תאורה ופחמן-דו-חמצני (CO2)

• 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 (CO2), 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.

• נציג 5 ניסויים שונים ונסביר באופן קצר תמציתי את השפעת 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

גרף המציג עוצמת אור פוטוסינטטי למול רמת יעילות קצב הגידול

תנאי הניסוי:

• נבדקו שישה חללי גידול, כל חלל גידול נבדק עם עוצמת אור שונה - 250 / 500 / 750 / 1,000 / 1,500 / 2,000  µmol/m2/s. האור שנבדק מייצג כמות של פוטונים פוטוסינטתיים.
• בכל אחד מחללי הגידול נבדקן 12 צמחים בשלב התפתחות של פריחת הצמח.
• 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 (רמת הפחמן-דו-חמצני הממוצעת הייתה סביב 400 PPM (יחידות למיליון)

 תוצאות הניסוי:

• מן התוצאות ניתן לראות כי ככל שעוצמת האור עולה, תפוקת היבול עולה יחד איתה, עד לעוצמה של 1,000 µmol/m2/s. מכאן שככל שנספק לצמח עוצמת אור ממוצעת (מראש הצמח ועד בסיסו) גבוהה יותר, כך תפוקת היבול שלנו תעלה. אולם אין כל טעם לעלות על עוצמה גבוהה יותר מ-1,000 µmol/m2/s 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/m2/s.
• הכמות האידיאלית של עוצמת אור היא בין 500-1,000 µmol/m2/s , כאשר 750 µmol/m2/s מתקרב מאוד לתוצאה המיטבית. עוד ניתן לראות כי בחלל גידול ללא תוספת של פחמן-דו-חמצני, כאשר עוצמת האור עולה מעל 1,500 µmol/m2/s,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, רצוי שראש הצמח לא יקבל כמות העולה באופן משמעותי מעל 1,000 µmol/m2/s, מכוון שהצמח אינו מסוגל לנצל את אנרגיית האור העודפת. כמו כן, רצוי שממוצע עוצמת האור שהצמח מקבל יהיה גבוה מ-500 µmol/m2/s, כאשר הטווח שבין 750-1,000 µmol/m2/s  הוא טווח עוצמת האור המיטבית.

ניסוי שני

גרף המציג כמויות פחמן-דו-חמצני (CO2) למול רמת יעילות קצב הגידול

תנאי הניסוי:

• נבדקו שישה חללי גידול, כל חלל נבדק עם ריכוז גז פחמן-דו-חמצני (CO2) שונה: 300 / 400 / 500 / 600 / 700 / 800 PPM (כמות החלקיקים שבאוויר ביחס למיליון) - יחס ריכוז החלקיקים שבאוויר לכל מיליון חלקיקים – כמות הפחמן-דו-חמצני נשלטה על ידי בקר ורגולטור.
• בכל אחד מחללי הגידול נבדקו 12 צמחים בשלב התפתחות של פריחת הצמח.
• 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 נעשו עם עוצמת תאורה ממוצעת זהה של 500 µmol/m2/s.

תוצאות הניסוי:

• מתוך התוצאות ניתן לראות כי תפוקת היבול עולה באופן משמעותי ולינארי מעל ריכוז פחמן-דו-חמצני של 500 PPM - כאשר עוצמת התאורה היא 500 µmol/m2/s.
• עוד ניתן לראות כי ריכוז פחמן-דו-חמצני נמוך מ-350 PPM פוגע בתפוקת היבול באופן משמעותי.

סיכום:

• כאשר עוצמת האור הממוצעת שהצמח מקבל היא 500 µmol/m2/s, רצוי לספק לצמחים תוספת של פחמן-דו-חמצני (CO2). ריכוזי גז CO2 גבוהים מ-700 PPM מניבים את התוצאות הטובות ביותר.
• עוד ניתן לראות כי כאשר ריכוז גז הפחמן-דו-חמצני שבאוויר נופל מתחת לרמה של 350 PPM, התוצאות של קצב גידול הביומסה פוחתות באופן משמעותי.

