Bestaat er een optimaal kweeklichtspectrum?

Het belang van lichtkwaliteit

Voor een commerciële kweker kan zelfs een klein verschil in de groeiprestaties van planten een aanzienlijke invloed hebben op de winst. Aangezien plantengroei wordt aangestuurd door licht, is het belangrijk om de juiste verlichting te bieden voor je productie. Voor LED commerciële kweeklampen beschikbaar en concurrerend op de markt, waren de mogelijkheden beperkt, aangezien de kweker alleen kon beslissen over aanvullende lichtintensiteit en niet over lichtkwaliteit (D.w.z. spectrum: kleur- of golflengteverdeling van het kunstlicht). LED-technologie heeft alles veranderd. Er bestaat niet zoiets als een ”standaard-LED” omdat tuinbouw-LED's verkrijgbaar zijn in verschillende kleuren en kunnen worden gebruikt in meerdere combinaties, variërend in spectra en de hoeveelheid fotonen binnen de blauwe, groene, rode en verrode (FR) golfbanden.

Wat is het beste lichtspectrum om planten te kweken?

De afgelopen decennia hebben onderzoekers van verschillende universiteiten, agtechbedrijven en leveranciers van tuinbouwverlichting geprobeerd te begrijpen hoe planten licht opvangen en gebruiken en hoe ze reageren op verschillende kleursamenstellingen, d.w.z.. spectrale kwaliteit van licht. Het werk is nog niet voltooid, maar we hebben geleerd dat planten het beste groeien in het licht dat lijkt op natuurlijk zonlicht. Dat lijkt voor de hand te liggen, toch? Maar de details zijn niet triviaal.

Smal spectrum

Aanvankelijk geloofden veel wetenschappers dat het gebruik van alleen rood en blauw licht de efficiëntie van de fotosynthese kon verhogen. De groene pigmenten, chlorofyl, die voornamelijk door planten worden gebruikt om licht op te vangen, hebben absorptiepieken in de rode en blauwe gebieden. (d.w.z. ze vangen vooral blauwe en rode fotonen op). Maar we kweken geen chlorofyl en ook geen losse bladeren. Daarom is het van essentieel belang om te begrijpen hoe hele planten, vaak met ingewikkelde structuren, licht opvangen.  

Sommige LED kweeklampen gebruiken alleen een combinatie van blauwe en rode LEDs. Dit type lichtbron heeft meestal de hoogste fotonefficiëntie, wat betekent dat de lampen elektrische energie omzetten in een groter aantal fotonen. Deze LED's zijn ook efficiënt om de fotosynthese van planten aan te sturen, maar voornamelijk op de bovenste bladeren. Omdat rood en blauw licht zo efficiënt worden geabsorbeerd, worden bijna alle beschikbare fotonen aan de bovenkant van het bladerdak gebruikt. Planten die onder blauw en rood licht groeien, zijn vaak erg compact en het licht dringt niet dieper in het bladerdak door. De onderste bladeren ontvangen dan niet genoeg licht en kunnen afsterven. Daarom kan dit type smalspectrum groeilicht nuttig zijn voor bepaalde toepassingen. Het biedt echter geen goede lichtomgeving om de natuurlijke ontwikkeling van grotere planten te ondersteunen.

Volledig spectrum

Groeilampen met een volledig spectrum zijn armaturen die licht uitstralen dat fotonen bevat uit het volledige spectrale gebied dat door planten wordt gebruikt (d.w.z.. ten minste 350-750 nm). De term “volspectrum” wordt vaak verkeerd gecommuniceerd door tuinbouwlichtproducenten, en veel volspectrum kweeklampen op de markt geven alleen licht dat de fotosynthetisch actieve straling (PAR) omvat, zonder UV en korte blauwe golflengten. En ze bevatten vaak slechts een kleine hoeveelheid verrood. Daarom kunnen ze correcter worden aangeduid als breedspectrumlampen.

Elke uitgebalanceerde breed- of volspectrumlamp zal zijn werk doen en gezonde planten kweken gedurende een volledige cyclus, op voorwaarde dat de juiste lichtintensiteit (PFD en/of DLI) verzekerd is. Voor de beste resultaten en opbrengst moet de spectrumsamenstelling echter zorgvuldig worden gekozen door de kweker voor een specifiek gewas, groei-omgeving en toepassing.

Een gebalanceerd breed of volledig spectrum wordt door mensen waargenomen als wit licht. Daarom zorgt het gebruik van dergelijke lampen in een productiefaciliteit ervoor dat planten er natuurlijk uitzien en dat bladverkleuringen, ziekten of plagen visueel kunnen worden gedetecteerd. Het kan een werkvriendelijke omgeving creëren, maar we moeten het lichtspectrum eerst bekijken vanuit het perspectief van de plant.

Hoe het lichtspectrum planten beïnvloedt

De spectrale kwaliteit heeft meestal geen significant direct effect op de fotosynthese van planten, maar wel op de morfologie van de plant. D.w.z. de vorm van planten. De vorm van planten is van visueel en commercieel belang (bijv. wanneer planten in potten worden verkocht). Bovendien beïnvloedt de bladgrootte van de plant, de compacte of losse plaatsing en de totale oppervlakte of voetafdruk hoeveel licht wordt opgevangen door de plant en hoeveel licht er beschikbaar is in het bladerdak. Deze factoren kunnen op hun beurt de groeisnelheid en opbrengst beïnvloeden. Bovendien beïnvloedt de kwaliteit van het licht de biomassa en hoe een plant suikers verdeelt om haar stengels, bladeren, bloemen en vruchten te bouwen.

