Iluminação artificial & Crescimento das plantas
À medida que a importância da luz artificial na agricultura aumentou, os fabricantes de lâmpadas começaram a avaliar as lâmpadas especificamente para as necessidades da planta. Este artigo discute e compara as diferentes medidas de "nível de luz" que atualmente são usadas para o crescimento de plantas e aplicações hidropónicas. O nível de luz é uma das variáveis ??importantes para otimizar o crescimento das plantas, outros também são importantes, tais como a água, dióxido de carbono, nutrientes e fatores ambientais. Assim teremos uma abordagem passo-a-passo para o desenvolvimento de um layout de iluminação simples, usando as classificações das fontes de luz.
Nos últimos anos, tornou-se cada vez mais económico usar luzes artificiais para auxiliar o crescimento da planta - os custos de iluminação e as lâmpadas tornaram-se menos caras e fontes de luz muito eficientes estão disponíveis para altas potências. Esses desenvolvimentos, juntamente com a capacidade de preservar e produzir, resultaram num lucrativo mercado de produtos hidropónicos.
Para uma planta crescer é preciso fornecer toda a luz necessária e é necessário compensar a luz solar, especialmente nos meses de inverno, quando o horário de verão é curto. Para aumentar o comprimento do "dia", a fim de desencadear crescimento específico e floração.
Assim como os seres humanos precisam de uma dieta equilibrada, as plantas precisam de luz balanceada e de espectro completo para uma boa saúde e crescimento ótimo. A qualidade da luz é tão importante quanto a quantidade. As plantas são sensíveis a uma porção similar do espectro, como é o olho humano. Esta porção do espectro de luz é referida como Radiação Photosynthetically Active ou PAR, ou seja, cerca de 400 a 700 nanômetros de comprimento de onda. No entanto, a resposta das plantas nesta região é muito diferente da dos seres humanos. O olho humano tem uma sensibilidade máxima na região amarelo-verde, em torno de 550 nanômetros. Esta é a cor "amarelo óptico" usada para sinais e objetos altamente visíveis. As plantas, por outro lado, respondem de forma mais eficaz à luz vermelha e à luz azul, sendo o pico na região vermelha em torno de 630 nanômetros.
Da mesma forma que a gordura fornece as calorias mais eficientes para os seres humanos, a luz vermelha fornece o alimento mais eficiente para as plantas. No entanto, uma planta iluminada apenas com luz vermelha ou laranja não conseguirá desenvolver volume suficiente. O crescimento frondoso (crescimento vegetativo) e o volume também requerem luz azul. Muitos outros processos complexos são desencadeados pela luz de diferentes regiões do espectro. A porção correta do espectro varia de espécie para espécie, no entanto, a quantidade de luz necessária para o crescimento e a saúde da planta pode ser medida, assumindo que todas as partes do espectro estão adequadamente cobertas.
A luz para as plantas não pode, no entanto, ser medida com os mesmos padrões usados ??para medir a luz para os seres humanos. Seguem algumas definições e distinções básicas que são úteis na determinação de formas apropriadas de medir a quantidade de luz para o crescimento de plantas hidropónicas.
Luz de medição para seres humanos:
Lumens e Lux Em primeiro lugar, como medimos a quantidade de luz para humanos? A maneira óbvia é baseada em quão brilhante a fonte aparece e como "bem" o olho vê sob a luz. Uma vez que o olho humano é particularmente sensível à luz amarela, mais peso é dado à região amarela do espectro e as contribuições de luz azul e vermelha são amplamente descontadas. Esta é a base para avaliar a quantidade total de luz emitida por uma fonte em lúmens.
A luz emitida da fonte é então distribuída sobre a área a ser iluminada. A iluminação é medida em "lux", uma medida de quantos lúmens caem em cada metro quadrado de superfície. Uma iluminação de 1000 lux implica que 1000 lumens estão caindo em cada metro quadrado de superfície. Da mesma forma, "pé-velas" é o termo para a medida de quantos lúmens estão caindo em cada pé quadrado da superfície.
Claramente, tanto os lúmens quanto o lux (ou as velas do pé) se referem especificamente à visão humana e não à forma como as plantas vêem a luz. "Lumens" é um termo sem sentido no mundo das plantas. Como então a classificação para iluminação da planta deve ser realizada? Existem duas abordagens básicas para desenvolver essa classificação - medição de energia ou contagem de fotões.
