Valo on kenties tärkein optimoinnin kohde, kun kasveja kasvatetaan kasvihuoneessa tai vertikaaliiljelmässä. Kasvien kasvattamisen tiettyihin valospektreihin liittyy paljon erilaisia myyttejä, erityisesti valkoisen, vihreän tai laajan valospektrin käyttöön. Tämä artikkeli on Signifyn Esther de Beerin (Philips-kasvihuoneviljelyn kasviasiantuntijoiden päällikkö) haastattelun toinen osa. Tässä artikkelissa kysymme: Tarvitaanko paremman sadon kasvattamiseen ’valkoista’ valoa?

Oletko kiinnotunut Estherin haastattelun ensimmäisestä osasta, jossa hän käsittelee sitä, läpäiseekö vihreä valo syvemmälle latvustoon. Lue se tästä.

Kun puhutaan kasvien saamasta valosta, eritellään yleensä neljä perusväriä: sininen (400–499 nm), vihreä (500–599 nm), punainen (600–699 nm) ja kaukainen punainen (700–799 nm). Violetti on itse asiassa punaisen ja sinisen valon yhdistelmä. Valkoista valoa saadaan, kun tähän punaiseen/siniseen valoon lisätään riittävästi vihreää. Siksi keskitymmekin kysymykseen, tarvitaanko vihreää valoa paremman sadon kasvattamiseen.

Ensimmäisessä haastattelussa selitetään, että latvusto imee sinistä, punaista ja vihreää valoa yhtä paljon, ja vain kaukaista punaista se absorboi merkittävästi vähemmän. Mutta käytetäänkö näitä kaikkia värejä kasvuun yhtä paljon?

1970-luvun alussa McCree mittasi useiden kasvien fotosynteettistä tehokkuutta aallonpituuden funktiona. Nämä tiedot osoittavat kasvien suuren samankaltaisuuden, ja keskiarvot tunnetaan ”McCreen käyränä” alla olevan kuvan 1 mukaisesti. 

Kuva 1 McCreen käyrä: valon fotosynteettinen tehokkuus aallonpituuden funktiona

Tämän mukaan vihreää valoa käytetään fotosynteesiin, mutta vähäisemmällä teholla kuin punaista valoa. Tämän varhaisen tutkimuksen jälkeenkin monet tutkijat ovat saaneet samankaltaisia tuloksia. [Hogewoning 2012, Paradiso 2011]

Fotosynteesi on tärkeä kasvin yleiselle kasvulle, mutta on myös muita prosesseja, jotka esimerkiksi vaikuttavat kasvien muotoon. Käytännössä onkin relevanttia arvioida sadon kokonaiskasvua eikä keskittyä vain fotosynteesiin.

Olemme havainneet, että useilla kasveilla on huomattavasti suurempi tuorepaino, kun niitä kasvatetaan ilman vihreää valoa. Muissa kasveissa vihreän valon määrällä ei ole vaikutusta tuorepainoon. Olemme havainneet myös, että kasvien muotoon voidaan vaikuttaa sinisellä ja kaukaisella punaisella valolla tehokkaammin kuin vihreällä. Seuraavaksi kerron esimerkkejä tutkimuksestamme.

Olemme Philips GrowWise Centerissa tehneet kokeen, jossa kasvatimme kahdeksaa RijkZwaan Salanova -salaattilajiketta valospektrissä, jossa oli sekä 0 % että 20 % vihreää valoa, mutta sama fotonivuo ja sinisen valon prosentti. Alla oleva kaavio osoittaa näiden kasvien suhteellisen tuorepainon ja vertailun molemmissa spektreissä (0 % ja 20 % vihreää valoa). 

Kuva 2 Salaattilajikkeiden huomattavasti suurempi tuorepaino, kun kasvatuksessa ei käytetä vihreää valoa

Kuten kaaviosta nähdään, kaikki salaattilajikkeet eivät reagoi samalla tavalla. On kaksi lajiketta (RZ1 ja RZ2), jotka kasvavat hieman paremmin, kun spektrissä on 20 % vihreää. Toisaalta useimmilla lajikkeilla on merkittävästi suurempi tuorepaino (RZ8:n tuorepaino jopa 20 % suurempi), kun niitä kasvatetaan ilman vihreää valoa.

