiodisms un diennakts ritmijo augs “mēra” nakts garumu, pamatojoties uz to, cik daudz Pfr paliek rītausmā.
Kā augi reaģē uz sarkano gaismu?
Sarkanās gaismas un fitohroma regulētās reakcijas dzīves ciklā var būt gan nelielas, gan radikālas pārmaiņas. Dažas no svarīgākajām audzēšanai ir dīgtspēja, stumbra pagarināšanās, ziedēšana un hlorofila sintēze.
Gaismas jutīgām sēklām īslaicīga sarkanās gaismas iedarbība var būt pietiekama, lai aktivizēt dīgtspējusavukārt sekojošs tālās sarkanās gaismas impulss varētu atcelt šo efektu. Šāda uzvedība atbilst ekoloģiskajai loģikai: augs vēlas dīgt, kad gaismas apstākļi liecina, ka tas atrodas tuvu virsmai, nevis ir aprakts zem augu atlieku slāņa.
Augšanas līmenī fitohroms modulē starpnoda un dzinuma garumsApgaismojumā, kas bagāts ar redzamu sarkanu gaismu, stublāji mēdz būt kompaktāki un izturīgāki. Kad dominē tālā sarkanā gaisma, tiek aktivizēta ēnas izvairīšanās reakcija, un augs izstiepj stublājus, lai izvairītos no konkurences.
Ziedēšana, iespējams, ir visiespaidīgākā reakcija. Īsās dienas augos (SDP), garās dienas augos (LDP) vai augos ar sarežģītākām fotoperioda reakcijām naktī atlikušais Pfr daudzums ir signāls, kas nosaka, vai ziedēšanas process tiek aktivizēts. florigēns (FT mRNS), olbaltumvielu kurjers, kas kopā ar citiem gēniem, piemēram, CONSTANS, izraisa pāreju uz reproduktīvo fāzi.
Šīs pārmaiņas nenotiek vienas nakts laikā: tām ir nepieciešams noteiktu nakšu skaitu ar atbilstošu tumsas ilgumuŠajos periodos iekšējais pulkstenis (diennakts ritms) un fitohroma stāvoklis sinhronizējas. Īslaicīga nakts pārtraukšana ar sarkanu gaismu var palēnināt īsās dienas augu ziedēšanu; savlaicīgs sarkanās vai tālu sarkanās gaismas impulss var paātrināt garās dienas sugu ziedēšanu.
Citi fotoreceptori: zilā, UV un līdzsvars ar sarkano gaismu
Lai gan rakstā uzmanība tiek pievērsta sarkanajai krāsai, auga uzvedību nevar saprast, neņemot vērā pārējos. Galvenie fotoreceptori: kriptohromi un fototropīni, kas galvenokārt reaģē uz zilo un ultravioleto gaismu.
Kriptohromi uztver gaismu viļņu garumā no 320 līdz 500 nm un piedalās atvārsnītes atvēruma kontrole, pigmentu, piemēram, antocianīnu, sintēze, lapu orientācija un pārmērīgas pagarināšanās inhibīcijaCitiem vārdiem sakot: tie palīdz augam būt kompaktam, labi pigmentētam un efektīvi pārvaldīt ūdeni.
Fototropīni, kas arī ir jutīgi pret zilo un UV gaismu, ir atbildīgi par fototropisms (ka augs noliecas pret gaismu) un hloroplastu pārvietošanos šūnās, lai izvairītos no bojājumiem pārmērīgas gaismas dēļ. Tiem ir arī loma atvārsnīšu atvēršanās regulēšanā.
Ja tiek piegādāts pārāk daudz sarkanās gaismas, bet nepietiekams daudzums zilās, augiem mēdz veidoties gari, vāji stublāji, plānākas lapas un sliktāka ūdens līdzsvara kontrole. Abu spektru apvienošana ļauj iegūt spēcīgi, labi veidoti augi ar labu fotosintēzes spēju.
Tāpēc praksē atkarībā no fāzes ieteicams lietot dažādas sarkanās un zilās krāsas proporcijas: vairāk zilās krāsas fāzes laikā. veģetatīvā augšana (70–80 % zilas un 20–30 % sarkanas, lai veicinātu blīvu un izturīgu lapu veidošanos; un vairāk sarkanas fāzēs ziedēšana un augļošana (60–80 % sarkani un pārējie zilā krāsā), lai veicinātu ziedu, augļu veidošanos un cukuru uzkrāšanos.
Inovācijas: UV gaismas pārveidošana par noderīgu sarkanu gaismu
Viens ļoti interesants pētījumu virziens ir ne tikai sarkano gaismas diožu pievienošana, bet arī labāk izmantot esošo saules gaismuŠajā kontekstā parādās materiāli, kas spēj pārveidot ultravioleto (UV) starojumu sarkanā gaismā, ko var izmantot fotosintēzei.
