מה הם PAR, PPFD ו-PPF?
PAR (Photosynthetically Active Radiation) מתייחס לקרינה בטווח אורך הגל הספציפי של 400-700 ננומטר שצמחים מנצלים לפוטוסינתזה. טווח אורכי הגל של האור שצמחים רגישים אליו שונה מזה הנקלט בעין האנושית, וגם היחידות לתיאור עוצמת האור משתנות. העין האנושית רגישה יותר לאור ירוק צהוב-, כאשר עוצמת האור נמדדת בלומנס (lm) ולוקס (lx). לעומת זאת, צמחים מגיבים יותר לאור אדום וכחול, ועוצמת האור שלהם מכומדת במיקרו-מולים לשנייה (μmol/s) ומיקרו-מולים למ"ר לשנייה (μmol/m²/s).
צמחים מסתמכים בעיקר על אור בספקטרום אורך הגל של 400-700 ננומטר לצורך פוטוסינתזה, וזה בדיוק מה שאנו מתייחסים אליו בדרך כלל כקרינה פעילה בפוטוסינתזה (PAR). PAR מבוטא בשתי יחידות:
קרינה פוטוסינתטית(W/m²), המשמש בעיקר במחקרים על פוטוסינתזה באור שמש טבעי.
צפיפות שטף פוטוסינתטי (PPFD)(μmol/m²/s), המיושמת בעיקר למחקר על ההשפעות של מקורות אור מלאכותיים ואור שמש טבעי על פוטוסינתזה של צמחים.
PPFD מייצג את מספר הפוטונים (בתוך טווח ה-PAR) המתקבלים בשנייה על משטח מואר ספציפי, כלומר צפיפות שטף פוטוסינתטיים, ביחידה של מיקרומול/מ"ר לשנייה. זהו אינדיקטור מרכזי להערכת יעילות התאורה בפועל של מערכות תאורה של צמחים, מכיוון שהוא משפיע ישירות על הפוטוסינתזה וצמיחת הצמח. כפי שמודגם באיור, מספר הפוטונים המתקבלים בשנייה על משטח של 1-מ"ר הוא 33 מיקרומול/מ"ר לשנייה.
PAR מודד את אנרגיית הקרינה שצמחים מנצלים לפוטוסינתזה. PPF מכמת את המספר הכולל של פוטונים פעילים מבחינה פוטוסינתטית הנפלטים ממקור אור בשנייה, אך הוא אינו מציין ישירות אם הפוטונים הללו מגיעים לפני השטח של הצמח.
ל-PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density) יש חשיבות קריטית בתאורת צמחים, מכיוון שהוא לא רק מודד את תפוקת הפוטונים הכוללת של מערכת תאורה אלא גם מעריך את ההשפעות של מקורות אור שונים על צמיחת הצמח. PPFD גבוה יותר קשור לשיעורי פוטוסינתזה מוגברים ותשואות צמחים משופרות; PPFD משמש להערכת עוצמת האור האמיתית שמגיעה לצמחים, ומשמשת כאינדיקטור מרכזי למיטוב סביבות גידול צמחים.
האיור המצורף מציג את דוח הבדיקה של צמח ה-LED המתקפל בעוצמה של 1000W המיוצר על ידי Benwei LED, עם שטף פוטוסינתטי (PPF) של 2895.35 מיקרומול/שניה.
אילו אורכי גל (ספקטרה) נדרשים לתאורת צמחים?
280-315 ננומטר: השפעה מינימלית על תהליכים מורפולוגיים ופיזיולוגיים.
315–400 ננומטר (UV‑A): ספיגת כלורופיל נמוכה משפיעה על השפעות פוטו-מחזוריות ומעכבת את התארכות הגזע.
400–520 ננומטר (אור כחול): יחס הספיגה הגבוה ביותר של כלורופיל לקרוטנואידים מפעיל את ההשפעה המשמעותית ביותר על הפוטוסינתזהPMC.
