Vliv intenzity a spektrálního složení umělého světla na kultivaci rostlin

 

 

Růstové komory pro kultivaci rostlin jsou příkladem, kdy rostlina je odkázá­na na umělé osvětlení a uměle vytvoře­né klima. Hledá se optimální světelný zdroj, který bude splňovat všechny po­žadavky rostlin a přitom bude energetic­ky úsporný. Elektrická energie spotřebo­vaná světelným zdrojem se z velké části mění na energii tepelnou, a v důsledku toho vznikají další požadavky na chlaze­ní a odvod této tepelné zátěže. Jak najít optimální světelný zdroj? Kolik energie rostlinám stačí a jaká část dodaného světla je opravdu efektivně využitelná? Na tyto otázky se předkládaný článek zaměřuje a autoři na ně odpovídají, přičemž vychá­zejí ze sledování pokusu se zakořeňová­ním řízků za různých světelných podmí­nek. Obecně lze konstatovat, že největší pohltivost je u rostlin v oblastech mod­ré a červené barvy, naopak odrazivost je největší v zelené barvě. [1] Podle tohoto poznatku byla při hledání úspor zvole­na cesta spektrálně řízeného osvitu. Od­borníci na Zahradnické fakultě Mendelo­vy univerzity Brno v minulosti zjišťovali vliv barevných spekter na vlastnosti rost­lin. K tomuto účelu byly využívány prů­svitné barevné fólie, kterými světlo pro­cházelo. Toto technické omezení je dnes překonáno a světelné zdroje LED dávají možnost volit spektrum i intenzitu v jed­notlivých spektrálních oblastech. Bylo na co navázat a pokus v praxi mohl za­čít. Firma SVP Components, která navr­huje LED osvětlení, zapůjčila čtyři svíti­dla 100WHPL, osazená v růstové skříni tak, aby bylo ve čtyřech oddílech možné sledovat dvě zvolené kombinace slože­ní spektra při dvou intenzitách ozáření.

 

 

V těchto prostorech probíhají procesy vegetativního množení produkčních rost­lin nebo např. výzkum opti­malizující spektrum pro asi­milační nebo fotoperiodické světelné zdroje. Intenzita osvětlení v těchto pěsteb­ních prostorech je závislá na konkrétních požadav­cích, pro vegetativní mno­žení je obecně potřeba ozá­ření malá, pro pokusy se spektrem a intenzitou by mělo být možné nastavovat intenzitu ozáření v rozmezí od kompenzačního světel­ného bodu až po saturač­ní hodnoty. Světelné zdroje by měly ovlivňovat vnitřní klima co nejmenší tepelnou zátěží, měly by obsahovat složku difuzního i přímé­ho záření a dosahovat vyso­ké účinnosti v oblasti FAR. V četných studiích byly zdo­kumentovány reakce rostlin zejména na červené a modré světlo. Červené světlo je dů­ležité pro vývin fotosyntetic­kého aparátu. Modré světlo zase ovlivňuje tvorbu chlo­rofylu, otevírání průduchů a fotomorfogenezi. Spolu s těmito biologickými mechanismy se současně spouštějí mnohé hormonální reakce, tvořící se látky jsou následně transportovány do příslušných částí rostlin, které na základě jejich vyhodnocení jsou schopny např. iniciovat kvetení, vytvářet kořeny, stimulovat pro­dlužování výhonů, velikost listové plo­chy a jiné. V poslední době se objevují výzkumy spojené s testováním různých vlnových délek na tvor­bu kořenů při vegetativ­ním rozmnožování rost­lin řízkováním.

 

V tomto pokusu byl testován vliv speciální sestavy světelných diod na kvalitu a kvantitu tvorby kořenového sys­tému při vegetativním rozmnožování rostlin.

 

V daném pokusu byly sledovány řízky rostliny Ligustrum ova­lifolium. Jde o okrasné keře, které byly během doby zakořenění vysta­veny různým vlnovým délkám o různé inten­zitě ozáření. Odřezky byly upravovány vždy na stejnou velikost, bez zkracování listové če­pele.

 

Pokus byl prováděn na třech stanovištích: ve fóliovníku, v růs­tové komoře se zářiv­kami a v růstové ko­moře se svítidly LED 100WHPL.

 

V pěstebních komo­rách (obr. 1, obr. 3) byla nastavena teplota 20 °C a relativní vlhkost 95 %. V průběhu pokusu však vlivem extrémního venkovního poča­sí bylo dosaženo těchto hodnot s širším rozptylem v obou růstových komorách. Ve fóliovníku teploty a vlhkost vzduchu v době rozmnožovacích cyklů závisely ze­jména na vnějších klimatických podmín­kách, na vlivu konstrukce fóliového tu­nelu a na činnosti automatického závla­hového systému. 

