Glavni vir svetlobe, ki prihaja na zemeljsko površino, je sonce. Rastline so pri prestrezanju in absorbiranju svetlobnih žarkov zelo izbirčne in so sposobne absorbcije le sončnih žarkov valovnih dolžin med 400 in 700 nm – to imenujemo vidni del spektra, hkrati pa je to tudi fotosintetsko aktivni del spektra. O tem v nadaljevanju pišeta prof. dr. Nina Kacjan Maršić in prof. dr. Ana Slatnar iz Biotehniške fakultete.

Količina sončeve energije, ki jo lahko rastline koristijo za fotosintezo, je zelo majhna, v idealnih razmerah je to 3 do 6 %, v naravi pa le 1 do 2 %. Od celotne sončne energije, ki pride na zemeljsko površje, se za produkcijo rastlinske biomase porabi približno 1 % svetlobe! Za rastline pomeni svetloba pomemben vir energije. Potrebna je za uravnavanje rasti in razvoja, če jo je preveč ali premalo, pa lahko deluje tudi kot stresni dejavnik. Rastlina svetlobo absorbira s posebnimi fotosinteznimi pigmenti, med katerimi so najpomembnejši klorofil a in klorofil b ter karotenoidi.

Svetloba vpliva na rastline s svojo spektralno razporeditvijo, jakostjo in trajanjem osvetlitve. Spektralna kakovost močno vpliva na rast, razvoj in fiziološke procese v rastlini. Za rastline sta najpomembnejši modra in rdeča svetloba. Za gojenje rastlin se priporoča, da je modrega spektra 10 do 20 %, in 80 do 90 % rdeče svetlobe. Modri del svetlobnega spektra obsega valovne dolžine med 400 nm in 500 nm ter je pomemben za uravnavanje fototropizma, vpliva na morfogenezo, gibanje kloropalstov, odpiranje listnih rež ter zavira rast stebla.

MODRI IN RDEČI DEL SPEKTRA

Če želimo kompaktne, ne pretegnjene rastline, mora biti v času vegetativnega razvojnega cikla rastlin na voljo dovolj modre svetlobe. Rdeči del svetlobnega spektra pa obsega valovne dolžine med 600 nm in 750 nm. Ta ima najmočnejši vpliv na delovanje fotosinteze, pomemben je za razvoj fotosintetskega aparata, ki vpliva na morfogenezo. Rdeči del spektra je pomemben v fazi cvetenja, razmnoževanja in nastavljanja plodov.

Za normalno rast rastlin je potrebno dovolj velika jakost svetlobe, vendar ta ne sme presegati praga, nad katerim svetloba povzroča stres in poškodbe. Če je jakost svetlobe prešibka, je fotosintezna aktivnost omejena. Svetloljubne rastline imajo ob pomanjkanju svetlobe izdolženo steblo in nerazvite liste. Trajanje osvetlitve oz. razmerje med dnevom in nočjo vpliva predvsem na pojav cvetenja, npr. rastline dolgega dne potrebujejo vsaj 12 do 14 ur dolg dan da zacvetijo.

SVETLOBA ZA PROCES FOTOSINTEZE

V procesu fotosinteze se v rastlini svetlobna energija pretvarja v kemijsko. Za nemoten potek fotosinteze potrebujejo rastline svetlobno energijo, ogljikov dioksid in vodo, produkti pa so ogljikovi hidrati in kisik. Energijo za fotosintetsko vgradnjo CO₂ v sladkorje zagotavljajo svetlobne reakcije fotosinteze, ki potekajo v notranjosti kloroplasta, na tilakoidnih membranah.

Fotosinteza rastlin je pogojena s količino fotonov, ki padajo na površino listov. Za merjenje količine svetlobe za rastline v hortikulturi uporabljamo parameter PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density). PPFD podaja količino fotonov, ki padejo na izbrano površino v 1 sekundi (s), enota je μmol fotonov/s m². PPFD je torej merilo intenzitete svetlobe. Proizvajalci sijalk pogosto podajajo intenziteto v PPF (Photosynthetic Photon Flux), ki zajema vso količino svetlobe, ki jo odda sijalka v 1 s. Ta parameter pa nam ne podaja dejanske količine, ki je na voljo rastlinam za fotosintezo na določeni rastni površini. Intenziteta svetlobe pada z oddaljenostjo od vira (sijalke).

DOSVETLJEVANJE V RASTLINJAKIH

Parameter, s katerim opišemo količino svetlobe, ki jo imajo rastline na voljo skozi celoten dan, imenujemo DLI (Daily Light Integral). Ta je še posebej uporaben za določanje količine svetlobe pri pridelavi v rastlinjaku, ko zaradi zmanjšane jakosti sončnega sevanja (jesen-zima- pomlad) dosvetljujemo s sijalkami za dosvetljevanje rastlin. DLI vključuje tako PPFD kot tudi vpliv foto-periode. Foto-perioda je število ur v dnevu, ko je svetlobe dovolj za fotosintetsko aktivnost oziroma ko so v zimskem času vklopljene luči. Čim dlje so vklopljene luči, več fotonov prejmejo rastline.

