سیستم‌های نوری جدید برای رشد گیاهان

توسط (بروزرسانی: )

وطن بیو

در زندگی گیاه نور عاملی حیاتی است. گیاهان نور را به قند مورد نیاز برای رشد و گل‌دهی تبدیل می‌کنند. محصولاتی که داخل سالن کشت می‌شوند از نور مصنوعی استفاده می‌کنند که غالباً کافی نیست؛ اما احتمالاً همه‌ی این‌ها به‌زودی تغییر خواهند کرد...


ما در آستانه‌ی انقلابی صنعتی هستیم، به‌گونه‌ای که نور موردنیاز محصولات گلخانه‌ای را تأمین می‌کنیم. تولیدکنندگان روش‌های مؤثری را برای استفاده از برق وعده داده‌اند و لامپ‌های رنگی جدید و LED در بازار فراوان شده‌اند. سؤال این است که آیا این وعده‌ها حقیقت دارد و آیا پرورش‌دهندگان گیاهان دانش استفاده از آن‌ها را دارند؟


گیاهان و نور، گیاه چگونه از نور استفاده می‌کند

نور شکلی از تابش است و درنتیجه از طول‌موج‌های مختلفی تشکیل‌شده است: نور مرئی، نور نامرئی، تابش فروسرخ نزدیک و فروسرخ.


درواقع نور برای گیاهان لازم است و بدون آن هیچ‌یک از فرآیندهای حیاتی آن‌ها امکان‌پذیر نخواهد بود:

گیاه از نور، آب و دی‌اکسید کربن برای ساختن کربوهیدرات و اکسیژن استفاده می‌کند (فتوسنتز)
رنگ (طول‌موج) و میزان نور شکل و وضعیت گیاه را تعیین می‌کند (نورگرایی)
گیاهان بر اساس طول روز یعنی زمانی که هورمون‌های گلدهی را تولید کرده و گل می‌دهند شناخته می‌شوند (نور دورگی)

فتوسنتز چیست؟

وقتی نور به برگ گیاه می‌رسد توسط سلول‌های کلروفیل‌دار جذب می‌شود. دو نوع از کلروفیل های مهم کلروفیل A و کلروفیل B هستند که به نور آبی و قرمز بسیار حساس‌اند (تصویر 1 را نگاه کنید)

تصویر 1: دو نوع از کلروفیل‌های مهم به نور آبی و قرمز بسیار حساس‌اند. کلروفیل برای فتوسنتز بسیار حیاتی است و به گیاه این امکان را می‌دهد تا انرژی خود را از نور تأمین کند.


از دید تئوری، این دو رنگ از نور به‌تنهایی برای فتوسنتز گیاه کافی است، اما درواقع هر طول‌موجی از این طیف عملکرد خاصی را در گیاه دارد. معمولاً بخشی از نور سبز و گاهاً زرد منعکس می‌شوند و به همین دلیل است که اکثر گیاهان را به رنگ سبز می‌بینیم.


نورگرایی

چگونگی رشد گیاه فقط توسط ژن‌ها تعیین نمی‌شود، بلکه به طول‌موج نوری که در معرض آن قرار دارد، ازجمله نور مرئی و نامرئی وابسته است.


نور UV-a (315 الی 380 نانومتر) و نور UV-b (280 الی 315 نانومتر) بر رشد شاخه‌های جدید تأثیری مثبت دارند و همچنین با کمی اختلاف تأثیری مشابه نور آبی بر گیاهان دارند. UV-c زیاد (بیشتر از 280 نانومتر) ممکن است باعث آسیب به گیاه شود.


تابش فرا سرخ (700 الی 800 نانومتر) نسبت به طول‌موج‌های دیگر کاملاً به گیاه نفوذ می‌کند و درنتیجه باعث می‌شود گیاه یا بخشی از آن به سمت منبع نور رشد کرده و خم شود.