520–610 ננומטר (אור ירוק): קצב ספיגת פיגמנט נמוך.
610–720 ננומטר (אור אדום): קצב ספיגת כלורופיל נמוך אך השפעות משמעותיות על הפוטוסינתזה והשפעות פוטו-מחזוריות.
720–1000 ננומטר (אדום רחוק עד אינפרא אדום קרוב): קצב ספיגה גבוה, מקדם התארכות תאים ומשפיע על פריחה ונביטת זרעים.
>1000 ננומטר (אינפרא אדום): הומר לאנרגיה תרמית.
מעבר לאור כחול ואדום, ספקטרים אחרים כגון אור ירוק, סגול ואולטרה סגול מפעילים גם השפעות מסוימות על צמיחת הצמח. אור ירוק עוזר לעכב את הזדקנות העלים בטרם עת; אור סגול משפר את הצבע והארומה; אור אולטרה סגול מווסת את הסינתזה של מטבוליטים צמחיים. ההשפעה הסינרגטית של ספקטרום אלו מדמה את סביבת האור הטבעי ומעודדת צמיחה בריאה של צמחים.
היתרון של תאורת ספקטרום מלא טמון באור אדום רחוק, המאפשר את אפקט הרווח הכפול של האור (אפקט אמרסון). טווח הספקטרום המלא הוא 400-800 ננומטר, מכסה לא רק את האזור האדום הרחוק מעל 660-800 ננומטר, אלא גם את הרכיב הירוק ב-500-540 ננומטר. ניסויים מראים שהרכיב הירוק משפר את חדירת האור ומשפר את היעילות הקוונטית, ובכך משיג פוטוסינתזה יעילה יותר. בהתבסס על "אפקט הגברת האור הכפול", תוספת של אור אדום של 650 ננומטר כאשר אורך הגל עולה על 685 ננומטר יכולה לשפר משמעותית את היעילות הקוונטית, אפילו לחרוג מסכום ההשפעות כאשר שני אורכי גל אלו משמשים לבד. תופעה זו שבה שני אורכי גל של אור משפרים יחד את היעילות הפוטוסינתטית ידועה כאפקט הרווח האור הכפול או Emerson effectPMC.
אורות גידול צמחים מתוכננים עם יחס ספקטרלי סביר, המכסים טווח אורכי גל של 380-800 ננומטר. הם מספקים לצמחים את היחס הספקטרלי האידיאלי הנדרש לצמיחה תוך השלמת אור טבעי. זה הופך את הצמחים לבריאים ושופעים יותר, מתאימים לכל שלב צמיחה וישימים גם לעיבוד הידרופוני וגם לעיבוד אדמה. הם אידיאליים עבור גינות מקורה, עציצים, גידול שתילים, ריבוי, חוות, חממות וכו'.
כיצד מתוכנן שילוב האור האדום-כחול באורות לגידול צמחים?
החשיבות של שילוב אור אדום-כחול באורות לגידול צמחים
מקסום היעילות הפוטוסינתטית
לכלורופיל a ו-b יש שיאי ספיגה ב-660 ננומטר (אור אדום) ו-450 ננומטר (אור כחול), בהתאמה. האור האדום-כחול המשולב מכסה במדויק את הטווח הספקטרלי הליבה לפוטוסינתזה, ומגדיל את יעילות המרת אנרגיית האור בלמעלה מ-20%. אור אדום מפעיל את Photosystem II, בעוד שאור כחול מניע את Photosystem I; ההשפעה הסינרגטית שלהם מאיץ את ייצור ATP ו-NADPH במהלך התגובות התלויות באור, ומספקת מספיק אנרגיה למחזור קלווין (תגובות בלתי תלויות באור).