Watts é uma medida objetiva de energia usada ou emitida por uma lâmpada a cada segundo, a própria energia é medida em joules, e eu joule por segundo é chamado de watt. Uma lâmpada incandescente de 100 watts usa até 100 joules de energia elétrica a cada segundo. Quanta energia de luz é: gerada? Cerca de 6 joules por segundo, ou 6 watts, mas a eficiência da lâmpada é apenas 6%, um número bastante sombrio. O resto da energia se dissipou, principalmente como calor. As lâmpadas de descarga modernas, como o sódio de alta pressão (HPS) e os halogeos metálicos (MH), convertem (tipicamente) 30% a 40% da energia elétrica em luz. Eles são significativamente mais eficientes do que as lâmpadas incandescentes.
Uma vez que as plantas usam energia entre 400 e 700 nanômetros, e a luz nesta região é chamada Radiação Photosynthetically Active ou PAR, podemos medir a quantidade total de energia emitida por segundo nesta região e chamá-la de watts PAR. Esta é uma medida objetiva em contraste com os lumens, que é uma medida subjetiva, uma vez que se baseia na resposta dos sujeitos (humanos). PAR watts indica diretamente a quantidade de energia luminosa disponível para que as plantas possam usar na fotossíntese.
A saída de uma lâmpada incandescente de 400 watts é de cerca de 25 watts de luz, enquanto uma lâmpada de haleto de metal de 400 watts emite cerca de 140 watts de luz. Se PAR for considerado correspondente mais ou menos à região visível, então uma lâmpada de halogeneo metálico de 400 watts fornece cerca de 140 watts de PAR. Uma lâmpada HPS de 400 watts tem menos PAR, tipicamente de 120 a 128 watts, mas, como a luz é amarela, ela é avaliada em lúmens superiores (para o olho humano).
"Iluminação" para plantas é medida em PAR watts por metro quadrado Não há um nome específico para esta unidade, mas é referido como "irradiância" e escrito, por exemplo, como 25 watts / metro quadrado, ou 25 w / m2.
Fotões
Outro meio de medir a quantidade de luz para o crescimento das plantas envolve a compreensão de que a luz sempre é emitida ou absorvida em pacotes discretos chamados de "fotões". Esses pacotes ou fotões são as unidades mínimas de transações de energia envolvendo luz. Por exemplo, se uma certa reação fotossintética ocorre através da absorção de um fotão de luz, então é sensível determinar quantos fotões estão caindo na planta a cada segundo. Além disso, uma vez que apenas os fotões na região PAR do espectro são ativos na criação de fotosíntese, faz sentido limitar a contagem de fotões PAR. Uma lâmpada poderia ser avaliada em quantos fotões pequenos reais estão emitindo cada segundo. No momento, nenhum fabricante de lâmpadas faz essa classificação.
Em vez disso, biólogos e pesquisadores de plantas preferem falar sobre o fluxo de fotões que caem cada segundo em uma superfície. Esta é a base do PPF PAR, com PPF em busca de Photosynthetic Photon Flux, um processo que realmente conta o número de fotões que caem por segundo em um metro quadrado de superfície. Como os fotões são muito pequenos, a contagem representa um grande número de fotões por segundo, mas o número fornece uma comparação significativa.
Outra medida apropriada para o crescimento da planta, denominada YPF PAR ou Yield Photon Flux, leva em conta não só os fotões, mas também a eficiência da lâmpada. Uma vez que a luz vermelha (ou os fotões vermelhos) são usados ??de forma mais eficaz para induzir uma reação de fotossíntese, YPF PAR dá mais peso aos fotões vermelhos, com base na curva de sensibilidade da planta.
