Spectrul luminii și influența sa asupra creșterii plantelor: exterior vs. seră vs. interior

Cultivarea plantelor poate avea multe forme, de la cultivarea tradițională în aer liber, prin sere, până la cultivarea în interior sub iluminat artificial. Fiecare dintre aceste metode oferă avantaje unice, dar are și anumite dezavantaje. În articolul de astăzi vom analiza diferențele dintre spectrul luminos în cazul cultivării în aer liber, în seră și în interior, sub lămpi LED pentru cultivare.

Plantele percep lumina cu ajutorul fotosenzorilor, pe care îi numim fotoreceptori. Majoritatea acestora au rolul de a capta fotonii luminii și de a-i transforma în energie în timpul procesului de fotosinteză. Plantele sunt însă echipate și cu fotoreceptori specializați, care funcționează diferit față de ceilalți, nu participă întotdeauna la fotosinteză, iar unii dintre ei captează chiar și lumina din afara spectrului vizibil. Acești fotoreceptori sunt importanți pentru plante, deoarece influențează procesele circadiene, semnalele de dezvoltare, reglarea genelor și multe altele.

Diferitele culori ale luminii

Pentru a înțelege spectrul luminos, este important să rețineți că lumina este o radiație electromagnetică, care poate fi caracterizată simultan ca particulă (foton) și undă. Diferitele tipuri de radiații electromagnetice sunt împărțite în funcție de lungimea de undă și frecvența corespunzătoare. Denumirea „spectru” se referea inițial la spectrul colorat vizibil cu ochiul uman (culorile curcubeului), însă, în timp, au fost descoperite și alte tipuri de radiații pe care oamenii nu le percep vizual.

Lumina vizibilă: Partea vizibilă a spectrului luminos, cu lungimi de undă de 400-800 nanometri. Culorile individuale din spectrul luminos sunt numite culori spectrale (roșu, portocaliu, galben, verde, azuriu, albastru, violet).

Radiația fotosintetic activă: PAR (photosynthetic active radiation) se suprapune cu lumina vizibilă și desemnează intervalul lungimilor de undă ale luminii (între 400 și 700 de nanometri) pe care plantele îl utilizează pentru fotosinteză. Majoritatea lămpilor LED pentru cultivare includ doar lungimi de undă fotosintetic active.

UV: Radiația ultravioletă (400-10 nanometri) este periculoasă atât pentru oameni, cât și pentru plante, deteriorează ADN-ul și poate provoca dezvoltarea cancerigenă. Cea mai mare parte a radiațiilor UV este absorbită de atmosfera terestră, însă o cantitate mică ajunge la suprafață.

Radiația infraroșie: Radiația infraroșie are lungimi de undă cuprinse între 760 nanometri și 1 nanometru și este împărțită în continuare în infraroșu apropiat (near-IR), infraroșu mediu (mid-IR) și infraroșu îndepărtat (far-IR).

Raze X: Radiația cu raze X, cu lungimi de undă de 10 – 0,1 nanometri, este utilizată în practică datorită capacității sale de a pătrunde prin numeroase materiale (radiografie, CT). Nu are relevanță pentru cultivarea plantelor.

Radiația gamma: Radiație radioactivă care apare în timpul proceselor nucleare. Nu are relevanță pentru cultivarea plantelor.

Cultivarea în aer liber: toate culorile luminii

Probabil că nu surprinde pe nimeni dacă spunem că lumina naturală a soarelui este cea mai complexă și acoperă cel mai larg spectru posibil. Plantele cultivate în aer liber primesc nu doar partea vizibilă a spectrului luminos, inclusiv radiația fotosintetic activă, ci și radiații infraroșii, UV și alte tipuri de radiații. Deși efectele lungimilor de undă extrem de scurte sau extrem de lungi ale luminii nu sunt foarte bine documentate în ceea ce privește plantele, unele lungimi de undă invizibile, precum radiațiile UV și roșu îndepărtat, pot fi esențiale pentru plante, chiar dacă nu influențează fotosinteza.

Serele: absența radiațiilor UV

Serele pot fi construite din diferite tipuri de sticlă sau chiar din materiale plastice, care pot avea efecte diferite asupra luminii ce trece prin material. În general, însă, sticla lasă să treacă cea mai mare parte a spectrului luminos, dar blochează în mod natural o parte considerabilă a radiațiilor UV și a radiațiilor cu lungimi de undă mai mici. În acest sens, serele pot fi considerate semipermeabile, iar absența luminii UV poate avea un impact asupra plantelor, de exemplu asupra producției de terpene sau de substanțe active.

Se știe că, la unele plante, radiațiile UV stimulează producția de metaboliți secundari. Există teorii conform cărora astfel de plante produc mai multe substanțe de acest tip deoarece acestea acționează ca o protecție naturală împotriva efectului distructiv al razelor UV asupra ADN-ului. De asemenea, a fost descoperit fotoreceptorul neobișnuit UVR8, care este activat direct de radiațiile UV-B și percepe lumina cu lungimi de undă de 280-320 nanometri. Acest fotoreceptor este alcătuit din două molecule UVR8, care se separă după expunerea la radiații UV-B și devin monomeri, fapt care îi schimbă funcția și duce la modificări, inclusiv la creșterea rezistenței la stres, la modificarea funcției genelor și la influențarea dezvoltării plantei.

Absența radiațiilor UV nu pune viața plantelor în pericol, însă poate influența semnificativ modul în care acestea fac față stresului și trec prin diferitele etape ale vieții. Din aceste motive, unii cultivatori folosesc în sere și în interior lămpi speciale pentru cultivare, care îmbogățesc spectrul luminos cu radiații UV-A și UV-B.

Cultivarea în interior: PAR adaptat plantelor

Majoritatea lămpilor LED moderne pentru cultivare emit un spectru luminos standardizat, cu lungimi de undă corespunzătoare radiației PAR (400–700 de nanometri). Un astfel de interval spectral este suficient pentru ca plantele să se dezvolte bine sub iluminat artificial și, în anumite condiții, acestea pot crește mai repede decât în aer liber sau în seră. Pe de altă parte, spectrul lămpilor LED pentru cultivare este lipsit nu doar de radiațiile UV, ci și de lumina infraroșie.

Cantitatea de lumină infraroșie care ajunge la plantele cultivate în aer liber sau în seră se schimbă de-a lungul zilei și al anului, în funcție de poziția soarelui pe cer, deoarece se modifică unghiul sub care lumina trece prin atmosferă. Plantele folosesc acest fapt pentru reglarea ritmurilor circadiene și, datorită fotoreceptorilor specializați numiți fitocromi, pot recunoaște, de exemplu, dacă este momentul să înceapă înflorirea. De aceea, în cazul cultivării în interior sub iluminat artificial, plantele pot începe să înflorească puțin mai lent (la trecerea la 12/12) decât în aer liber. La fel ca în cazul radiațiilor UV, spectrul infraroșu poate fi suplimentat în spațiul de cultivare sau în seră cu ajutorul unei iluminări suplimentare cu spectru infraroșu.

Citiți și: Cultivarea în interior: cum se face trecerea la înflorire