 

Jako zdroj záření byla použita čtyři sví­tidla 100WHPL (obr. 2) obsahující čer­vené, modré a bílé diody LED ve dvou zvolených kombinacích, optimalizova­ných podle absorpčních spekter chloro­fylu: v horním patře dvě svítidla v barev­né kombinaci označované písmenem B, více jsou zastoupeny vlnové délky odpo­vídající modré barvě, v dolním patře dvě svítidla označovaná písmenem R, s vět­ším důrazem na vlnové délky odpovída­jící červené barvě. Poměrné zastoupení jednotlivých vlnových délek obsažených ve svítidle barevné kombinace B a R je patrné z tab. 1.

 

Regulace intenzity je plynulá u kaž­dého ze čtyř svítidel, v průběhu pokusu byly nastaveny intenzity 17 a 90 % maxi­málního příkonu.

Spektrum zářivek chladně bílá 840 (obr. 4). Teplota chromatičnosti je 4 000 K, všeobecný index podání barev 80. Ve skříni se zářivkami byl nastaven maximální světelný tok, rozdílná inten­zita ozáření byla zajištěna umístěním vzorků jednak ve vrchní polici, jednak ve spodní polici.

 

Svítidlo je osazeno osmi zářivkami T5 39W/840, celkový příkon je 312 W pro jedno patro.

Naměřené hodnoty intenzit ozáře­ní a použité měřicí přístroje jsou uvede­ny v tab. 2.

 

Vyhodnocení pokusu

Vyhodnocení pokusu ukázalo procen­to úspěšně zakořeněných řízků a také kvalitu a délku kořenů. Kvalita zako­řenění byla hodnocena v pěti stupních, které jsou patrné z obr. 5. Bylo hodnoce­no 54 vzorků z každého stanoviště po 37 dnech kultivace. Výsledky jsou zaneseny v tab. 3. Dále byl měřen obsah chloro­fylu v listech v časových intervalech bě­hem pokusu.

 

Světlo je jednou z nejdůležitějších podmínek prostředí pro úspěšné zakoře­ňování řízků. Avšak jeho nadbytek může ovlivňovat proces zakořeňování negativ­ně, poškozováním vlastního fotosynte­tického aparátu rostlin. To ukazují i vý­sledky pokusů. Skupiny ovlivňované zá­řením o intenzitě 285 a 329 µmol·s^–1·m^–2 vykazovaly podstatně horší zakořeně­ní než skupiny s intenzitou 52 až 64 µmol·s^–1·m^–2. Co se týče vlivu červené a modré LED, u variant s nízkou inten­zitou ozáření se neprojevil statisticky významný rozdíl. U variant s vysoký­mi intenzitami ozáření se zdá, že men­ší inhibiční vliv má červená LED. Prů­běh pokusů ukázal také na příznivý vliv LED při tvorbě prostředí v růstových ko­morách. Při používání LED jsou menší problémy s úpravou prostředí a s říze­ním teploty, vlhkosti vzduchu i osvětle­ní i s energickou náročností světelných zdrojů. Významná je i značná variabili­ta LED ve volbě emisních spekter, což umožňuje této technologii stát se ideál­ním nástrojem ke hledání optimálních kombinací vlnových délek vhodných pro rostliny po celou dobu jejich vývojo­vých stadií v intenzivních pěstitelských systémech. V průběhu pokusu byly v obou skříních nastaveny stejné hodnoty teploty a vlhkos­ti, v obou však byly problémy s dodržením požadovaných pa­rametrů. Rovněž testované in­tenzity byly příliš vysoké a způ­sobené přesvětlení negativně ovlivnilo výsledky pokusu. Jde tedy o hledání optimální inten­zity pro zakořeňování obecně a optimalizace udržování na­staveného prostředí v pěsteb­ních skříních. Z výsledků do­posud uskutečněných pokusů vyplývá, že pro zakořeňování postačují nízké intenzity osvětlení. Volba ideální kombinace barev diod LED ve světel­ném zdroji je rovněž v počátcích, uka­zuje ale velký potenciál volitelných vl­nových délek a jejich vztahu ke kondici a projevům rostliny.

[1] PROCHÁZKA, S. – MACHÁČKOVÁ, I. – KREKULE, J. – ŠEBÁNEK, J. a kol.: Fyziologie rostlin. Akademia, Praha, 1998.

Recenze: Ing. Stanislav Haš