Зелене світло для помідорів

Зелене світло не повністю поглинається листям рослин і менш ефективним у стимулюванні фотосинтезу в порівнянні з червоним світлом. Тому деякі виробники, як і раніше, вважають, що зелена частина спектру в світлодіодних лампах не потрібна або потрібна тільки для зручності забезпечення хорошого кольорового балансу світла та робочих умов для візуального контролю здоров'я рослин. Однак показано, що наявність зеленого світла у спектрі зростання позитивно впливає на врожайність, особливо при вирощуванні плодових культур, таких як томати, з багатошаровою структурою навісу та тривалим життєвим циклом.

Дослідники з Університету Вагенінгена та Research (WUR) опублікували результати експерименту, в якому томати вирощувалися в тепличних умовах при світлодіодному освітленні тільки з синім та червоним світлом у спектрі або з різним відсотковим співвідношенням зеленого світла, змішаного з синім та червоним (Weerheim et al. 201). ). Дослідження показало, що лампи для вирощування, що містять 40% зеленого у вихідному спектрі, збільшують урожай тепличних томатів на 6% порівняно з помідорами, вирощеними при додатковому світлодіодному освітленні, що містить тільки синє та червоне світло з тією ж загальною інтенсивністю світла. Дослідники WUR також помітили, що листя в середньому шарі навісу показали значне збільшення співвідношення хлорофілу a:b та концентрації каротиноїдів у міру збільшення інтенсивності зеленого світла.

Щоб краще зрозуміти, як зелене світло впливає на зростання та доступність світла у густому покриві томатів, лабораторія Heliospectra Plant Lab вирощувала помідори за допомогою чотирьох світлових обробок з однаковою інтенсивністю світла та співвідношенням червоного та синього світла, але з різним відсотком зеленого світла. Крім того, усі світлові спектри містили далекий червоний колір (FR).

Результати та обговорення:
Розмір стиглих плодів збільшується зі збільшенням відсотка зеленого світла:
На загальну біомасу рослин та біомасу плодів наприкінці експерименту дещо вплинули відмінності в обрізанні між обробками, але не склад спектру світла для вирощування. У рослин в обробці з найменшим відсотком зеленого світла (5%) і найбільшим відсотком зеленого світла (40%) була однакова кількість повністю розвиненого листя (тобто вони були обрізані однаково), і у них була майже ідентична біомаса стебла, листя та загальні плоди. Однак рослини, вирощені при 40% зеленому освітленні, як правило, мали більш високий відсоток великих стиглих плодів в кінці експерименту. У середньому 90% дозрілих плодів рослин, вирощених при світловій обробці, з високим відсотком зелені були класу А або віднесені до категорії лише великих розмірів. 70% рослин, вирощених під 5% зеленою обробкою, досягли повного розміру та були віднесені до категорії великих. Плоди рослин, вирощених при 40% зеленому освітленні, також були в середньому на 18% важче, ніж плоди рослин, вирощених при 5% зеленому освітленні (рис. 2). Середня кількість томатів на один пензель значно відрізняється (7,6 проти 7,4 томатів на пензель, відповідно). Однак у томатів, вирощених при 40%-ному зеленому освітленні, було менше кистей з плодами, що розвиваються, і більше з квітами.

Результати цього експерименту показують, що загальна біомаса рослини (листя та плоди Iestem) залежить від загальної кількості світла, доступного для рослини, незалежно від світлового спектру. І збільшення частки зеленого світла у спектрі світла для вирощування може сприяти кращому розвитку плодів.

Кількість світла, що проходить через листя (коефіцієнт пропускання), залежало кількості світла, освітленого листом, і навіть від спектру світла вирощування. Листя томатів, вирощених при 40%-ному зеленому світлі, мали до 5 разів вищий коефіцієнт пропускання, ніж листя рослин, вирощених при 5%-ному зеленому світлі. Фотони, в основному зелені і далекі червоні, відфільтровані верхнім листям, все ще можуть використовуватися для забезпечення енергією нижнього листя, розташованого всередині навісу, навіть якщо вони не повністю поглинаються. Однак у разі томатів пропускання світла через листя низьке, і значення, отримані в цьому експерименті, були нижчими за 3% падаючого світла (дані не показані).