Starpdisciplināra komanda no Hokaido Universitātes un WPI-ICReDD institūta ir izstrādājusi plastmasas loksnes, kas pārklātas ar europija kompleksu (Eu³+)Šis pārklājums pārveido daļu UV gaismas sarkanā krāsā, palielinot hlorofiliem noderīgo fotonu daļu, nebloķējot pārējo labvēlīgo redzamo gaismu.
Siltumnīcās plastmasas plēves parasti satur piedevas, kas bloķē UV starojumu, lai novērstu DNS bojājumus un fotoinhibīciju. Parasti šī enerģija tiek zaudēta kā siltums. Ar šiem jaunajiem materiāliem tā vietā, lai izkliedētos, UV gaisma pārvēršas sarkanā gaismā ko augi var izmantot, tādējādi palielinot sistēmas kopējo efektivitāti, nepatērējot elektroenerģiju.
Izmēģinājumi ar mangoldu parādīja, ka ziemā, kad saules gaisma ir vājāka, augi, kas audzēti zem ar Eu³+ pārklātām loksnēm, sasniedza 1,2 reizes lielāks augstums un 1,4 reizes lielāka biomasa pēc 63 dienām, salīdzinot ar tiem, kas audzēti ar parasto plastmasu. Vasarā, ar bagātīgu starojumu, atšķirības bija mazākas.
Kaut kas līdzīgs tika novērots Japānas lapegļu stādos: pirmajos augšanas mēnešos zem šīm plēvēm koki sasniedza stumbra diametrs 1,2 reizes lielāks un kopējā biomasa 1,4 reizes lielāka, ļaujot samazināt laiku, kas nepieciešams, lai sasniegtu standarta plantāciju lielumu Hokaido mežsaimniecībā, no diviem gadiem līdz vienam.
Papildus produktivitātes uzlabošanai aukstā klimatā šai tehnoloģijai ir milzīga priekšrocība: Tam nav nepieciešama elektrība.Pētnieki norāda, ka, modificējot emitējošo jonu, viņi varētu pielāgot izstaroto krāsu (zaļa, dzeltena utt.) un izstrādāt pārklājumus, kas pielāgoti dažādiem kultūraugu veidiem, paverot veselu inovāciju ceļu lauksaimniecības un mežsaimniecības inženierijā.
Fotoperiods, diennakts ritmi un sarkanās gaismas loma
Papildus enerģijas nodrošināšanai gaisma darbojas arī kā bioloģisko ritmu elektrokardiostimulatori auga. Šie diennakts ritmi organizē, kuri procesi tiek aktivizēti katrā diennakts laikā: kad tiek ražoti pigmenti, kad atveras atvārsnītes, kad tiek sagatavotas ziedēšanas struktūras utt.
Fotoperiodisms apraksta augu reakciju uz saules gaismu. relatīvais gaismas un tumsas ilgumsDaudzas sugas neizlemj ziedēt, pamatojoties uz kopējo dienas gaismas daudzumu, bet gan uz nepārtrauktās nakts garumu. Šajā nakts skaitīšanā noteicošais faktors ir fitohroma stāvoklis (Pr/Pfr attiecība).
Nakts traucēšana ar sarkanās gaismas impulsiem var "apmānīt" īsās dienas augus, lai tie neziedētu, kas ir noderīgi puķkopībā pārdošanas sezonas kontrolei. Turpretī sarkanās gaismas apvienošana ar tālu sarkano gaismu var palīdzēt pielāgot ziedēšanas laiku garās dienas sugās vai kultūraugos, kuru mērķis ir sinhronizēt ražošanu.
Ir arī dienas ziņā neitrālas sugas, kas ir mazāk jutīgas pret fotoperiodu un galvenokārt reaģē uz citiem faktoriem (temperatūru, uztura stāvokli, hormoniem). Tomēr šīm sugām gaismas kvalitāte (tostarp sarkanā josla) ietekmē to uzvedību. Augu arhitektūra un fotosintēzes efektivitāte.
Sarkans LED apgaismojums un iekštelpu audzēšanas sistēmas
Iekštelpu audzēšanā, kur dabiskā apgaismojuma ir maz vai tā vispār nav, LED spuldzes lielā mērā ir aizstājušas tādas tehnoloģijas kā HPS vai LEC, pateicoties to lielāka energoefektivitāte, zemāka siltuma emisija un precīza spektra kontroleTas ļauj gaismu "projektēt" atbilstoši kultūraugu vajadzībām.
