Aby uprawa była skuteczna, ważne jest ustalenie odpowiednich warunków oświetlenia LED dla roślin. Rośliny uprawiane wewnątrz pomieszczeń, do swojego rozwoju wykorzystują sztuczne oświetlenie, tak jak rośliny w świecie naturalnym wykorzystują światło słoneczne. W projektowaniu lamp led do uprawy roślin pod dachem, należy dodatkowo uwzględnić takie czynniki jak: ekologię (energooszczędność), środowisko hodowli oraz etap rozwoju rośliny.
Sztuczne światło LED dla roślin - na co zwrócić uwagę?
Oświetlenie LED, czyli diodami świecącymi, pozwala na optymalizację takich czynników jak: czasookres oświetlania (fotoperiodyzm), natężenie światła, temperaturę barwową, odległość i kąt promieniowania, oraz długość fal świetlnych (według fotosyntetycznie czynnego promieniowania). Rozkład widmowy światła słonecznego zależy od położenia rośliny (szerokości geograficznej) i stosunku osi ziemi do słońca (sezonu). Dodatkowo można brać pod uwagę ruchy źródła światła i rośliny (fototropizm).
W świecie biznesu, jedna optymalna konfiguracja lamp LED może być akceptowalna, ale nie jest rozwiązaniem idealnym, które zadowala zapotrzebowanie wszystkich żywych jednostek. Istnieje wiele typowych konfiguracji zoptymalizowanych pod konkretne typy roślin. W tym przypadku powinno się brać jednak pod uwagę dodatkowo czasookresy ich stosowania oraz odpowiednie natężenia światła led dla roślin, przy danych długościach fal świetlnych.
Jakie warunki świetlne muszą zostać spełnione, by roślina rosła?
Temperatura barwowa jest to obiektywna miara wrażenia barwy danego źródła światła. Określana jest w stopniach Kelwina. Żarzące się ognisko może mieć temperaturę barwową na poziomie 1000 K natomiast światło dzienne przy zachmurzeniu może osiągać temperaturę barwową powyżej 8000 K. Wzrost roślin dzięki światłu LED następuje w szerokim zakresie temperatur barwowych - od 1800 – 2300 K przy wschodzie i zachodzie słońca, do 5500 K i powyżej przy świetle dziennym.
Barwa długości fali, („color wavelength”): barwa światła i odpowiadająca jej długość fali elektromagnetycznej jest otrzymywana poprzez rozszczepienie światła. Światło emitowane przez diody świecące ma określone zakresy długości fali, a zatem określoną barwę. Światło pochłaniane przez rośliny ma również określone zakresy długości fal. Zakresy te mieszczą się przeważnie w widmie promieniowania widzialnego, które powoduje że mózg ludzki odbiera je jako kolory.
Temperatura barwowa jest ludzkim wrażeniem jasności światła, a barwa długości fali jest naukową miarą promieniowania elektromagnetycznego, kolorem pewnej energii. Barwy o różnych długościach fal mogą mieć różne temperatury barwowe. Promieniowanie o danych długościach fal może być stosowane przy niskich lub wysokich temperaturach barwowych zależnie od wymagań roślin, co do światła.
Długości fal promieniowania emitowanych przez źródło światła można zmierzyć i graficznie przedstawić poprzez rozkład widmowy energii (ang. „spectral power distribution”, czyli „SPD”). Jest to moc promieniowania emitowanego przez źródło na każdej długości fali tworząca również wizualny profil właściwości koloru źródła światła.
Długości fal pochłanianych przez rośliny można zmierzyć i graficznie przedstawić poprzez rozkład energii promieniowania czynnie fotosyntetycznego (ang. „photosynthetically active radiation”, czyli „PAR”). Jest to promieniowanie słoneczne które może być wykorzystane przez rośliny na potrzeby fotosyntezy. Krótsze długości fal (UV) są na ogół za bardzo “energetyczne”, a dłuższe długości fal (IR) nie posiadają wystarczająco dużo energii aby umożliwić fotosyntezę.
Zakres promieniowania słonecznego
Związek między roślinami i światłem słonecznym jest niezbędny: rośliny wykorzystują promieniowanie poprzez fotosyntezę do własnego rozwoju. Proces wzrostu nazywa się fotomorfogenezą. Rośliny syntetyzują szersze widmo światła słonecznego niż to co ludzie widzą poprzez zmysł wzroku i absorbują przede wszystkim niebieskie i czerwone barwy fal emitowanych. W szerszym zakresie oraz w mniejszych proporcjach, fale dopełniające się barwowo zwane są jako ultrafioletowe i podczerwone. Rośliny pochłaniają małą ilość zielonych barw co wynika z tego, że są najczęściej zielone i rozpraszają zielone długości fal. Światło słoneczne widoczne dla oka ludzkiego oraz światło absorbowane przez rośliny, można mierzyć długościami fal na skali nanometrowej (nm).