نور دورگی

بسیاری از گیاهان گل‌دار از پروتئین گیرنده‌ی نور برای پی‌بردن به تغییرات فصلی در طول شب یا دوره‌ی تناوب نور و تاریکی و به‌عنوان نشانه‌ای برای گلدهی استفاده می‌کنند. این گیاهان به‌عنوان گیاهان روزبلند یا روزکوتاه طبقه‌بندی می‌شوند؛ اگرچه مکانیسم تنظیمی واقعی بر اساس ساعت‌های تاریکی تعیین می‌شود و نه طول روز.


گیاهان روزبلند برای گلدهی به مقدار معینی تاریکی در هر دوره‌ی 24 ساعته نیاز دارند، معمولاً این گیاهان در اواخر بهار یا اوایل تابستان گل می‌دهند. گیاهان روزکوتاه زمانی که طول شب طولانی‌تر از حد معمول باشد گل می‌دهند. آن‌ها برای شروع گلدهی به تاریکی یکپارچه‌ای نیاز دارند، اما دوره‌ی تاریکی موردنیاز در بین گونه‌ها و انواع مختلف این گیاهان متفاوت است. گیاهان بی‌تفاوت بدون توجه به طول شب گل می‌دهند.


پیشرفت‌های نوری جدید

اکنون‌که به شناخت بهتری نسبت به اینکه نور چیست و چگونه رشد و گلدهی گیاهان را تحت تأثیر قرار می‌دهد دست‌یافتیم، نگاهی به تکنولوژی‌های نوری جدید در سال‌های اخیر خواهیم داشت.

شکل 2: لامپ‌های سدیم فشار بالا در یک گلخانه


رایج‌ترین نوع نور فتوسنتزی در باغبانی امروزی لامپ‌های تخلیه با گاز پرفشار (HID) هستند. این لامپ‌ها حاوی مخلوطی از گازها و فلزات محصورشده در لامپ شیشه‌ای هستند. با عبور الکتریسیته از میان الکترودها در انتهای لامپ، ترکیب گاز-فلز کم‌کم گرم شده و نور منتشر می‌کند. لامپ‌های HID ممکن است از سدیم فشار بالا (با نور زرد) یا هالید فلزی (با نور سفید) باشند. گاهی اوقات از هر دوی آن‌ها برای ایجاد طیف یکنواخت و از منعکس‌کننده‌ها برای هدایت نور به سمت گیاهان استفاده می‌شود (شکل 2 را ببینید).


لامپ‌های بهتر

شکل 3: لامپ فلورسنت مخصوص رشد گیاه


تا همین اواخر لامپ‌های فلورسنت مخصوص رشد گیاه (شکل 3) بازدهی کمی داشتند و جز برای شروع جوانه‌زنی بسیار بزرگ و جاگیر بودند.


این مشکل با ظهور لامپ‌های فلورسنت فشرده با طیف کامل یا CFL و T5 برطرف شد. این لامپ‌های پیشرفته برای تکثیر و رشد گیاه و همچنین به دلیل کم‌مصرف بودن و بازدهی بالا، خصوصاً با نصب تعداد زیادی از آن‌ها محبوبیت پیدا کردند.


بااینکه این لامپ‌ها به‌اندازه‌ی لامپ‌های HID مؤثر نیستند، اما لامپ‌های فلورسنت نمود رنگ بهتری دارند و در مقایسه با لامپ‌های HID گرمای کمتری تولید می‌کنند؛ و با این ویژگی این امکان را فراهم می‌کنند تا با نصب آن نزدیک گیاه بتوان تأثیر آن‌ها را افزایش داد.


لامپ‌های LED و تأثیر آن بر رشد گیاه

استفاده از دیودهای نورافشان (LEDs، به شکل 4 نگاه کنید) به‌عنوان منبع ذخیره برای شبیه‌سازی نور در سیستم‌های پرورش گیاه امکان جدیدی را فراهم می‌کند. لامپ‌های LED نور را در محدوده‌ی طول‌موج‌های بسیار باریک تولید می‌کنند و به‌طور مستقیم تابش گرمایی تولید نمی‌کنند.