Ziedēšanai specifiskās sistēmas parasti ietver spēcīgu sarkano komponentu, bieži vien apvienojumā ar tālu sarkano, lai aktivizē fitohromus un veicina ātru un vienmērīgu ziedēšanuSalīdzinot ar tradicionālajām HPS lampām, gaismas diodes nodrošina labāku sarkanās, zilās un citu joslu attiecības modulāciju, novēršot noteiktas stiepšanās un pārkaršanas problēmas.
Dārzkopībai paredzētos pilna spektra paneļos parasti ir integrētas baltas gaismas diodes (kas aptver lielu daļu no redzamā spektra) ar sarkanām, tālu sarkanām un daudzos gadījumos dažām papildu zilām gaismas diodēm. Tādi risinājumi kā Moonleds Horticulture gaismekļi izmanto šo kombināciju, pievienojot 730 nm, lai imitētu saulrieta gaismu un optimizēt gan augšanu, gan ziedu indukciju.
Darbs ar LED spuldzēm arī atvieglo fotoperioda kontroli: taimeri un kontrolieri ļauj precīzi pielāgot gaismas un tumsas stundas un pat ieviest īsi noteiktas krāsas "impulsi" nakts vidū, lai manipulētu ar ļoti specifiskām reakcijām, neizraisot patēriņu.
Ja ziedēšanas laikā salīdzina HPS, LEC un LED, LED ir vislabākie. patēriņš, kalpošanas laiks un spēja pielāgot spektruHPS joprojām piedāvā labu sarkanās gaismas intensitāti, taču par lielu siltuma un mazākas elastības cenu; LEC uzlabo spektrālo veiktspēju salīdzinājumā ar HPS, lai gan tie joprojām ir mazāk daudzpusīgi nekā labi izstrādātas LED sistēmas.
Kā izmantot sarkanās gaismas priekšrocības mājās un siltumnīcā
To visu piemērot nelielā mērogā nav tik sarežģīti. Hobijam vai mazam ražotājam vissvarīgākais ir saprast, ka Sarkans ir pastiprinājums, ne vienīgā krāsa, kas augiem nepieciešamaPaļaušanās tikai uz sarkano apgaismojumu bieži vien rada sliktus strukturālus rezultātus.
Vienkārša iespēja ir LED lampas vai paneļi, kas apvienojas sarkans, zils un baltsDekoratīviem lapotnes augiem (daudzi istabas augiIeteicams maisījums ar baltās krāsas pārsvaru un nedaudz zilās krāsas, atstājot sarkano kā mērenu papildinājumu. Īsa cikla dārzeņiem (salātiem, bazilikam) vai dekoratīviem podos audzētiem ziediem sarkanās krāsas procentuālās daļas palielināšana ziedēšanas fāzē var ievērojami uzlabot ziedu skaitu un kvalitāti.
Paaugstinātas iekštelpu audzēšanas apstākļos parasti izmanto 16–18 stundu gaismas un 6–8 stundu tumsas ciklus, pielāgojot sarkanās krāsas proporciju pēc vēlēšanās. stimulēt veģetatīvo augšanu vai ziedēšanuTiek izmantotas arī sarežģītākas stratēģijas, piemēram, naktī ievadot īsus zilās gaismas impulsus, lai iedarbotos uz atvārsnītēm, netraucējot fotoperiodam, ko kontrolē sarkanā un tāli sarkanā gaisma.
Siltumnīcās papildus papildu apgaismojumam arvien lielāku nozīmi iegūst: pasīvi risinājumi, piemēram, UV→sarkanās konversijas plēvesŠīs tehnoloģijas ļauj labāk izmantot pieejamo saules gaismu, nepalielinot elektroenerģijas patēriņu. Īpaši ziemā vai augstos platuma grādos šīs tehnoloģijas var būtiski ietekmēt augšanas un ražošanas laikus.
Spēlējoties ar šīm kombinācijām un dienasgaismas stundu skaitu, sarkano gaismu ir iespējams pārvērst par īstu sabiedrotais, lai uzlabotu ražu, saīsinātu ciklus un labāk kontrolētu galaprodukta kvalitātigan profesionālās kultūrās, gan prasīgos mājas dārzos.
Viss, ko mēs šodien zinām, liecina, ka sarkanā un tāli sarkanā gaisma nav pārejoša modes lieta, bet gan spēcīgi instrumenti, ja vien tie ir integrēti līdzsvarota apgaismojuma shēma, kas pielāgota fotoperiodam un ko atbalsta atbilstošas tehnoloģijasNo optimizēta spektra gaismas diodēm līdz plēvēm, kas pārvērš UV starojumu sarkanā krāsā; izpratne par to, kā katra krāsa uzrunā augus, ļauj pāriet no "veiksmes" uz audzēšanu pēc kritērijiem un daudz paredzamākiem rezultātiem.
