Світловий спектр і його вплив на ріст рослин: на відкритому повітрі vs. у теплиці vs. у приміщенні

Вирощування рослин може мати багато форм: від традиційного вирощування на відкритому повітрі та в теплицях до вирощування в приміщенні під штучним освітленням. Кожен із цих методів має унікальні переваги, але й певні недоліки. У сьогоднішній статті розглянемо відмінності у світловому спектрі під час вирощування на відкритому повітрі, у теплиці та в приміщенні під вирощувальними LED-світильниками.

Рослини сприймають світло за допомогою фотосенсорів, які називають фоторецепторами. Більшість із них призначені для захоплення фотонів світла та перетворення їх на енергію під час фотосинтезу. Однак рослини також мають спеціалізовані фоторецептори, які працюють інакше, ніж інші: вони не завжди беруть участь у фотосинтезі, а деякі з них навіть сприймають світло поза межами видимого світлового спектра. Ці фоторецептори важливі для рослин, оскільки впливають на циркадні процеси, сигнали розвитку, регуляцію генів та багато іншого.

Різні кольори світла

Щоб зрозуміти світловий спектр, важливо усвідомити, що світло — це електромагнітне випромінювання, яке водночас можна описати як частинку (фотон) і хвилю. Окремі типи електромагнітного випромінювання розрізняють за довжиною хвилі та відповідною частотою. Спочатку назва «спектр» стосувалася кольорового спектра, видимого людському оку (кольорів веселки), але з часом було відкрито й інші типи випромінювання, які людина не сприймає зором.

Видиме світло: видима частина світлового спектра з довжиною хвилі 400–800 нанометрів. Окремі кольори світлового спектра називають спектральними кольорами (червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий).

Фотосинтетично активне випромінювання: PAR (фотосинтетично активне випромінювання) перекривається з видимим світлом і позначає діапазон довжин хвиль світла (400–700 нанометрів), яке рослини використовують для фотосинтезу. Більшість вирощувальних LED-світильників охоплює лише фотосинтетично активні довжини хвиль.

УФ: ультрафіолетове випромінювання (400–10 нанометрів) небезпечне для людей і рослин, пошкоджує ДНК і може спричиняти розвиток ракових пухлин. Атмосфера Землі затримує більшість УФ-випромінювання, але невелика його кількість досягає поверхні.

Інфрачервоне випромінювання: інфрачервоне випромінювання має довжину хвилі від 760 нанометрів до 1 нанометра й поділяється на ближнє ІЧ (near-IR), середнє ІЧ (mid-IR) і далеке ІЧ (far-IR).

Рентгенівське випромінювання: рентгенівське випромінювання з довжиною хвилі 10–0,1 нанометра використовують на практиці завдяки його здатності проникати крізь різні матеріали (рентгенографія, КТ). Для вирощування рослин воно не має значення.

Гамма-випромінювання: радіоактивне випромінювання, яке виникає під час ядерних процесів. Для вирощування рослин воно не має значення.

Вирощування на відкритому повітрі: усі кольори світла

Навряд чи когось здивує твердження, що природне сонячне світло має найскладніший склад і охоплює найширший можливий спектр. На рослини, які вирощують на відкритому повітрі, потрапляє не лише видима частина світлового спектра, зокрема фотосинтетично активне випромінювання, а й інфрачервоне, ультрафіолетове та інші типи випромінювання. Хоча вплив надзвичайно коротких або надзвичайно довгих хвиль світла на рослини недостатньо добре задокументований, деякі невидимі довжини хвиль, як-от ультрафіолетове та далеке червоне випромінювання, можуть бути для рослин ключовими, навіть якщо вони не впливають на фотосинтез.

Теплиці: відсутність ультрафіолетового випромінювання

Теплиці можуть бути виготовлені з різних видів скла або навіть пластику, які по-різному впливають на світло, що проходить крізь матеріал. Однак загалом скло пропускає більшу частину світлового спектра, але природним чином блокує значну частину ультрафіолетового випромінювання та випромінювання з коротшими довжинами хвиль. У цьому сенсі теплиці можна вважати напівпроникними, а відсутність ультрафіолетового світла може впливати на рослини, наприклад на вироблення терпенів або активних речовин.

Відомо, що в деяких рослин ультрафіолетове випромінювання стимулює вироблення вторинних метаболітів. Існують теорії, згідно з якими такі рослини виробляють більше цих речовин, оскільки вони слугують природним захистом від руйнівного впливу ультрафіолетових променів на ДНК. Також було відкрито незвичайний фоторецептор UVR8, який безпосередньо активується випромінюванням UV-B і сприймає світло з довжиною хвилі 280–320 нанометрів. Цей фоторецептор складається з двох молекул UVR8, які після опромінення UV-B відокремлюються одна від одної та стають мономерами. Це змінює його функцію та спричиняє зміни, зокрема підвищення стійкості до стресу, вплив на функціонування генів і розвиток рослини.

Відсутність ультрафіолетового випромінювання не загрожує життю рослин, але може суттєво впливати на те, як вони справляються зі стресом і проходять окремі етапи життєвого циклу. Тому деякі вирощувачі в теплицях і в приміщенні використовують спеціальні вирощувальні світильники, які доповнюють світловий спектр випромінюванням UV-A та UV-B.

Вирощування в приміщенні: PAR, підібране для рослин

Більшість сучасних вирощувальних LED-світильників випромінює стандартизований світловий спектр із довжинами хвиль, що відповідають PAR (400–700 нанометрів). Такого діапазону спектра цілком достатньо, щоб рослини добре росли під штучним освітленням, а за певних умов вони можуть рости швидше, ніж на відкритому повітрі або в теплиці. З іншого боку, у спектрі вирощувальних LED-світильників бракує не лише ультрафіолетового, а й інфрачервоного світла.

Кількість інфрачервоного світла, що потрапляє на рослини, які вирощують на відкритому повітрі або в теплиці, змінюється протягом дня та року залежно від руху сонця небом, адже змінюється кут, під яким світло проходить крізь атмосферу. Рослини використовують цей факт для керування своїми циркадними ритмами й завдяки спеціалізованим фоторецепторам, які називають фітохромами, можуть визначати, наприклад, чи настав час починати цвісти. Тому під час вирощування в приміщенні під штучним освітленням рослини можуть почати цвісти трохи повільніше (після переходу на режим 12/12), ніж на відкритому повітрі. Як і у випадку з ультрафіолетовим випромінюванням, інфрачервоний спектр можна доповнити в приміщенні для вирощування або в теплиці за допомогою додаткового освітлення з інфрачервоним спектром.

Читайте також: Вирощуємо в приміщенні: як перейти до цвітіння