Vihreän valon vähäisen vaikutuksen sadon kasvuun vahvistaa Snowdenin laaja akateeminen tutkimus, joka vertasi seitsemän erilaisen kasvilajin kasvua kahdeksassa eri spektrikoostumuksessa: “Sinisen valon vaikutukset ovat merkittävät, mutta vihreän valon 0–30 prosentin lisäämisillä oli suhteellisen pieni vaikutus kasvuun, lehtien pinta-alaan ja nettoyhteyttämiseen sekä matalalla että korkealla PPF:llä”. [Snowden 2016]

Toinen tutkimusesimerkki liittyy lääkekannabikseen. Tässä kokeessa kasvatettiin kahta eri lajiketta kolmessa eri valospektrissä (0 %, 6% ja 36 % vihreää) ja samalla lisävalotasolla (600 µmol/m²/s). Tässä tapauksessa ei tarkasteltu vain kukkien painoa, vaan myös sadon laatua.

Kuvan 2 kaaviossa oikealla näkyy kukkien kuivapaino kahden eri lajikkeen osalta, kun taas vasemmanpuoleinen kaavio esittää aktiivisten yhdisteiden prosentin. Yhdisteet ovat avainasemassa lääkekannabiksen laatua arvioitaessa. 

Kuva 3. Kannabinoidien prosenttiosuus (vasemmalla) ja kukan kuivapaino (oikealla) vihreän valon prosenttiosuuden (0 – 6 – 36 %) funktiona kahdella kannabislajikkeella.

Oikeanpuoleinen kaavio osoittaa, että kuivapaino pysyy ennallaan kaikissa kolmessa spektrissä, mikä vahvistaa jälleen sen, että vihreän valon määrän vaikutus kasvuun on vähäinen. Aktiiviyhdisteet vähenevät kuitenkin merkittävästi vihreän sisällön lisääntyessä. Näitä kasveja viljellään ainoastaan niiden lääkinnällisten yhdisteiden vuoksi, mikä johtaa sen valospektrin suosimiseen, joka sisältää vain vähän tai ei ollenkaan vihreää.

Yhteenveto: Tutkimustemme mukaan eri viljelykasvit tarvitsevat erilaisia valospektrejä kasvaakseen optimaalisesti. Useimmissa tapauksissa ei kuitenkaan ole hyödyksi lisätä yli muutama prosentti vihreää; tämä koskee sekä sadon runsautta että viljelykasvin laatua.

Lisäselvitystä tarvitaan. Kaikki nämä tulokset kuvailevat kasvien valon käyttöä, vertaillen määrää samalla fotonivuolla. Huomioon ei ole kuitenkaan otettu sitä, kuinka paljon sähköenergiaa tarvitaan tämän valon muodostamiseksi. Koska tehokkuudessa on suuria eroja (mmol/joule), vaikutukset energian kokonaiskäyttöön ovat tietenkin erittäin suuret. 

Punaiset LEDit tuottavat paljon enemmän fotoneja sähköwattia kohden (μmol/W) verrattuna sinisiin ja vihreisiin LEDeihin.

Tutkimuksemme osoittavat, että spektri, jossa on noin 6 % vihreää valoa, riittää hyvään värintunnistukseen ja se on 30 % energiatehokkaampi verrattuna "auringon kaltaiseen" spektriin, joka sisältää noin 40 % vihreää valoa.    

Signifylla haluamme tarjota loppuasiakkaillemme optimaalisen valaistusratkaisun, jotta satoa voidaan kasvattaa kestävää kehitystä edustavalla tavalla. Vihreä valo on paljon tehottomampi kuin siniset ja punaiset LEDit. Useimpiin valaistuskäyttökohteisiin voi valita vain rajallisen määrän vihreää, koska pienenkin vihreän valon määrän vaikutuksesta ihmiset tunnistavat kasvien värit hyvin. Lisäksi kasvit eivät tarvitse suurta vihreän valon määrää kasvaakseen hyvin.

Viitteet:

Hogewoning S.W., Wientjes E., Douwstra P., Trouwborst G., Van Ieperen W., Croce R.  and Harbinson J., 2012.
Photosynthetic Quantum Yield Dynamics: From photosystems to Leaves. The Plant Cell 24: 1921-1935.
Paradiso, R., Meinen, E., Snel, J.F.H., De Visser, P.H.B, Van Ieperen, W., Hogewoning, S.W., Marcelis, L.F.M., 2011.
Spectral dependence of photosynthesis and light absorptance in single leaves and canopy in rose. Scientia Horticulturae 127: 548-554.
McCree, K.J., 1972.
The action spectrum, absorptance and quantum yield of photosynthesis in crop plants. Agricultural Meteorology 9: 191-216.
Snowden, M.C., Cope, K.R, Bugbee, B., 2016
Sensitivity of seven diverse species to blue and green light: interactions with photon flux. Plos One 11(10): e0163121. Doi: 10.1371/journal.pone.0163121