אור כחול משפר את דחיסות הצמח על ידי עיכוב התארכות גבעול, קידום עיבוי עלים והגברת חוזק מכני; אור אדום ממריץ את התארכות הגבעול ומאיץ את גדילת הרבייה. השילוב בין השניים משיג איזון בין מבנה הצמח ליבול. אור כחול מקדם הצטברות של מטבוליטים משניים כמו ויטמינים ואנתוציאנינים, בעוד שאור אדום מגביר את תכולת הסוכר המסיס. האור המשולב מייעל את הסינתזה של חומרים מזינים ותרכובות טעם PMC.
יחסי אור משתנים עבור שלבי צמיחה שונים
עבור ירקות עליים בשלב השתיל, נדרש יחס אור כחול גבוה יותר (4:1-7:1) כדי לקדם את צמיחת הגבעולים והעלים. בשלבי הפריחה והפרי, מעבר ליחס אור אדום גבוה יותר (9:1) יכול להגדיל את היבול.
שיפור משמעותי ביעילות
בהשוואה למקורות אור בספקטרום מלא, האור האדום-כחול המשולב מתמקד בטווח אורכי הגל האפקטיבי, ומפחית את צריכת האנרגיה הנגרמת על ידי ספקטרום לא יעיל, ובכך משיג תפוקת ביומסה גבוהה יותר ליחידת אנרגיה חשמלית.
שילוב אפקטים רב מימדיים
מערכות בקרה חכמות יכולות לשלב אורכי גל אולטרה סגול כדי להשיג פונקציות מורכבות כגון פיתוח שורשים, עיכוב התארכות שתילים ושיפור צבע הפרחים. לדוגמה, סוקולנטים יכולים להשיג צורת צמח קומפקטית וצבעים חיים באמצעות טכנולוגיית עמעום דינמית.
להלן יחסי אור אדום-כחול נפוצים עבור צמחים שונים, לעיון בתכנון או ברכש:
1. מתאים לירקות עלים או לצמחי נוי רחבי עלים, כגון חסה, תרד וכרוב סיני.
2.מתאים לצמחים הדורשים תאורה משלימה לאורך כל מחזור הצמיחה שלהם, כגון סוקולנטים.
3. מתאים לצמחי פריחה ופרי, כגון עגבניות, חצילים ומלפפונים.
כיצד להשלים אור לצמחים
איך בוחרים מנורות גידול מתאימים לצמחי פנים?
אור טבעי בדרך כלל לא מצליח לעמוד בדרישות לצמיחה בריאה של יבולים. על ידי שימוש באורות LED לגידול, אתה יכול לשלוט ביעילות במגמת הגידול של יבולים ולהגדיל את התפוקה. בין אם מגדלים ירקות, פירות או פרחים בחממות, מערכות חקלאות אנכיות או מתקנים פנימיים אחרים, נורות LED לגידול יכולות לספק טיפול אופטימלי המותאם למאפיינים הספציפיים של כל גידול. נורות ה-LED המיוצרות על ידי Sena Optoelectronics הוכחו כמעודדות גידול אחיד של יבול, ובכך משפרות את איכות היבול והתפוקה.
מחקרים ניסיוניים הראו כי תאורה משלימה משפרת את סביבת האור, מה שמוביל לשיפורים באורך גזע הצמח, קוטר הגבעול וגודל העלים. לאחר השלמת אור, ניתן להתאים את עוצמת האור בפועל בהתאם כדי לשפר את יעילות ניצול אנרגיית האור הכוללת. תנובת היבול יכולה לעלות בכ-25%, ויעילות השימוש במים יכולה לעלות ב-3.1%.
