Lichtspectrum en de invloed ervan op de groei van planten: buiten vs. in de kweekkas vs. binnen
Het kweken van planten kan veel verschillende vormen aannemen: van traditionele buitenteelt en kassen tot binnenteelt onder kunstlicht. Elk van deze methoden heeft unieke voordelen, maar ook enkele nadelen. In dit artikel gaan we in op de verschillen in lichtspectrum bij buitenteelt, in kassen en bij binnenteelt onder LED-kweeklampen.
Planten nemen licht waar met behulp van fotosensoren die we fotoreceptoren noemen. De meeste daarvan vangen lichtfotonen op en zetten die tijdens de fotosynthese om in energie. Planten hebben echter ook gespecialiseerde fotoreceptoren die anders werken dan de overige receptoren. Ze zijn niet altijd betrokken bij de fotosynthese en sommige vangen zelfs licht op buiten het zichtbare lichtspectrum. Deze fotoreceptoren zijn belangrijk voor planten, omdat ze invloed hebben op circadiane processen, ontwikkelingssignalen, genregulatie en nog veel meer.
Verschillende kleuren licht
Om het lichtspectrum te begrijpen, is het belangrijk om te beseffen dat licht elektromagnetische straling is, die zowel als deeltje (foton) als golf kan worden beschreven. De verschillende soorten elektromagnetische straling worden ingedeeld op basis van hun golflengte en bijbehorende frequentie. De benaming ‘spectrum’ verwees oorspronkelijk naar het kleurenspectrum dat met het menselijk oog zichtbaar is (de kleuren van de regenboog), maar later werden ook andere soorten straling ontdekt die mensen niet met hun ogen kunnen waarnemen.
Zichtbaar licht: het zichtbare deel van het lichtspectrum met golflengten van 400-800 nanometer. De afzonderlijke kleuren in het lichtspectrum noemen we spectrale kleuren (rood, oranje, geel, groen, cyaan, blauw en violet).
Fotosynthetisch actieve straling: PAR (fotosynthetisch actieve straling) overlapt met zichtbaar licht en duidt het golflengtebereik van licht aan (400 tot 700 nanometer) dat planten gebruiken voor de fotosynthese. De meeste LED-kweeklampen omvatten alleen fotosynthetisch actieve golflengten.
UV: ultraviolette straling (400-10 nanometer) is gevaarlijk voor mensen en planten. Ze beschadigt DNA en kan kankerverwekkende woekeringen veroorzaken. De atmosfeer van de aarde houdt het grootste deel van de UV-straling tegen, maar een kleine hoeveelheid bereikt het aardoppervlak.
Infraroodstraling: Infraroodstraling heeft een golflengte tussen 760 nanometer en 1 nanometer en wordt verder onderverdeeld in nabij-infrarood (near-IR), midden-infrarood (mid-IR) en ver-infrarood (far-IR).
Röntgenstraling: Röntgenstraling met golflengten van 10 – 0,1 nanometer wordt in de praktijk gebruikt vanwege het vermogen om door verschillende materialen heen te dringen (radiografie, CT). Voor het kweken van planten is deze straling niet van belang.
Gammastraling: radioactieve straling die ontstaat bij nucleaire processen. Voor het kweken van planten is deze straling niet van belang.
Buiten kweken: alle kleuren licht
Het zal waarschijnlijk niemand verbazen dat natuurlijk zonlicht het meest complexe spectrum heeft en het breedst mogelijke bereik bestrijkt. Planten die buiten groeien, krijgen niet alleen het zichtbare deel van het lichtspectrum binnen, waaronder fotosynthetisch actieve straling, maar ook infrarood, UV en andere soorten straling. Hoewel de effecten van extreem korte of extreem lange lichtgolven op planten niet goed zijn gedocumenteerd, kunnen sommige onzichtbare golflengten, zoals UV en verrood licht, belangrijk zijn voor planten, ook al beïnvloeden ze de fotosynthese niet.
Kassen: geen UV-straling
Kassen kunnen van verschillende soorten glas of zelfs kunststof zijn gemaakt. Deze materialen kunnen elk een ander effect hebben op het licht dat erdoorheen valt. In het algemeen laat glas echter het grootste deel van het lichtspectrum door, maar houdt het van nature een aanzienlijk deel van de UV-straling en straling met kortere golflengten tegen. In die zin kun je kassen als halfdoorlatend beschouwen. Het ontbreken van UV-licht kan invloed hebben op planten, bijvoorbeeld op de productie van terpenen of werkzame stoffen.
Het is bekend dat UV-straling bij sommige planten de productie van secundaire metabolieten stimuleert. Volgens theorieën maken zulke planten meer van deze stoffen aan omdat die als natuurlijke bescherming dienen tegen de schadelijke invloed van UV-straling op DNA. Daarnaast is de bijzondere fotoreceptor UVR8 ontdekt, die rechtstreeks wordt geactiveerd door UV-B-straling en licht met een golflengte van 280-320 nanometer waarneemt. Deze fotoreceptor bestaat uit twee UVR8-moleculen. Na blootstelling aan UV-B-straling scheiden deze zich van elkaar en worden ze monomeren. Daardoor verandert de werking ervan en treden er veranderingen op, waaronder een verhoogde stresstolerantie, veranderingen in de genfunctie en invloed op de ontwikkeling van de plant.
Het ontbreken van UV-straling is niet levensbedreigend voor planten, maar kan wel aanzienlijk beïnvloeden hoe ze met stress omgaan en de verschillende levensfasen doorlopen. Daarom gebruiken sommige kwekers in kassen en binnen speciale kweeklampen die het lichtspectrum verrijken met UV-A- en UV-B-straling.
Binnen kweken: PAR afgestemd op planten
De meeste moderne LED-kweeklampen stralen een gestandaardiseerd lichtspectrum uit met golflengten die overeenkomen met PAR-straling (400–700 nanometer). Dit spectrum is ruimschoots voldoende om planten onder kunstlicht goed te laten groeien. Onder bepaalde omstandigheden kunnen ze zelfs sneller groeien dan buiten of in een kas. Het spectrum van LED-kweeklampen bevat daarentegen niet alleen geen UV-straling, maar ook geen infrarood licht.
De hoeveelheid infrarood licht die op buiten- of kasplanten valt, verandert gedurende de dag en het jaar naargelang de positie van de zon aan de hemel. De hoek waaronder het licht door de atmosfeer valt, verandert namelijk ook. Planten benutten dit gegeven bij het reguleren van hun circadiane ritmes. Dankzij gespecialiseerde fotoreceptoren, fytochromen genoemd, kunnen ze bijvoorbeeld herkennen of het tijd is om met de bloei te beginnen. Daarom kunnen planten bij binnenteelt onder kunstlicht iets later beginnen te bloeien (wanneer je overschakelt naar 12/12) dan buiten. Net als UV-straling kun je ook het infraroodspectrum in een kweekruimte of kas aanvullen met aanvullende verlichting met een infraroodspectrum.