תאורה ותנאי הסביבה – כיצד למקסם תוצאות
- אור וטמפרטורה הם שני הגורמים הסביבתיים הנפוצים והמטופלים ביותר בגידולי חממה. תאורה משלימה שימושית בתנאים בהם מוגבלת דרגת האור, ואילו בתנאי אור גבוהים, הצללה משמשת לעיתים קרובות כפתרון.
- פעמים רבות אנו נוטים לחשוב על האור כמניע הפוטוסינתזה ועל הטמפרטורה כמפתח לשליטה בתזמון היבול. על פי רוב זה נכון, אך יחד עם זאת קיימים מספר גורמים סביבתיים נוספים כגון פחמן-דו-חמצני, המשפיעים על תהליך הפוטוסינתזה ובעקבות כך גם על צמיחת היבול ואיכותו.
- הדור החדש ביותר של תאורת לד משנה את האופן בו מגדלים יכולים למקסם הן את הרווחים והן את איכות היבול. מגדלים רבים שואלים לעתים קרובות אילו התאמות של פחמן-דו-חמצני וטמפרטורות נדרשות על מנת למקסם את תאורת הלד העוצמתית שקיימת היום בשוק.
- מגדלים מנוסים וחדשים בוחרים לנצל את היתרונות של התאורה שלהם ולכן עליהם להכיר את מערכות היחסים בין גורמים סביבתיים מרכזיים המשפיעים על יעילות הפוטוסינתזה; טמפרטורת העלים, לחות, ריכוז הפחמן הדו-חמצני ועוצמת האור.
- במאמר זה, נציג חמישה ניסויים שונים ונדון באופן תמציתי בהשפעת כל אחד מהגורמים שהזכרנו על הגורמים האחרים ובעיקר על קצב תהליך הפוטוסינתזה; כמו כן, נסביר כיצד טמפרטורה וריכוז הפחמן-דו-חמצני קשורים באופן הדוק לצמיחה והתפתחות בטמפרטורות שונות.
ניסוי ראשון
תנאי הניסוי:
- נבדקו שישה חללי גידול, כל חלל גידול נבדק עם עוצמת אור שונה – כמות שונה של פוטונים פוטוסינטתיים.
250 – 500 – 750 – 1,000 – 1,500 – 2,000 – PPFD
- נבדקו 12 צמחים בשלב התפתחות של פריחת הצמח, בכל אחד מחללי הגידול.
- ממוצע הגדילה חושב על ידי שקילת הצמחים בתחילת הניסוי למול תוספת המשקל הממוצעת של הצמחים בסיומו של הניסוי.
- הבדיקות נעשו בפרק זמן של ארבע שבועות – 28 ימים. התוצאות המוצגות הן הממוצע של השינוי היומי שהתקבל בכל אחד מהמצבים השונים – עוצמות אור שונות (כל הצמחים נכללו בממוצע).
- כל הבדיקות בניסוי זה נעשו ללא תוספת של פחמן-דו-חמצני (CO2). רמת הפחמן-דו-חמצני הממוצעת באוויר הייתה בטווח שבין 440-380 PPM
גרף המציג עוצמת אור פוטוסינטטי אל מול יעילות קצב גידול הצמחים
תוצאות הניסוי:
- מן התוצאות ניתן לראות כי בחללים בהם אין תוספת של CO2 מעבר לרמה הבסיסית שבאוויר – ככל שעוצמת האור עולה, תפוקת היבול עולה יחד איתה, עד לעוצמה של 1,000 µmol/sm².
- ככל שנספק לצמח עוצמת אור ממוצעת גבוהה יותר, כך תפוקת היבול שלנו תעלה. עוצמה של 1,000 µmol/sm² מניבה את התוצאה המיטבית כאשר אין תוספת של CO2 מעל הרמה הבסיסית שקיימת באוויר. ממוצע אור מחושב מראש הצמח ועד בסיסו.
- בחללים בהם אין תוספת של CO2 מעבר לרמה הבסיסית שקיימת באוויר, אין כל טעם לעלות על עוצמת אור גבוהה יותר מ-1,000 µmol/sm², מכוון שהצמח לא יודע לנצל את אנרגיית האור הנוספת ולכן מדובר על אנרגיית חשמל מבוזבזת.
סיכום:
- חשוב לספק לצמח כמות פוטונים פוטוסינטתיים גבוהה ככל שניתן, אולם ללא תוספת של פחמן-דו-חמצני אין טעם לספק לצמח עוצמת אור גבוהה מ-1,000 µmol/sm².
