عندما يفكر الناس في إضاءة البستنة LED, أول ما يتبادر إلى الذهن هو التوهج الأرجواني الناتج عن التركيبات ذات الثنائيات الحمراء والزرقاء. لقد كانت هذه الألوان هي الخيار المفضل لمصنعي الإضاءة في الصناعة. السبب وراء هذا التفضيل يكمن في الفوائد المحددة التي الضوء الأحمر والأزرق توفر للنباتات. الضوء الأزرق, الذي يندرج ضمن 5000 كلفن ل 6500 نطاق كلفن, يلعب دورا حاسما في تعزيز نمو الأوراق, مما يجعلها مناسبة تمامًا لبدء البذور في الداخل. على الجانب الآخر, الضوء الأحمر, تتراوح من 2000 كلفن ل 3000 كيلفن, فعال بشكل خاص خلال مرحلة إزهار النباتات ويؤثر بشكل كبير على نمو النبات بشكل عام, بما في ذلك الارتفاع. ولكن ماذا عن الضوء الأخضر؟? هل تستخدمه النباتات? دعونا نلقي نظرة عميقة على الأضواء الخضراء!
لماذا يقول الناس أن النباتات لا تستخدم الضوء الأخضر؟?
النباتات خضراء
الكلوروفيل هو الصباغ الرئيسي الذي يمتص الطاقة الضوئية ويحفز عملية التمثيل الضوئي في النباتات. هناك نوعان أساسيان من الكلوروفيل: الكلوروفيل-أ والكلوروفيل-ب. هذه الأصباغ هي الأكثر كفاءة في الامتصاص الضوء الأزرق والأحمر.
اللون الأخضر للنباتات هو في الواقع نتيجة لعكس الكلوروفيل الضوء الأخضر بدلاً من امتصاصه. ولهذا السبب غالباً ما تظهر أنسجة النبات باللون الأخضر. نتيجة ل, قد يبدو أن الضوء الأخضر يضيع, حيث لا تمتصه النباتات ولا تستخدمه في عملية التمثيل الضوئي.
الضوء الأخضر لن يعطل دورات الضوء
يدرك المزارعون أن الضوء الأخضر لا يتداخل مع الفترة الضوئية للنبات خلال دورته الليلية. عندما تتعرض للضوء خلال فترة الظلام, بعض النباتات - المعروفة باسم نباتات النهار الطويل أو نباتات النهار القصير - سوف تواجه اضطرابًا في إيقاعها الحيوي الطبيعي لأنها حساسة جدًا لطول النهار. أضواء خضراء نقية, على الجانب الآخر, ليس لها أي تأثير على الفترة الضوئية للنبات.
وقد دفع هذا المفهوم الخاطئ البعض إلى الاعتقاد بأن النباتات بالكاد تستخدم الضوء الأخضر. وقد ذكر البعض ذلك بشكل غير صحيح “لا تقوم النباتات بعملية التمثيل الضوئي بالضوء الأخضر.” لكن, كما أظهر ماكري منذ عدة عقود مضت, تستخدم النباتات بالفعل الفوتونات الخضراء في عملية التمثيل الضوئي. النباتات ببساطة لا تعتمد على الأطوال الموجية الخضراء لتحديد طول النهار.
كيف فيتوكروم سيعمل النظام
تعتمد النباتات على نظام الفيتوكروم لمراقبة دورات الضوء والظلام. فيتوكروم, وهي الكروموبروتينات, لديها القدرة على امتصاص الضوء الأحمر أو الأحمر البعيد. يساعد هذا النظام أيضًا النباتات على تحديد ما إذا كانت موجودة في بيئة مظللة بشدة, مثل تحت مظلة كثيفة. لا تؤثر الأضواء الخضراء بشكل مباشر على هذه المستقبلات المحددة, ولكن هذا لا يعني أنه ليس له أي تأثير على عملية التمثيل الضوئي.