בנוסף, בעת שימוש בתאורת LED משלימה בחממות במהלך החורף, כדי למקסם את אפקט התאורה המשלימה, יש לשלוט כראוי בטמפרטורת החממה, מה שעלול להגביר את צריכת אנרגיית החימום. זה יעזור לייעל באופן מקיף את אסטרטגיית התאורה המשלימה של LED ולשפר את יעילות ייצור החממה והיתרונות הכלכליים. צורות נפוצות של תאורה משלימה הן כדלקמן: א) שילוב אור כחול אדום-: אור אדום (660 ננומטר) מקדם סינתזה של כלורופיל, פריחה ופרי, בעוד שאור כחול (450 ננומטר) משפר את צמיחת הגבעולים והעלים. השילוב של שניהם משפר את היעילות הפוטוסינתטית. ב) אורות ספקטרום מלאים-: מדמים אור טבעי, מתאימות לצורכי תאורה משלימים-לטווח ארוך, ומונעים התארכות מופרזת של הצמח או התנגדות מופחתת. ג) מנורות קסנון: עוצמת האור קרובה לאור טבעי, מתאימות לצמחים בעלי ערך- גבוה, אך הן צורכות כמות גדולה של חום, וצורכות אנרגיה גבוהה.
בימים מעוננים או גשומים, יש לספק תאורה משלימה לאורך כל היום. בימי שמש, כאשר האור הטבעי פוחת, ניתן להדליק את התאורה לאחר 15:00 עד 16:00, כדי להבטיח את משך האור היומי הכולל נשלט בין 10 ל-12 שעות. תאורה משלימה רציפה במשך יותר מ-16 שעות עלולה לגרום לעיכוב פוטו, המאופיינת בצריבה או הצהבה של שולי העלים.
יש ליישם תאורה משלימה כאשר טמפרטורת הסביבה גדולה או שווה ל-15 מעלות. טמפרטורות נמוכות מעכבות את הפוטוסינתזה. בחורף או כאשר האור הטבעי אינו מספיק, ניתן להאריך את משך התאורה המשלימה ל-14 שעות, אך יש לבצע התאמות לפי מיני צמחים.
כאשר עוצמת האור הטבעי יורדת מתחת ל-100 מיקרומול/מ"ר, יש להפעיל תאורה משלימה כדי לשמור על צפיפות הפוטון הפוטוסינתטי (PPFD) בין 200 ל-1000 מיקרומול/מ"ר. יש להשתמש בחיישני אור כדי לנטר את אחידות האור על העלים, הימנעות מקרינת יתר מקומית- או תאורה לא מספקת. יש להשתמש במקורות אור בעוצמה גבוהה-בשילוב עם וילונות הצללה או דימרים כדי למנוע נזק אולטרה סגול לעלים.
לצמחי מרפסת או מקורה (כגון צמחי עכביש או chlorophytum comosum), מומלץ להשתמש בתאורת LED משלימה-ת נמוכה למשך 8 עד 12 שעות ביום.
בחממות ניתן לשלב מערכות אוטומטיות להתאמה דינמית של גובה התאורה המשלימה בהתאם לגובה הצמח, ובכך להפחית את צריכת האנרגיה. על ידי שילוב של עיצוב תאורה מדעי עם תחזוקה מדויקת, צמחים ירוקים יכולים לשמור על מראה תוסס ולהאיץ את הצמיחה. יש לבצע אופטימיזציה של שיפורים ביעילות התאורה המשלימה בשילוב עם ניהול דשנים בטמפרטורה וב-מים.
כיצד לבחור אור מתאים לגידול צמחים מקורה?
כאשר מגדלים גידולים מרובים במתקנים פנימיים עם חוסר אור טבעי, לעתים קרובות נעשה שימוש באורות LED לגידול כדי להאיץ את צמיחת הצמח ולקדם התפתחות בריאה. בין אם אתה מגדל ירקות או פירות בתוך הבית, נורות LED לגידול יכולות להשלים את האור הטבעי, לייעל את ההרכב הספקטרלי ולהגביר את עוצמת האור מבלי ליצור עודף חום.