گرمای تولیدشده براثر این لامپ‌ها که به دلیل راندمان تبدیل انرژی محدود آن‌ است را می‌توان با سرمایش همرفتی برطرف کرد. درنتیجه، لامپ‌های LED را می‌توان در مکان‌های نسبتاً تاریک و نزدیک به گیاه نصب کرد تا فتوسنتز را در مکان‌هایی که نور شبیه‌سازی‌شده به‌طورمعمول جذب نمی‌شود افزایش داد. از دید تئوری استفاده از این نوع نور در میان گیاهان می‌تواند فتوسنتز را به‌طور چشمگیری افزایش دهد.

شکل 4: لامپ LED


در حال حاضر بیشتر لامپ‌های LED صنعتی در دسترس فقط نور قرمز و آبی را ساتع می‌کنند. اگرچه این‌ها طول‌موج‌های مورداستفاده‌ی گیاه برای فتوسنتز هستند، باید همراه با دیگر انواع نور مانند لامپ‌های مکمل یا قابل تنظیم استفاده شوند. بااینکه سیستم‌های LED جدید طیف گسترده‌تری را تأمین می‌کنند، غالباً در مرحله‌ی آزمایشی هستند.


لامپ‌های پلاسما

طیف نوری لامپ‌های پلاسما مشابه با نور خورشید است و به همین دلیل گاهی اوقات به آن‌ها نور خورشید مصنوعی می‌گویند. لامپ‌های پلاسما از مقدار کمی سولفور استفاده می‌کنند که توسط ماگنترون برانگیخته و به‌این‌ترتیب باعث تابش پلاسما می‌شود.


در شرایط آزمایشگاهی، در مقایسه با گیاهانی که در نور لامپ‌های فلورسنت و لامپ‌های سدیم با فشار بالا رشد می‌کنند، گیاهانی که با نور خورشید مصنوعی پرورش می‌یابند دارای دم برگ بلندتر، گستردگی بیشتر برگ هستند و حجم برگ در مقایسه با سطح آن کمتر است؛ یعنی بااینکه فتوسنتز در سطح برگ زیاد نیست، گیاهان رشد بیشتری داشته و ماده‌ی خشک بیشتری تولید می‌کنند.


اگر هدف تولید گیاهانی باشد که نشان‌دهنده‌ی شرایط مزرعه باشند، تفاوت زیاد در واکنش گیاه به طیف نور خورشید مصنوعی نسبت به واکنش گیاه در برابر منابع نوری محافظت‌شده‌ی محیطی که بیشتر هم مورداستفاده قرار می‌گیرد، اهمیت طیف طبیعی را مورد تأکید قرار می‌دهد.


نتیجه‌گیری

گیاهان بسته به مرحله‌ی رشدی که در آن قرار دارند به طول‌موج خاصی از نور نیاز دارند. لامپ‌های LED، پلاسما و مخصوصاً لامپ‌های رنگی پیش از تولید برای پرورش‌دهندگان نیاز به پیشرفت بیشتری دارند. در حال حاضر لامپ‌های LED برای استفاده به‌عنوان نور مکمل یا قابل تنظیم در دسترس هستند، اما اینکه گیاه درزمانی خاص به کدام‌یک نیاز دارد ،بر عهده‌ی پرورش‌دهنده‌ی آن است.

این مطلب چقدر برای شما مفید بود؟

0 از 5 ستاره (0 رای)

بازگشت

دیدگاه‌ها

افزودن یک دیدگاه

جمع 7 و 3 برابر است با؟

مشترک خبرنامه وطن‌بیو شوید!

لطفا 8 و 2 را با هم جمع نمایید.