Наявність зеленого світла у спектрі світла для вирощування впливає на архітектуру рослин:
Рослини, вирощені при вищому відсотку зеленого світла, мали тенденцію до появи ширшого і довгого листя (мал. 3) з великими проміжками між листочками. Така архітектура дозволяє більшій кількості світла проникати у глибший шар навісу.

Э

ффект далекого червоного (FR) світла:
Хоча всі світлові обробки були налаштовані на однакове співвідношення R: FR, відсотковий вміст FR світла в спектрі зменшувалася зі збільшенням кількості зеленого світла. Більшість червоного світла було замінено зеленим через збільшення суміші зеленого світла. Зміни розміру плодів (рис. 1) і морфології листя (рис. 3), що спостерігаються, протилежні відомим ефектам FR. FR відповідає за подовження стебел, черешків та інших частин листа (огляд Demotes-Mainard et al 2016). Також повідомлялося, що додатковий FR збільшує виділення біомаси для плодів томатів (Ji et al 2019). Отже, відмінності, що спостерігаються за допомогою Heliospectra між світловими обробками, з більшою ймовірністю будуть викликані зеленим, ніж додатковим світлом FR.

Оптимальний спектр сонячного світла:
Зелене світло становить близько 35% фотосинтетично активного випромінювання сонячного світла (Chiang et al, 2019). З'являється все більше свідчень того, що відсоток зеленого світла, близький до цього рівня, може бути оптимальним для вловлювання радіації всією рослиною, що, отже, призводить до високої врожайності та врожайності (Kaiser 2019). У ситуації, коли світло дуже сильне, зелені фотони мають більший потенціал для стимулювання фотосинтезу, тому що вони можуть проникати далі в тканину листа, ніж червоні або сині фотони, які поглинаються в основному на поверхні листа (Nishio 2000, Terashima et al., 2009 ).

Аналогічний принцип можна застосувати до всього профілю пологи рослини (Smith et al, 2017). При сильному освітленні з низькою часткою зеленого світла або коли є тільки синє і червоне світло, фотосинтетичний апарат листя у верхній частині пологу буде насиченим, у той час як листя всередині навісу може не отримувати достатньо світла для підтримки ефективного фотосинтезу. Коли кількість синього світла перевищує кількість зеленого світла (високе співвідношення B: G), багато видів рослин збільшують виробництво антоціанів, які є пігментами, що діють як сонцезахисний крем для листя. Антоціани поглинають частину світлової енергії ФАР, яка бере участь у фотосинтезі. Цей механізм виконує дуже важливу функцію захисту фотосинтетичного апарату від пошкодження сильним світлом (Gould et al 2008), але коли це викликано ненасиченим складом світлового спектру, виробництво антоціанів також може обмежувати ефективність збору світла. Надмірна кількість зеленого у спектрі (або низьке співвідношення B:G) викликає реакцію тіні і може негативно вплинути на рослини, сприяючи надмірному подовженню та зменшуючи накопичення біомаси (Zhang et al 2011).

Відмінності лабораторних умов від теплиці:
У лабораторних умовах загальна кількість світла, потенційно доступного рослинам, залежить лише від кількості світла, що виробляється лампами для вирощування. Оскільки інтенсивність ненасичувального світла та навіси рослин заповнюють весь доступний простір, очікується, що рослини збирають практично всі доступні фотони. Якість діапазону світла для вирощування в таких умовах може впливати на частку світла, що збирається на різних шарах листя (тобто менше фотонів збирається на вершині і всередині крони), але не на загальну кількість світла, доступного для рослини.

У теплиці на структуру рослин найбільше впливає сонячне світло. Ефект штучного освітлення в теплиці помітний у сезонну пору року за низької доступності природного світла. Навіть невеликі відмінності у структурі рослин можуть вплинути на рівень освітленості всередині рослинного покриву та можуть вплинути на загальну площу листя, яка активна при збиранні врожаю, тим самим впливаючи на біомасу та врожай рослин. Крім того, можна очікувати, що зміни в проникненні світла можуть безпосередньо впливати на зростання та дозрівання плодів, оскільки маленькі зелені плоди можуть фотосинтезувати та підтримувати частину своїх власних енергетичних потреб за наявності достатньої кількості світла.