Uma vez que os fotões são pacotes de energia muito pequenos, em vez de se referir a 1.000.000.000.000.000.000 de fotõe, os cientistas usam convencionalmente a figura "1,7 micromoles de fotões" designados pelo símbolo "mol" Um mol representa 6 x 1017 fotões; Mole representa 6 x 1023 fotões. A irradiação (ou iluminação) é, portanto, medida em watts por metro quadrado, ou em micromoles (de fotões) por metro quadrado por segundo, abreviado como umol.m-2, s-1
A unidade "einstein" às vezes é usada para se referir a uma mole por metro quadrado por segundo. Isso significa que cada segundo, um metro quadrado de superfície tem 6 x 1023 fotões caindo sobre ele. Os níveis de irradiação para o crescimento das plantas podem, portanto, ser medidos em microeinstein ou em PAR watts / sq. metro.
Essas três medidas de radiação fotossinteticamente ativa, PAR watts por metro quadrado, PPF PAR e YPF PAR são todas legítimas, embora diferentes, formas de medir a saída de luz das lâmpadas para o crescimento da planta. Eles não envolvem a curva de resposta do olho humano, o que é irrelevante para as plantas. Uma vez que a resposta da planta "derrama" além dos limites de 400 nanômetros e 700 nanômetros, alguns pesquisadores referem-se à região de 350 a 750 nanômetros como a região PAR. O uso dessa região expandida levará a classificações PAR moderadamente infladas, em comparação com a abordagem mais conservadora nesta discussão. No entanto, a diferença é pequena.
Fotossíntese e fotomorfogênese As plantas que recebem níveis de luz insuficientes produzem folhas menores, mais longas (em comparação com largas) e têm menor peso total. As plantas que recebem quantidades excessivas de luz podem secar, desenvolver pontos de crescimento extra, tornar-se descoloridas através da destruição da clorofila e exibir outros sintomas de estresse excessivo. As plantas também são danificadas por radiação próxima (infravermelha) excessiva ou radiação ultravioleta (UV) extrema.
Dentro do intervalo aceitável, no entanto, as plantas respondem muito bem à luz, com sua taxa de crescimento proporcional aos níveis de irradiação. A eficiência quântica relativa é uma medida da probabilidade de cada fotão estimular uma reação química fotossintética. A curva da eficiência quântica relativa em relação ao comprimento de onda, é chamada curva de resposta fotossintética da planta como mostrado anteriormente nesta seção.
Também é possível traçar uma curva que mostra a eficácia da energia em diferentes regiões do espectro na produção de fotosíntese. O fato de os fotões azuis conterem mais energia do que os fótons vermelhos deveria ser levado em consideração, e a curva resultante poderia ser programada em esferas de fotometria para medir diretamente "lâmpadas de plantas" de fontes de luz, em vez de "lúmens humanos". Isso provavelmente acontecerá em algum momento no futuro. Na verdade, fabricantes como a Venture Lighting International agora fornecem classificações de PAR watt para sua linha Sunmaster de lâmpadas projetadas para o mercado de crescimento de plantas.
O principal ingrediente nas plantas que é responsável pela fotossíntese é a clorofila. Alguns pesquisadores extraíram clorofila de plantas e estudaram a sua resposta a diferentes comprimentos de onda de luz, acreditando que essa resposta seria idêntica à resposta fotossintética das plantas. No entanto, é sabido agora que outros compostos (carotenóides e ficobilinas) também resultam em fotosíntese. A curva de resposta da planta, portanto, é uma síntese complexa das respostas de vários pigmentos e é um pouco diferente para diferentes plantas. Normalmente, uma média é usada, o que representa a maioria das plantas, embora plantas individuais possam variar em até 25% dessa curva.
Enquanto HIPS e lâmpadas incandescentes são fixadas em sua saída espectral, lâmpadas de halogenetos metálicos estão disponíveis em uma ampla gama de temperaturas de cores e saídas espectrales. Com isso em mente, o produtor discriminador pode escolher uma lâmpada que ofereça o melhor resultado espectral para suas necessidades específicas. Além da fotossíntese que cria crescimento material, várias outras ações da planta (como germinação, floração, etc.) são desencadeadas pela presença ou ausência de luz. Essas funções, amplamente classificadas como fotomorfogênese, não dependem muito da intensidade, mas da presença de certos tipos de luz além dos níveis limiares. A fotomorfogênese é controlada por receptores conhecidos como fitocromo, criptocromo, etc., e diferentes funções da planta são desencadeadas em resposta a luz infravermelha, azul ou UV.
Bons cultivos ;)
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