Ljusspektrum och dess påverkan på växternas tillväxt: utomhus vs. växthus vs. inomhus
Växtodling kan se ut på många olika sätt, från traditionell utomhusodling och växthus till inomhusodling under artificiell belysning. Var och en av dessa metoder har sina unika fördelar, men också vissa nackdelar. I dagens artikel går vi igenom skillnaderna i ljusspektrum vid odling utomhus, i växthus och inomhus under LED-odlingslampor.
Växter uppfattar ljus med hjälp av fotosensorer som kallas fotoreceptorer. De flesta av dem har till uppgift att fånga upp ljusfotoner och omvandla dem till energi genom fotosyntesen. Växter har också specialiserade fotoreceptorer som fungerar annorlunda än de övriga. De deltar inte alltid i fotosyntesen, och vissa av dem fångar till och med upp ljus utanför det synliga ljusspektrumet. Dessa fotoreceptorer är viktiga för växter eftersom de påverkar cirkadiska processer, utvecklingssignaler, genreglering och mycket mer.
Olika ljusfärger
För att förstå ljusspektrumet är det viktigt att komma ihåg att ljus är elektromagnetisk strålning, som kan beskrivas både som en partikel (foton) och som en våg. Olika typer av elektromagnetisk strålning delas in efter våglängd och motsvarande frekvens. Begreppet ”spektrum” syftade ursprungligen på det färgspektrum som är synligt för det mänskliga ögat (regnbågens färger), men med tiden upptäcktes även andra typer av strålning som människor inte kan uppfatta med synen.
Synligt ljus: Den synliga delen av ljusspektrumet, med våglängder på 400–800 nanometer. De olika färgerna i ljusspektrumet kallas spektralfärger (röd, orange, gul, grön, cyan, blå, lila).
Fotosyntetiskt aktiv strålning: PAR (photosynthetic active radiation) överlappar med det synliga ljuset och betecknar det våglängdsområde för ljus (400 till 700 nanometer) som växter använder för fotosyntesen. De flesta LED-odlingslampor omfattar endast våglängder inom det fotosyntetiskt aktiva området.
UV: Ultraviolett strålning (400–10 nanometer) är skadlig för både människor och växter. Den skadar DNA och kan orsaka cancerframkallande tillväxt. Större delen av UV-strålningen fångas upp av jordens atmosfär, men en liten mängd når ytan.
Infraröd strålning: Infraröd strålning har våglängder mellan 760 nanometer och 1 nanometer och delas vidare in i nära IR (near-IR), mellanstor IR (mid-IR) och fjärran IR (far-IR).
Röntgenstrålning: Röntgenstrålning med våglängder på 10–0,1 nanometer används i praktiken tack vare sin förmåga att tränga igenom olika material (röntgenundersökningar, CT). Den har ingen betydelse för växtodling.
Gammastrålning: Radioaktiv strålning som uppstår vid kärnprocesser. Den har ingen betydelse för växtodling.
Odling utomhus: alla ljusfärger
Det kommer knappast som någon överraskning att naturligt solljus är det mest komplexa och täcker det bredaste möjliga spektrumet. Växter som odlas utomhus utsätts inte bara för den synliga delen av ljusspektrumet, inklusive fotosyntetiskt aktiv strålning, utan också för infraröd strålning, UV-strålning och andra typer av strålning. Även om effekterna av extremt korta eller extremt långa ljusvåglängder på växter inte är särskilt väl dokumenterade, kan vissa osynliga våglängder, såsom UV och fjärrött ljus, vara avgörande för växter, trots att de inte påverkar fotosyntesen.
Växthus: frånvaro av UV-strålning
Växthus kan tillverkas av olika typer av glas eller till och med plast, som kan påverka ljuset som passerar genom materialet på olika sätt. Generellt gäller dock att glas släpper igenom större delen av ljusspektrumet, men naturligt blockerar en betydande del av UV-strålningen och strålning med kortare våglängder. I den meningen kan växthus betraktas som halvgenomsläppliga, och frånvaron av UV-ljus kan påverka växterna, till exempel produktionen av terpener eller aktiva ämnen.
Det är känt att UV-strålning stimulerar produktionen av sekundära metaboliter hos vissa växter. Enligt teorier producerar sådana växter mer av dessa ämnen eftersom de fungerar som ett naturligt skydd mot UV-strålningens skadliga påverkan på DNA. Dessutom har den ovanliga fotoreceptorn UVR8 upptäckts. Den aktiveras direkt av UV-B-strålning och uppfattar ljus med en våglängd på 280–320 nanometer. Denna fotoreceptor består av två UVR8-molekyler, som skiljs åt efter exponering för UV-B och blir monomerer. Det förändrar dess funktion och leder till förändringar, bland annat ökad stresstålighet, förändrad genfunktion och påverkan på växtens utveckling.
Frånvaron av UV-strålning hotar inte växternas liv, men kan i hög grad påverka hur de hanterar stress och går igenom de olika faserna i livet. Därför använder vissa odlare specialbelysning i växthus och inomhusodling, som berikar ljusspektrumet med UV-A- och UV-B-strålning.
Inomhusodling: PAR anpassat för växterna
De flesta moderna LED-odlingslampor avger ett standardiserat ljusspektrum med våglängder motsvarande PAR (400–700 nanometer). Det här spektrumområdet räcker gott och väl för att växterna ska trivas under artificiell belysning, och under vissa omständigheter kan de växa snabbare än utomhus eller i växthus. Å andra sidan saknar LED-odlingslampornas spektrum inte bara UV-ljus, utan även infrarött ljus.
Mängden infrarött ljus som når växter som odlas utomhus eller i växthus varierar under dagen och året beroende på solens bana över himlen, eftersom vinkeln som ljuset passerar genom atmosfären i förändras. Växter använder detta för att styra sina cirkadiska rytmer och kan med hjälp av specialiserade fotoreceptorer som kallas fytochromer till exempel känna av om det är dags att börja blomma. Därför kan växter som odlas inomhus under artificiell belysning börja blomma något långsammare (när belysningen ställs om till 12/12) än utomhus. Precis som UV-strålning kan även det infraröda spektrumet kompletteras i odlingsutrymmet eller växthuset med kompletterande belysning med infrarött spektrum.