ניסוי שלישי

 גרף המציג את רמת הטמפרטורה למול רמת יעילות קצב הגידול

תנאי הניסוי:

• נבדקו שבעה חללי גידול, כאשר בכל חלל גידול טמפרטורה שונה: 20 / 25 / 27.5  / 30 / 32.5 / 35 / 40 מעלות צלזיוס – הטמפרטורה נשלטה על ידי מערכת מיזוג.
• הניסוי כולו נערך פעמיים – פעם ראשונה הניסוי התבצע עם עוצמת אור ממוצעת של 500 µmol/m2/s, ופעם שניה הניסוי התבצע עם עוצמת אור ממוצעת של 1,000 µmol/m2/s.
• בכל אחד מחללי הגידול נבדקן 12 צמחים בשלב התפתחות של פריחת הצמח.
• 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).

 תוצאות הניסוי:

• מתוך התוצאות ניתן לראות כי תפוקת היבול עולה באופן משמעותי כאשר הטמפרטורה בחלל הגידול היא סביב 29 מעלות צלזיוס, שכן טמפרטורה גבוהה או נמוכה מהטמפרטורה האידאלית מפחיתה את קצב הגידול בעשרות אחוזים.
• בנוסף, ניתן לראות כי עוצמת האור לא משפיעה על הטמפרטורה האידיאלית בחלל הגידול.

סיכום:

• חשוב לספק לצמח טמפרטורה מאוזנת. כלומר יש להוריד את הטמפרטורה בימים חמים, כשם שיש להעלות את הטמפרטורה בימים קרים.
• הטמפרטורה האידיאלית היא בטווח שבין 27-32 מעלות צלזיוס. 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 בצמח.

 

ניסוי רביעי

יחסי עוצמת האור הפוטוסינטתי ורמת הפחמן-דו-חמצני למול נצילות תהליך הפוטוסינתזה

תנאי הניסוי:

• נבדקו שבעה חללי גידול, כל חלל גידול נבדק בעוצמת אור שונה: 200 / 400 / 600  / 800 / 1,000 / 1,200 / 1,400 µmol/m2/s.
• הניסוי כולו נערך שלוש פעמים – פעם ראשונה הניסוי התבצע עם ריכוז פחמן-דו-חמצני של 300-500 PPM (ריכוז גז הקיים באופן טבעי באוויר). פעם שניה הניסוי התבצע עם ריכוז פחמן-דו-חמצני של 500-800 PPM.  פעם שלישית הניסוי התבצע עם ריכוז פחמן-דו-חמצני של 800-1,200 PPM.
• בכל אחד מחללי הגידול נבדקן 12 צמחים בשלב התפתחות של פריחת הצמח.
• ממוצע אחוזי ייצור הפוטוסינתזה חושבו הן על ידי צריכת הפחמן-דו-חמצני 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 ריכוזי גז פחמן-דו-חמצני שונים (כל הצמחים נכללו בממוצע).

הערה: פוטוסינתזה היא המניע העיקרי בתהליכי ההתפתחות והגדילה, אך אין מדובר בהתפתחות לינארית. כלומר פוטוסינתזה יחסית ברמה של 50% בהשוואה לפוטוסינתזה ברמה של 100%, אינה מייצגת התפתחות בקצב גידול כפול של ביומסה, כוון שישנם גורמים נוספים המשפיעים על קצב הגידול של ביומסה.  תוצאות הניסוי:

• מתוך התוצאות ניתן לראות כי תפוקת היבול עולה באופן משמעותי כאשר כמות הפחמן-דו-חמצני שבאוויר עולה. בנוסף, ניתן לראות כי ללא תוספת של פחמן-דו-חמצני, תהליך הפוטוסינתזה אינו משתפר באופן משמעותי מעל 600 µmol/m2/s.
• עוד ניתן לראות כי כאשר כמות הפחמן-דו-חמצני שבאוויר עולה לריכוזים גבוהים מ-500 PPM, תהליך הפוטוסינתזה משתפר ונקודת האופטימום של עוצמת האור עולה אף היא לעוצמה בטווח אור שבין 850-1,050 µmol/m2/s.