- הכמות האידיאלית של עוצמת אור היא בין 500-1,000 µmol/sm², כאשר 750 µmol/sm² מתקרב מאוד לתוצאה המיטבית.
- עוד ניתן לראות כי בחלל גידול ללא תוספת של פחמן-דו-חמצני, כאשר עוצמת האור עולה מעל 1,500 µmol/sm², תוצאות קצב גידול ביומסת הצמח פוחתות באופן משמעותי.
הערה: כיוון שתאורה מלאכותית מאירה חזק יותר על ראש הצמח מאשר על בסיסו, במצב של חלל גידול ללא תוספת של פחמן-דו-חמצני (CO2), רצוי שראש הצמח לא יקבל כמות העולה באופן משמעותי מעל 1,000 µmol/sm², מכוון שהצמח אינו מסוגל לנצל את אנרגיית האור העודפת. כמו כן, רצוי שממוצע עוצמת האור שהצמח מקבל יהיה גבוה מ-500 µmol/sm², כאשר הטווח שבין 750-1,000 µmol/sm² הוא טווח עוצמת האור המיטבית.
ניסוי שני
תנאי הניסוי:
- נבדקו שישה חללי גידול, כל חלל נבדק עם ריכוז גז פחמן-דו-חמצני (CO2) שונה.
300 – 400 – 500 – 600 – 700 – 800 – PPM
- יחס ריכוז החלקיקים שבאוויר לכל מיליון חלקיקים – כמות הפחמן-דו-חמצני נשלטה על ידי בקר ורגולטור.
- נבדקו 12 צמחים בשלב התפתחות של פריחת הצמח, בכל אחד מחללי הגידול.
- ממוצע הגדילה חושב על ידי שקילת הצמחים בתחילת הניסוי, למול תוספת המשקל הממוצעת של הצמחים בסיומו של הניסוי.
- הבדיקות נעשו בפרק זמן של ארבע שבועות – 28 ימים. התוצאות המוצגות הן הממוצע של השינוי היומי שהתקבל בכל אחד מהמצבים השונים – כמויות שונות של פחמן-דו-חמצני (כל הצמחים נכללו בממוצע).
- כל חללי הגידול בניסוי זה נבדקו עם תאורה בעוצמת אור ממוצעת של 500 µmol/sm² שהם 500 PPFD
גרף המציג את רמת הפחמן-דו-חמצני שבאוויר (CO2) אל מול יעילות קצב גידול הצמחים
תוצאות הניסוי:
- מתוך התוצאות ניתן לראות כי תפוקת היבול עולה באופן משמעותי ולינארי מעל ריכוז פחמן-דו-חמצני (CO2) של 500 PPM – כאשר עוצמת התאורה היא 500 µmol/sm².
- במילים אחרות, כאשר עוצמת האור היא 500 PPFD, ניתן לקבל שיפור משמעותי בכמות תוצרת היבול כאשר ריכוז הפחמן-דו-חמצני (CO2) יותר גבוה מ- 500 PPM
- עוד ניתן לראות כי ריכוז פחמן-דו-חמצני (CO2) נמוך מ-350 PPM פוגע בתפוקת היבול באופן חריף.
סיכום:
- כאשר עוצמת האור הממוצעת שהצמח מקבל היא 500 µmol/sm², רצוי לספק לצמחים תוספת של פחמן-דו-חמצני (CO2) מעבר לרמה הקיימת באוויר באופן טבעי.
- ריכוזי גז CO2 גבוהים מ-700 PPM מניבים את התוצאות הטובות ביותר כאשר עוצמת האור היא 500 µmol/sm² או יותר גבוהה.
- עוד ניתן לראות כי כאשר ריכוז גז הפחמן-דו-חמצני (CO2) שבאוויר נופל מתחת לרמה של 350 PPM, תוצאות קצב גידול הביומסה פוחתות באופן חריף.
ניסוי שלישי
תנאי הניסוי:
- נבדקו שבעה חללי גידול – בכל חלל גידול תנאי הגידול נשמרו מלבד הטמפרטורה – טמפטורה שונה בכל חלל גידול.
- הטמפרטורה נשלטה על ידי מערכת מיזוג מבוקרת.
20 – 25 – 27.5 – 30 – 32.5 – 35 – 40 °C (מעלות צלזיוס)
הניסוי כולו נערך פעמיים
- פעם ראשונה הניסוי התבצע עם עוצמת אור ממוצעת של 500 mol/sm²
- פעם שניה הניסוי התבצע עם עוצמת אור ממוצעת של 1,000 µmol/sm².