وقد فضحت العديد من الدراسات مرارا وتكرارا هذا الافتراض الخاطئ. على سبيل المثال, أظهرت الأبحاث التي أجريت على السبانخ أن الكفاءة الكمية تحت الأضواء الخضراء كانت تقريبية 10% أقل مقارنة بالضوء الأحمر, بينما كان حولها 25% أقل للضوء الأزرق مقارنة بالضوء الأحمر. هذه النتائج مثيرة للاهتمام لأنها تشير إلى أنه على الرغم من أن الضوء الأخضر قد يكون أقل كفاءة قليلاً من الضوء الأحمر, الضوء الأزرق أقل كفاءة.
هل الضوء الأخضر عديم الفائدة للنباتات؟?
اكتشف الباحثون في جامعة ولاية يوتا هذا الضوء الأخضر, والتي يمكن أن تصل إلى 30% التابع طيف الضوء, يمكن أن يكون بنفس فعالية الضوء الأحمر والأزرق في تعزيز اكتساب الكتلة الحيوية النباتية. بينما تمتص الأوراق العلوية للنبات الضوء الأحمر والأزرق بشكل أساسي, ينقلون المزيد من الضوء الأخضر إلى الأوراق السفلية, السماح لعملية التمثيل الضوئي. بالإضافة إلى ذلك, يمكن للأصباغ الأخرى مثل phycoerythrin أن تمتص الضوء الأخضر بشكل فعال وتحفز عملية التمثيل الضوئي. تتمتع مصابيح LED الخضراء أيضًا بالقدرة على تحفيز استطالة الساق, مما يعزز التقاط الضوء للنباتات.
علاوة على ذلك, ال منحنى ماكري, والذي يستخدم عادة لفهم متوسط امتصاص الضوء عبر قدم المساواة أطوال موجية, لها حدودها الخاصة. ويعتمد على قياسات لحظية تم إجراؤها على أوراق مفردة في ظل ظروف الإضاءة المنخفضة. نظرًا لأن النباتات تتكيف باستمرار وتحسن نموها استجابةً لبيئتها, لا يتنبأ منحنى ماكري بدقة بنمو النبات على المدى الطويل. لذلك, ففائدته تقتصر على حالات محددة. بالإضافة إلى, أدنى انخفاض في منحنى ماكري يقع في الواقع في المنطقة الزرقاء العليا, وليس في المنطقة الخضراء.
لماذا لا يتم تضمين الضوء الأخضر في بعض مصابيح LED?
يرجع استبعاد مصابيح LED الخضراء من الناحية العملية بشكل أساسي إلى “الفجوة الخضراء” مشكلة. المصابيح الخضراء, والتي تعتمد على نيتريد الغاليوم (كلاهما) باعتبارها مادة حاسمة, مواجهة التحديات في توليد الضوء بكفاءة. إن وجود مجال كهربائي في GaN يعيق الجمع بين الثقوب الموجبة الشحنة والإلكترونات السالبة الشحنة, مما أدى إلى انخفاض انتاج الضوء. بالتالي, المصابيح الخضراء هي أقل كفاءة في استخدام الطاقة مقارنة مع المصابيح الحمراء والزرقاء. إنها تنبعث منها كمية أقل من الضوء بينما تستهلك نفس الكمية من الطاقة.
لمعالجة هذه القضية, يعمل المهندسون والفيزيائيون على تقنيات تصنيع المواد المبتكرة. بدلاً عن ذلك, يمكن الحصول على الضوء الأخضر من خلال تطبيق طلاء الفوسفور الأصفر على مصابيح LED الزرقاء, الذي يحول بعض الضوء الأزرق إلى ضوء أخضر وأحمر. مزيج من هذه الألوان الثلاثة ينتج الضوء الأبيض. على الرغم من أن تحويل الفوسفور هذا يجعل مصابيح LED البيضاء أقل فعالية من المصابيح الحمراء والزرقاء, هناك فائدة. الضوء الأبيض يسهل الكشف عن الآفات, الأمراض, ونقص المغذيات, وهو مفيد في البيئات الزراعية.
ماذا يحدث للنباتات على الأرض في الأضواء الخضراء?