בנוסף, תאורת LED משפרת ביעילות את הבהירות תוך הפחתת צריכת האנרגיה. בחירת אורות גידול המותאמים לגידול ירקות עלים מסייעת למגדלים להגדיל את היבול ליחידת שטח תוך התאמה למאפיינים הייחודיים של גידולים-כגון שיפור הטעם, שיפור הערך התזונתי והארכת חיי המדף. מכשירי תאורה שונים משתנים בטווח הספקטרלי ובעוצמת האור, מה שמשפיע ישירות על הצמיחה וההתפתחות של ירקות עלים. באופן כללי, נורות גידול המשלבות אור כחול ואדום מתאימים ביותר.
עבור רוב הירקות העליים בשלב הצמיחה הווגטטיבית (שלב התפתחות הגבעול והעלים), מומלץ יחס אור אדום-ל-כחול של 4:1. יחס זה מאזן את תפקידו של האור האדום בהגברת הפוטוסינתזה ואת היתרון של האור הכחול בוויסות מורפולוגיית העלים. לדוגמה, עלים ירוקים נפוצים כמו חסה ותרד משיגים הצטברות יעילה של פחמימות וצמיחת עלים-מתואמים תחת יחס אור זה.
יש להתאים באופן דינמי את יחס האור האדום-כחול לגידול ירקות עלים מקורה בהתאם לשלב הצמיחה:
אסטרטגיית בקרה מבוססת-שלב
שלב השתיל
כחול-שלב דומיננטי באור: יחס אור אדום-ל-כחול של3:1 עד 5:1הוא אופטימלי. הגדלת פרופורציית האור הכחול ל-30%-50% מקדמת התפתחות שורשים ובידול עלים, מונעת התארכות יתר של הגבעולים ומשפרת משמעותית את מרץ השתילים.
שלב צמיחה מהירה
אדום-שלב משופר באור: כוונן בהדרגה את יחס האור האדום-ל-הכחול ל4:1 עד 5:1. הגדלת שיעור האור האדום (630-660 ננומטר) מגבירה את קצבי הפוטוסינתזה. בשילוב עם עוצמת אור של 200-300 מיקרומול/מ"ר לשנייה, זה יכול להגדיל את קצב הצמיחה היומי ביותר מ-30%.
שלב טרום-הקציר
תוספת-רחוק אור אדום: תוך שמירה על היחס הספקטרלי הליבה 4:1, ניתן להוסיף כמות קטנה של אור אדום רחוק (720-740 ננומטר). זה מקדם את התרחבות העלים והתארכות התאים, מגדיל את המשקל הטרי ואת הסחירות של ירקות עליים.
התאמות לדרישות מיוחדות
זני-קציר מרובים(למשל, עירית סינית, תרד מים): שמרו על יחס יציב של 4:1 כדי למנוע דלדול של חומרים מזינים.
זני-כלורופיל גבוהים(למשל, קייל): הגדל את פרופורציית האור הכחול ל-25%-30% כדי לשפר את סינתזת הפיגמנטים.
פֶּתֶק: ביישומים מעשיים, רצוי לבחור בנורות LED הניתנות לכוונון ספקטרלי. כוונן-עדיין את הגדרות האור בהתבסס על זני יבול ספציפיים וסביבות טיפוח, תוך שימוש באינדיקטורים מורפולוגיים כגון עובי העלים וקשיחות הגבעול כקריטריונים להתייחסות.
לירקות שונים יש דרישות ספקטרליות שונות לאורך מחזורי הצמיחה שלהם, בדומה לאופן שבו לבני אדם יש העדפות מזון. לדוגמה, ירקות עלים דורשים שיעור גבוה יחסית של אור כחול לאורך מחזור הצמיחה שלהם. אור כחול ממריץ את צמיחת העלים, וכתוצאה מכך עלווה עבותה וירוקה יותר-לדוגמה, אור כחול מספיק עוזר לחסה ותרד לפתח עלים רחבים ורכים יותר. עבור ירקות פרי כמו פלפלים ועגבניות, האור האדום ממלא תפקיד קריטי בשלבי הפריחה והפרי: הוא ממריץ את התמיינות ניצני הפרחים, מקדם את ערכת הפירות ומפיק פירות גדולים ושמנמנים יותר. בעת רכישת נורות גידול, בדקו תמיד את הפרמטרים הספקטרליים של המוצר ובחרו בדגמים המאפשרים התאמה גמישה של יחסי הספקטרלים כדי לענות על צורכי הגידול הספציפיים של הירקות שלכם.