- נבדקו 12 צמחים בשלב התפתחות של פריחת הצמח, בכל אחד מחללי הגידול.
- ממוצע הגדילה חושב על ידי שקילת הצמחים בתחילת הניסוי, למול תוספת המשקל הממוצעת של הצמחים בסיומו של הניסוי.
- הבדיקות נעשו בפרק זמן של ארבע שבועות – 28 ימים. התוצאות המוצגות הן הממוצע של השינוי היומי שהתקבל בכל אחד מהמצבים השונים – עוצמות אור שונות בשילוב עם טמפרטורות שונות (כל הצמחים נכללו בממוצע).
גרף המציג את רמת הטמפרטורה אל מול יעילות קצב גידול הצמחים
תוצאות הניסוי:
- מתוך התוצאות ניתן לראות כי תפוקת היבול עולה באופן משמעותי כאשר הטמפרטורה בחלל הגידול היא 29 מעלות צלזיוס 2.5± (סביב 29 °C)
- טמפרטורה גבוהה או נמוכה מהטמפרטורה האידאלית מפחיתה את קצב הגידול בעשרות אחוזים.
- ניתן לראות כי עוצמת האור אינה משפיעה כלל על הטמפרטורה האידיאלית בחלל הגידול – מכוון שנתקבלו תוצאות זהות בעוצמות אור שונות.
סיכום:
- חשוב לספק לצמח טמפרטורה מאוזנת. כלומר יש להוריד את הטמפרטורה בימים חמים, כשם שיש להעלות את הטמפרטורה בימים קרים.
- הטמפרטורה האידיאלית היא בטווח הצר שבין 26.5 מעלות צלזסיוס לבין 31.5 מעלות צלזסיוס (26.5 – 31.5 °C).
- עוד ניתן לראות כי טמפרטורה נמוכה מ- 26 מעלות או גבוהה מ- 32 מעלות, תוריד את קצב הגדילה לרמה נמוכה ב-30% לערך מהפוטנצייל הגלום בחלל הגידול ובצמח.
ניסוי רביעי
תנאי הניסוי:
- נבדקו שבעה חללי גידול, כל חלל גידול נבדק בעוצמת אור שונה (עוצמת PPFD שונה):
200 – 400 – 600 – 800 – 1,000 – 1,200 – 1,400 PPFD
הניסוי כולו נערך שלוש פעמים
- פעם ראשונה הניסוי התבצע עם ריכוז CO2 בטווח שבין 300-500 PPM (ריכוז גז הקיים באופן טבעי באוויר).
- פעם שניה הניסוי התבצע עם ריכוז CO2 בטווח שבין 500-800 PPM.
- פעם שלישית הניסוי התבצע עם ריכוז CO2 בטווח שבין 800-1,200 PPM.
- בכל אחד מחללי הגידול נבדקן 12 צמחים בשלב התפתחות של פריחת הצמח.
- ממוצע אחוזי ייצור הפוטוסינתזה חושב הן על ידי צריכת הפחמן-דו-חמצני (CO2) שבאוויר והן על ידי שקילת החמצן שהצמחים פלטו אל האוויר במהלך הניסוי.
- הבדיקות נעשו בפרק זמן של ארבע שבועות – 28 ימים. התוצאות המוצגות הן הממוצע של השינוי היומי שהתקבל בכל אחד מהמצבים השונים – נבדקו מספר עוצמות אור שונות בשילוב עם ריכוזי גז CO2 שונים.
- כל הצמחים נכללו בממוצע.
הערה:
- פוטוסינתזה היא המניע העיקרי בתהליכי ההתפתחות והגדילה של הצמח, אך אין מדובר בהתפתחות לינארית.
- במילים אחרות – פוטוסינתזה יחסית ברמה של 50% בהשוואה לפוטוסינתזה ברמה של 100%, אינה מייצגת התפתחות בקצב גידול כפול של ביומסה, כוון שקיימים גורמים נוספים המשפיעים על קצב הגידול של הביומסה.
יחס השילוב של עוצמת האור הפוטוסינטתי ורמת CO2
אל מול נצילות תהליך הפוטוסינתזה.
תוצאות הניסוי:
- ניתן לראות כי תפוקת היבול עולה באופן משמעותי כאשר כמות הפחמן-דו-חמצני (CO2) שבאוויר עולה.
- עוד ניתן לראות כי ללא תוספת של פחמן-דו-חמצני, תהליך הפוטוסינתזה אינו משתפר באופן משמעותי מעל 600 mol/sm².