سلطت التجارب المبكرة باستخدام معلقات الطحالب الضوء على دور الضوء الأزرق والأحمر في عملية التمثيل الضوئي. لكن, هذه التجارب لا تلتقط بشكل كامل مدى تعقيد النظم النباتية في البيئات الأرضية, مثل الحدائق, حيث تمتلك النباتات أوراقًا وتشكل مظلات ذات طبقات. وهذا يثير السؤال: ماذا يحدث للنباتات على الأرض في الأضواء الخضراء?
الضوء المنعكس
عندما يسلط الضوء الأخضر على ورقة, وينعكس جزء منه. وينتج عن هذا اللون الأخضر الذي نلاحظه في النباتات. بدءًا, قد يبدو هذا الانعكاس كطاقة مهدرة. لكن, مع الأخذ في الاعتبار ظاهرة اختراق المظلة, هذا الضوء المنعكس يخدم غرضًا ما. ينتشر الضوء المنعكس وينتقل إلى الأوراق السفلية داخل مظلة النبات. تساعد هذه العملية على تقليل شيخوخة الأوراق السفلية من خلال تزويدها بقدر معين من الضوء على الأقل.
الضوء الممتص
يكشف فحص مقطع عرضي من ورقة نبات أن الطبقة العليا تمتص في الغالب أطوال موجية الضوء الأزرق والأحمر. بينما ينعكس الضوء الأخضر إلى حد ما, ويتم امتصاص جزء منه أيضًا عن طريق الصبغات الإضافية الموجودة في الورقة. بالإضافة إلى الكلوروفيل-أ, تمتلك النباتات أصباغ مثل الكاروتينات والزانثوفيل, والتي توسع نطاق طيف الضوء القابل للامتصاص. نتيجة ل, تمكن هذه الأصباغ من تسخير جزء من الضوء الأخضر لعملية التمثيل الضوئي.
اختراق الضوء
تلتقط الطبقة العليا من سطح الورقة في المقام الأول الأطوال الموجية الزرقاء والحمراء للضوء. وهذا يثير التساؤل حول كيفية حصول الأنسجة السفلية للورقة على الضوء الكافي. وهنا تأتي أهمية الضوء الأخضر. يمتلك القدرة على الاختراق بشكل أعمق داخل الورقة. كما يسافر هذا المسار الممتد, يخضع الضوء الأخضر لانعكاسات متعددة داخل الهياكل الخلوية للورقة. لذلك, تلعب مصابيح LED الخضراء دورًا حاسمًا في تسهيل عملية التمثيل الضوئي في المناطق السفلية من الورقة.
بعض الشركات المصنعة لمصابيح LED تحب أن, لقد أدركت الطبيعة المعقدة والقيمة للضوء الأخضر في تعزيز نمو النبات. تعمل الأبحاث الجارية على دفع حدود إضاءة النباتات إلى ما هو أبعد من اللون الأحمر التقليدي, أخضر, وطيف الضوء الأزرق, استكشاف الأدوار الفريدة للضوء الأحمر البعيد والأشعة فوق البنفسجية في تطوير النبات.
يعتمد قرار شراء مصابيح LED الخضراء على أهداف أخرى. إذا كان خلق بيئة عمل ممتعة هو الأولوية, يوصى باستخدام مصابيح LED بيضاء. لكن, لتحقيق توفير الطاقة مع توفير ما يكفي من الضوء, تعتبر مصابيح LED الحمراء والزرقاء أكثر كفاءة. إجمالي, لا ينبغي أن يكون تأثير الضوء الأخضر على نمو النبات عائقًا كبيرًا في اتخاذ القرار, لأنها يمكن أن تختلف بين الأنواع النباتية المختلفة. لذلك, من المهم إجراء تجارب فردية لتقييم الاستجابات المحددة للنباتات للضوء الأخضر.
حول موكولايت
موكولايت, مورد LED الرائد في السوق, قامت بتطوير مصابيح LED قابلة للتعديل ومجهزة بقنوات ألوان متعددة, بما في ذلك الأخضر, بهدف مساعدة المزارعين على تعزيز إنتاجية وجودة نباتاتهم. إذا كان لديك أي استفسار, لا تتردد في ذلك تواصل معنا.