Na przykład, dioda świecąca o długości fali 660 nm zwana jest „ciemnoczerwoną” (ang. „deep red”) i jest proporcjonalnie dominującą częstotliwością światła stosowaną w oświetleniach do uprawy roślin. Czerwone oraz niebieskie długości fal są idealne dla fotosyntezy ponieważ przy tych barwach absorpcja chlorofilu w roslinach osiąga maksymalne wielkości. Promieniowanie czynne fotosyntetycznie podaje długości fal w widmie światła słonecznego, które rośliny wykorzystują. Graficznie ta informacja pozwala na wizualizację absorbcji światła w roślinach.
Pojedyncze sztuczne światło LED do wzrostu roślin maże emitować jedną z niezbędnych długość fali z widma światła słonecznego w oparciu o poszczególne obserwacje roślin w przyrodzie. Wytwórcy oświetleń led do wzrostu roślin stosują przy konstrukcji opraw i modułów takie kombinacje diod, które zapewniają zapotrzebowania poszczególnych roślin.
Jaką barwę światła LED dla roślin wybrać?
Poniżej opisane są przyczyny dla jakich rośliny syntetyzują różne długości fal w procesie fotosyntezy. Innymi ważnymi dla wzrostu roślin czynnikami poza barwami są np. godziny natężonego oświetlenia wywołujące przejście od fazy wegetatywnej wzrostu do fazy kwitnienia.
Niebieskie światło dla roślin: 400nm – 500nm; w szczególności: 420, 440-450, 470; PAR: 420-500.
Najwydajniej działa na wysokie rośliny liściaste podczas fazy wegetatywnej wzrostu . Pochłaniany przez barwnik fotosyntezy „Chlorofil B”. Aktywuje fototropizm i fotosynteze, najefektywniej pochłaniany zakres światła słonecznego, przez co barwa ta nie jest wymagana w dużej ilości. W uprawach roślin najbardziej popularny z tego zakresu jest kolor Royal Blue (niebieski królewski) 440-450nm.
Czerwone światło dla roślin: 600nm – 700nm; w szczególności: 620-640, 660, 675; PAR: 645-685.
Wspiera pąki i rozkwit. Przyśpiesza kiełkowanie. Pochłaniany przez barwnik fotosyntezy „Chlorofil A”. Najpopularniejszy odcień czerwieni stosowany w uprawach to „ciemnoczerwony” czyli "hyper red" o długości fali 660 nm.
Zielone światło dla roślin: PAR: 525nm – 540nm.
Rośliny pochłaniają względnie małą ilość zielonego koloru. Ta długość fali tworzy (w niewielkiej proporcji do innych) białe światło poprzez mieszankę z kolorami czerwonym i niebieskim i jest korzystna dla warunków pracy przy wewnętrznych uprawach roślinnych. Używanie tylko czerwonych i niebieskich kolorów (ich długości fal) może uniemożliwić wizualne określanie stanu zdrowia roślin poprzez nieznajomość ich faktycznego wyglądu.
Ultrafioletowe światło dla roślin (UV): UVb 280 nm - 320 nm; 370 UV dopełnia niebieski 450; PAR: 380-420.
Promuje pigmentację, pogrubia liście, zapobiega działalności szkodliwych owadów. Jest stosowany jako dopełnienie dla „niebieskiego królewskiego”, czyli „royal blue” o długości fali 450 nm. Część promieniowania ultrafioletowego z zakresu światła słonecznego, dociera do roślin i jest w zasięgu zbadanego promieniowania czynnie fotosyntetycznego.
Podczerwone światło dla roślin (IR): 730 IR dopełnia czerwony 660; PAR 685-700.
Jest stosowany głównie w okresie kwitnienia przede wszystkim jako dopełnienie „ciemnoczerwonego”, czyli „deep red” o długości fali 660 nm. Jest to proces znany jako „Efekt Emersona”, czyli „Emerson Enhancement Effect”. Część promieniowania podczerwonego z zakresu światła słonecznego, dociera do roślin i jest w zasięgu zbadanego promieniowania czynnie fotosyntetycznego.
Stosunki Kolorów
Istotne jest aby zidentyfikować proporcje długości fal które rośliny wymagają do idealnego rozwoju i wzrostu. Poniżej podany został optymalny stosunek diod świecących w oprawie lub module oświetleniowym dla uprawy roślin:
ultrafioletowy
UV 370 nm
5%
(stosowany razem z barwą 450nm)
niebieski królewski
„Royal Blue” 440 nm - 450 nm
10 - 15%
niebieski
470nm
10%
zielony
525 nm - 540 nm
5 - 10%
czerwony
620 nm - 640 nm
15 - 20%
ciemnoczerwony
“Hyper red” 660 nm
40 - 50%
podczerwony (cherry red)
IR 730 nm
5%
(stosowany razem z barwą 660nm)