- במילים אחרות – תהליך הפוטוסינתזה אינו משתפר באופן משמעותי עם עוצמות אור העולות על 600 PPFD, כאשר רמות ה- CO2 הן הרמות הטבעיות שבאוויר.
- עוד ניתן לראות כי כאשר כמות הפחמן-דו-חמצני (CO2) שבאוויר עולה לריכוזים גבוהים מ-500 PPM, תהליך הפוטוסינתזה משתפר ונקודת האופטימום עולה אף היא לעוצמה בטווח אור שבין 850-1,050 mol/sm².
סיכום:
- רצוי לספק לצמחים תוספת של CO2. ככל שריכוז הגז גבוהה יותר, תהליך הפוטוסינתזה משתפר באופן משמעותי.
- התוצאות הטובות ביותר התקבלו בחללי גידול עם ריכוז גז CO2 בטווח שבין 900-1,200 PPM, בשילוב עם עוצמת אור בטווח שבין 800-1,000 mol/sm².
- עוד ניתן לראות כי כל חלל גידול עם עוצמת אור גבוהה מ- 400 mol/sm², ירוויח מריכוז גז CO2 גבוהים מהרמה הטבעית שבאוויר.
ניסוי חמישי
תנאי הניסוי:
- נבדקו שבעה חללי גידול – בכל חלל גידול תנאי הגידול נשמרו מלבד הטמפרטורה – טמפטורה שונה בכל חלל גידול.
- הטמפרטורה נשלטה על ידי מערכת מיזוג מבוקרת.
20 – 25 – 27.5 – 30 – 32.5 – 35 – 40 °C (מעלות צלזיוס)
הניסוי כולו נערך פעמיים
- פעם ראשונה הניסוי התבצע עם ריכוז CO2 בטווח שבין 300-500 PPM (ריכוז גז הקיים באופן טבעי באוויר)
- פעם ראשונה הניסוי התבצע עם ריכוז CO2 בטווח שבין 800-1,200 PPM.
- נבדקו 12 צמחים בשלב התפתחות של פריחת הצמח, בכל אחד מחללי הגידול.
- ממוצע אחוזי ייצור הפוטוסינתזה חושב הן על ידי צריכת הפחמן-דו-חמצני (CO2) שבאוויר והן על ידי שקילת החמצן שהצמחים פלטו אל האוויר במהלך הניסוי.
- הבדיקות נעשו בפרק זמן של ארבע שבועות – 28 ימים. התוצאות המוצגות הן הממוצע של השינוי היומי שהתקבל בכל אחד מהמצבים השונים – עוצמות אור שונות בשילוב עם טמפרטורות שונות – כל הצמחים נכללו בממוצע.
הערה:
- פוטוסינתזה היא המניע העיקרי בתהליכי ההתפתחות והגדילה של הצמח, אך אין מדובר בהתפתחות לינארית.
- במילים אחרות – פוטוסינתזה יחסית ברמה של 50% בהשוואה לפוטוסינתזה ברמה של 100%, אינה מייצגת התפתחות בקצב גידול כפול של ביומסה, כוון שקיימים גורמים נוספים המשפיעים על קצב הגידול של הביומסה.
יחס השילוב של הטמפרטורה ורמת CO2
אל מול נצילות תהליך הפוטוסינתזה
תוצאות הניסוי:
- ניתן לראות כי ריכוז הפחמן-דו-חמצני (CO2) שבאוויר משפיע הן על קצב יצור הפוטוסינתזה והן על הטווח האופטימלי של הטמפרטורה.
- בנוסף, כאשר ריכוז הפחמן-דו-חמצני עולה, הטווח האופטימלי של הטמפרטורה עולה אף הוא בין 3-4 מעלות צלזסיוס לערך.
סיכום:
- רצוי לספק לצמחים תוספת של פחמן-דו-חמצני (CO2), מכוון שככל שריכוז הגז גבוה יותר, תהליך הפוטוסינתזה משתפר באופן משמעותי.
- כאשר רמת ה- CO2 בחלל עולה, ניתן להעלות את הטמפרטורה של חלל הגידול בשלוש מעלות לערך. כלומר, רמת הסיבולת של הצמח לקשיים של חום עולה באופן משמעותי כאשר ריכוז גז ה- CO2 גבוה יותר.
- התוצאות הטובות ביותר התקבלו בחללי גידול עם ריכוז גז פחמן-דו-חמצני (CO2) בטווח שבין 900-1,200 PPM , בשילוב עם טמפרטורה בטווח שבין 27-31 °C (הטווח שבין 27-31 מעלות צלזיוס).