סיכום:

• רצוי לספק לצמחים תוספת של פחמן-דו-חמצני. ככל שריכוז הגז גבוהה יותר, תהליך הפוטוסינתזה משתפר באופן משמעותי. התוצאות הטובות ביותר התקבלו בחללי גידול עם ריכוז גז פחמן-דו-חמצני של 800-1,200 PPM, בשילוב עם עוצמת אור בטווח שבין  800-1,000 µmol/m2/s - היחס המיטבי המדויק בין עוצמת האור לריכוז הפחמן-דו-חמצני (CO2), קיים בטבלה נפרדת.
• עוד ניתן לראות כי כל חלל גידול עם עוצמת אור גבוהה מ- 400 µmol/m2/s, ירוויח מריכוז גז פחמן-דו-חמצני גבוה.

ניסוי חמישי

יחסי רמות הפחמן-דו-חמצני והטמפרטורה למול נצילות תהליך הפוטוסינתזה

תנאי הניסוי:

• נבדקו שבעה חללי גידול, כל חלל גידול נבדק עם טמפרטורה שונה: 20 / 25 / 27.5 / 30 / 32.5 / 35 / 40 מעלות צלזיוס – הטמפרטורה נשלטה על ידי מערכת מיזוג.
• הניסוי כולו נערך פעמיים– פעם ראשונה הניסוי התבצע עם ריכוז פחמן-דו-חמצני (CO2) של 300-500 PPM (ריכוז גז הקיים באופן טבעי באוויר). פעם שניה הניסוי התבצע עם ריכוז פחמן-דו-חמצני של 800-1,200 PPM.
• בכל אחד מחללי הגידול נבדקן 12 צמחים בשלב התפתחות של פריחת הצמח.
• ממוצע אחוזי ייצור הפוטוסינתזה חושבו הן על ידי צריכת הפחמן-דו-חמצני 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 ריכוזי גז פחמן-דו-חמצני שונים (כל הצמחים נכללו בממוצע).
• כל חללי הגידול בניסוי זה נעשו עם עוצמת תאורה ממוצעת זהה של 700 µmol/m2/s.

הערה: פוטוסינתזה היא המניע העיקרי של התפתחות וגדילה בצמחים, אך אין מדובר בהתפתחות לינארית. כלומר פוטוסינתזה יחסית ברמה של 50% בהשוואה לפוטוסינתזה ברמה של 100%, אינה מייצגת התפתחות בקצב גידול כפול של ביומסה, כוון שישנם גורמים נוספים המשפיעים על קצב הגידול של ביומסה.

תוצאות הניסוי:

• מתוך התוצאות ניתן לראות כי ריכוז הפחמן-דו-חמצני שבאוויר משפיע הן על קצב יצור הפוטוסינתזה והן על הטווח האופטימלי של הטמפרטורה.
• בנוסף, כאשר ריכוז הפחמן-דו-חמצני עולה, הטווח האופטימלי של הטמפרטורה הוא 3-4 מעלות גבוה יותר.

סיכום:

• רצוי לספק לצמחים תוספת של פחמן-דו-חמצני. ככל שריכוז הגז גבוה יותר, תהליך הפוטוסינתזה משתפר באופן משמעותי. בנוסף ניתן להעלות את הטמפרטורה של חלל הגידול בשלוש מעלות לערך. כלומר, רמת הסיבולת של הצמח לחום עולה באופן משמעותי.
• התוצאות הטובות ביותר התקבלו בחללי גידול עם ריכוז גז פחמן-דו-חמצני (CO2) של 800-1,200 PPM, בשילוב עם טמפרטורה בטווח שבין 27-32 מעלות צלזיוס.