DLI lahko izračunamo tako, da s spektroradiometrom pomerimo jakost sončnega sevanja ter upoštevamo število ur svetlobe, ki jo imajo rastline na voljo v enem dnevu. Glede na spremenljivost dolžine dneva tekom leta in gibanja sonca je DLI odvisen od letnega časa, geografske širine, dolžine dneva, oblačnosti/jasnosti neba.

Če poznamo DLI za določeno rastlinsko vrsto in imamo znano jakost sevanja, lahko izračunamo, koliko časa moramo dosvetljevati.

ZA DOSEGANJE

DLI (mol/m² dan)                         Čas dosvetljevanja (h)               PPFD

10                                                20                                              150

                                                    16                                              175

                                                    12                                              230

Ko dosvetljujemo rastni prostor s sijalkami (lučmi), moramo pri izračunu jakosti osvetlitve upoštevati kar nekaj izgub. Te se pojavijo predvsem zaradi 30 do 40 % izkoristka moči sijalke in zaradi približno 50 % izgub pri potovanju svetlobnega toka od sijalke do osvetljevane površine.

Rastlinske vrste imajo različne potrebe po svetlobi.

Optimalni DLI za posamezne kategorije rastlin glede svetlobne zahtevnosti

Kategorija svetlobne zahtevnosti                           DLI (mol/m² dan)

Nizka zahtevnost (senčne rastline)                          5–10

Srednja zahtevnost                                                   10–20

Visoka zahtevnost                                                    20–30

Zelo visoka zahtevnost                                             30–50

Potrebe DLI za posamezne kategorije oz. rastlinske vrste

Rastlinska vrsta/kategorija                                     DLI (mol/m² dan)

Sadike – vznik in začetek razvoja                             6–8

2/2 faza razvoja sadik, cvetoče enoletnice, zelišča 10-12

Solata – glavnata/rozeta                                          12–14 – 16 (iceberg)

Paradižnik, paprika, kumare, jajčevec                     20–30

MERJENJE SVETLOBE

Merjenje svetlobe v rastlinjakih je nujno za razumevanje rasti rastlin, optimizacijo proizvodnje, pravilno rabo dodatne osvetlitve, izboljšanje kakovosti pridelkov in zmanjšanje stroškov. Najprimernejši način merjenja je uporaba PPFD-senzorjev, ki merijo svetlobo v območju 400 do 700 nm, ki jo rastline uporabljajo za fotosintezo, in je izražena v enoti μmol·m⁻²·s⁻¹. Merjenje PPFD je najboljši pokazatelj, koliko uporabne svetlobe rastlina dejansko prejme (gostota fotonov PAR, ki doseže rastline). Takšni senzorji so primerni za preverjanje trenutne svetlobne intenzitete, za ocenjevanje enakomernosti svetlobe v rastlinjaku (če merimo na več točkah) ter za odločanje o uporabi dodatne osvetlitve ali senčenja. Uvrščamo jih med osnovne in najpomembnejše merilnike v vsakem rastlinjaku. Z njihovimi meritvami lahko bistveno izboljšamo optimizacijo fotosinteze in s tem rast ter donosnost pridelave.

SPEKTOMETRI

Različne valovne dolžine svetlobe vplivajo na rast, cvetenje, razvejanost, barvo listov, sintezo antioksidantov in druge fiziološke procese. Rastline zaznavajo svetlobne barve preko petih razredov fotoreceptorjev, zato je spektralna sestava svetlobe enako pomembna kot njena količina. Spektralna kakovost svetlobe pomeni, kateri deli svetlobnega spektra (UV, modra, zelena, rdeča, daljna rdeča) dosežejo rastline. Za razliko od PPFD-senzorjev, ki merijo količino svetlobe, spektrometri merijo sestavo svetlobe po posameznih valovnih dolžinah. Najboljši spektrometri delujejo v območju približno 350 do 950 nm, vključno z UV-, PAR- in daljne rdečim-delom spektra. Običajno prikazujejo intenziteto posameznih valovnih dolžin kot graf spektra ali pa izračunavajo razmerja med spektralnimi pasovi (npr. rdeča : modra). Takšne meritve omogočajo natančno razumevanje, kako LED- ali sončna svetloba vplivata na rast, cvetenje in morfologijo rastlin ter ali rastline prejemajo ustrezna razmerja posameznih spektralnih pasov. Prav tako omogočajo spremljanje staranja svetilk in s tem ohranjanje kakovosti osvetlitve.