אילו גורמים יש לקחת בחשבון בעת שימוש באורות גידול פנימיים?
1. שליטה על משך ועוצמת האור
עוצמת האור, נמדדת בPPFD (Photosynthetic Photon Flux Density)עם היחידה μmol/m²・s, הוא אינדיקטור מרכזי לביצועי אור גידול. ירקות עלים דורשים שפע של אור, אך עוצמת אור מופרזת או חשיפה ממושכת עלולים להשפיע לרעה על צמיחתם.
בדרך כלל, יש לשלוט על משך האור היומי בקירוב10-12 שעות. שתילים עדינים ודורשים רק עוצמה קלה של80-150 מיקרומול/מ"ר・sכדי להבטיח טיפול עדין וצמיחה חזקה. ככל הירקות נכנסים לשלב הצמיחה המהירה, הדרישה לעוצמת האור שלהם עולה-בסביבה200–400 מיקרומול/מ"ר・sנחוץ כדי לעמוד בדרישות הפוטוסינתזה ולספק מספיק אנרגיה לצמיחה נמרצת. בשלב הפריחה והפרי, ירקות מסוימים עשויים אפילו לדרוש עוצמת אור חריגה500 מיקרומול/מ"ר・sלקידום פיתוח פירות.
לכן, חשוב לבחור בנורות LED לגידולטווחי עוצמת אור מתכוונניםשמתיישרים עם הדרישות של שלבי גידול ירקות שונים.
2. בקרת אספקת חומרי הזנה ומים
בעוד שאורות גידול מספקים לצמחים תאורה, אספקת חומרים מזינים ומים היא קריטית באותה מידה. כאשר מגדלים חסה, יש צורך לספק כמות מתאימה של תמיסת תזונה ומים כדי להבטיח את צמיחתה והתפתחותה. תוספת מתונה של דשן חנקן (למשל, דשן סויה) יכולה לקדם סינתזה של כלורופיל, ויש גם למלא מגנזיום-כמרכיב ליבה של כלורופיל- באופן קבוע.
בנוסף, הוספת קליפות אגוזים מפורקות (כגון קליפות זרעי חמניות) לאדמה יכולה לשפר את חדירות האוויר ולשפר את יכולת ספיגת השורשים. יתר על כן, יש לבצע אוורור וויסות גזים (עלייה בריכוז הפחמן הדו-חמצני), יחד עם בקרת טמפרטורה ולחות (שמירה על 50-70% RH), כדי למנוע מחלות הנגרמות על ידי טמפרטורה ולחות גבוהות.
3. גובה הרכבה ואחידות האור
נורות גידול משתנות בתפוקת הכוח ובעוצמת האור המתאימה. בעת בחירת מנורת גידול, קחו בחשבון את גובה ההרכבה שלו -תוספות-הספק גבוה בדרך כלל מספקות עוצמת אור גבוהה יחסית.
באופן כללי, ככל שמקור האור קרוב יותר לצמחים, כך ה-PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density) יהיה גבוה יותר, כלומר צמחים יכולים לקבל תאורה יעילה יותר. עם זאת, ככל שהמרחק מאור הגידול גדל, אזור כיסוי האור מתרחב בעוד עוצמת האור יורדת בהתאם. נורות גידול ללא עיצוב אופטי מקצועי מפגינים פער משמעותי בין עוצמת הארה מרכזית והיקפית, אשר נוטה לגרום לתאורה משלימה לא אחידה ולבזבוז של אנרגיית אור.