Чи потрібні мені зелені діоди у світлодіодній лампі?
Робочі характеристики зелених світлодіодів ще незадовільні порівняно зі світлодіодами інших кольорів. Однак зелена частина спектру може бути забезпечена за рахунок більш ефективних білих світлодіодів. Білі світлодіоди є сині діоди з піковим випромінюванням в синій області з покриттям. із шаром люмінофора. Люмінофорне покриття перетворює синє світло на широку світлову смугу, що покриває зелені та червоні смуги спектру. Частина синього світла проходить через покриття, тому такі діоди виробляють суміш синіх, червоних та зелених фотонів, та їх світловий потік сприймається людьми як біле світло. Щоб підвищити ефективність світильника та створити оптимальний світловий спектр для рослин, білі діоди повинні супроводжуватись червоним, а залежно від застосування світильника також синіми та далекими червоними діодами.

Heliospectra розробила свій новий MITRAlight, щоб поєднувати властивості природного сонячного світла з високою ефективністю.

ти світлодіодів. Світильники MITRA мають спектр із 40% зеленим світлом, що сприяє ефективному перехопленню світла рослинами та глибокому проникненню світла всередину рослинного покриву, що може позитивно позначитися на врожайності томатів та якості плодів. У той же час спектр MITRA містить достатньо синього світла, щоб запобігти надмірному подовженню, забезпечити збалансований фотосинтез у верхньому листі та стимулювати виробництво вторинних метаболітів. У порівнянні з традиційним освітленням, таким як HPS для садівництва, металогалогенні лампи або люмінесцентні лампи, які також випромінюють біле світло широкого спектру, MITRA має як мінімум на 35% більш високу ефективність1. (1В порівнянні з новою лампою HPS потужністю 1000 Вт.)

Методи:
Карликовий чагарниковий сорт томатів чері Solanum lycopersicum Romello вирощували при чотирьох світлових обробках з однаковою інтенсивністю світла PAR і співвідношенням червоного і синього світла, але з різним відсотковим вмістом зеленого світла. Усі світлові спектри обробок містили далекий червоний (FR), скоригований для забезпечення аналогічного відношення R до FR у всіх світлових обробках. Обробка 5%, 10% та 20% зеленого була встановлена з використанням пристроїв з регульованим спектром ELIXIA, тоді як обробка 40% зеленого була забезпечена світлом фіксованого спектру MITRA. Відсіки для вирощування були обшиті чорною тканиною, щоб зменшити відбиття світла від стін та заблокувати додаткове світло у нижніх частинах рослинного покриву. Температура, вологість та потік повітря контролювалися протягом усього експерименту та були однаковими у всіх відділеннях для вирощування.

Помідори були переміщені у відділення для вирощування, розташовані в приміщенні з контрольованим кліматом, у міру розвитку проростків з першими двома листками. На початку експерименту було вирощено дев'ять сіянців томатів на кожному осередку розміром 1,2 м х 1,2 м. По мірі того, як навіс закривався, густота рослин була зменшена до шести, а потім до трьох рослин. Через п'ять і сім тижнів експерименту три рослини було видалено. Інші три рослини пов'язували і давали зростати ще на 4,5 тижні. На початку обробки помідори регулярно обрізали. Протягом останнього місяця експерименту гілки залишали без обрізки, щоб створити щільний навіс та дозволити рослинам заповнити весь доступний простір у відсіках для вирощування. Під час процедури обрізки нижнє листя та зайві гілки були послідовно видалені, щоб залишити два основні стебла на кожен завод. У процесі, одна з основних гілок томату, що зазнав 10%-ної обробки зеленим світлом, була випадково зламана, що призвело до зниження середньої біомаси і зав'язування плодів. З зростаючих зв'язок не видалялися квіти чи плоди. Експеримент завершили за 80 днів. Стебла, листя та плоди томатів зважували та вимірювали листя з третього по восьмий лист.

Інтенсивність світла всередині крони та пропускання світла через листя вимірювали перед збиранням урожаю за допомогою спектрометра Ocean Optic JAZ. Інтенсивність світла вимірювали за допомогою оптичного волокна на прямій вертикальній лінії в 7 точках усередині навісу і порівнювали з аналогічними вимірами, виконаними в кожній камері після видалення рослин. Коефіцієнт пропускання вимірювався на місці як пропорція інтенсивності падаючого світла відпромисловий світлодіодний світильник для вирощування рослин і світла під листом, поміщеного в оптичне волокно, приклеєне чорним металевим блоком.