Het is belangrijk om te begrijpen dat verschillende kleuren licht niet onafhankelijk van elkaar werken, maar in synergie. Planten nemen over het algemeen niet de percentages fotonen van een bepaalde kleur in het licht waar, maar de verhoudingen tussen verschillende kleuren. Planten hebben verschillende receptoren die verschillende golflengten waarnemen en daarop reageren. Deze receptoren worden geactiveerd door één set golflengten en gedeactiveerd door andere.  

Het is een dynamisch proces en een plant die in gebalanceerd licht groeit, heeft zowel geactiveerde als gedesactiveerde vormen, in een verhouding die afhangt van de spectrale samenstelling van het groeilicht. Fytochromen zijn bijvoorbeeld een groep receptoren die gevoelig zijn voor verrood (FR).  

Veelrood licht is voornamelijk verantwoordelijk voor de groei van plantenstengels, bladstelen en, in sommige soorten, bladeren. Het beïnvloedt vertakking en bloemproductie. Hoewel FR niet wordt gerekend tot de fotosynthetisch actieve straling (PAR), stuurt verrood licht (tot 750 nm) de fotosynthese bijna net zo efficiënt aan als wit licht, wanneer het samen met wit licht als achtergrond wordt gebruikt. Een juiste verhouding tussen rode en verrode fotonen voor de productie van planten kan invloed hebben op de grootte, vorm, bloei, biomassa en de kwaliteit van zaden en vruchten.  

Rood licht is zeer efficiënt in het aansturen van de fotosynthese. De aanwezigheid van rood licht in een groeilichtspectrum balanceert het effect van zowel verrood als blauw licht. Een hoog aandeel rood licht stimuleert vaak de toewijzing van biomassa aan stengels.

Blauw licht gaat de verlenging van bladeren en stengels tegen en stimuleert de productie van fotoprotectieve pigmenten. Planten die worden gekweekt met grote hoeveelheden blauw licht zijn kort en compact en hebben relatief dikke, kleine en donkere bladeren. Blauw licht stimuleert de vertakking van planten en kan de bloeminitiatie en bloei beïnvloeden. Dus afhankelijk van het gewas en je kweekdoelen kan een hoog aandeel blauwe fotonen in een groeilichtspectrum gewenst of ongewenst zijn.

Groen licht in een spectrum van een LED groeilamp is meestal afkomstig van de output van witte LED's vanwege de lage efficiëntie van groene LED diodes.

Hefboomwerking van UV-A en de invloed ervan op de ontwikkeling van planten

Groen licht opnemen in het groeilichtspectrum is niet alleen nuttig voor het menselijk zicht om planten correct te zien, maar bevordert ook de fotosynthese. Nog belangrijker is dat door de lage absorptiesnelheid van groen licht aan het oppervlak van het blad, groene fotonen, in tegenstelling tot rode en blauwe fotonen, dieper in de bladstructuur en dieper in het bladerdak doordringen en daar de fotosynthese stimuleren. Planten gebruiken 70% tot 95% groen licht, afhankelijk van de plantensoort en het groeistadium.  

Groen licht werkt tegengesteld aan blauw licht en stimuleert een toename in bladgrootte en beïnvloedt de bladstand. Bijgevolg kunnen planten die minder compact zijn licht opvangen uit een groter gebied. Aanwezigheid van groen licht kan een positief effect hebben op de lichtpenetratie in het bladerdak van de plant, kan de totale hoeveelheid opgevangen fotonen verhogen en de opbrengst stimuleren.

Ultraviolet (UV) heeft kortere golflengtes en hogere frequenties dan licht dat zichtbaar is voor mensen. Het is grotendeels schadelijk voor levende organismen, maar het heeft ook een biologisch belang. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt bij de synthese van vitamine D in de menselijke huid. Insecten kunnen UV zien en worden daarom aangetrokken tot patronen op bloemen die niet zichtbaar zijn voor mensen.  

UV-A is de langste golflengte en voor planten en mensen de minst schadelijke golflengte in het UV-golflengtegebied. UV-A licht kan worden gebruikt om plantenziekten te bestrijden en de productie te stimuleren van sommige biochemische verbindingen die bijdragen aan de smaak en het aroma van planten. Sommige kwekers gebruiken aanvullende UV lampen en sommige LED kweeklampen bevatten UV-A in hun spectrale uitvoer. Er is echter een nadeel. De kwantumefficiëntie van UV-LED's is laag vanwege de hoge energie van UV-fotonen. UV in de spectrale samenstelling van een kweeklamp vereist ook speciale componenten voor optiek en optische afdekkingen die niet zullen verslechteren en een hoge UV-transmissie hebben.  

Hoewel langere golflengtes van UV-A fotosynthetisch actief zijn, produceren planten die blootgesteld worden aan UV-licht beschermende pigmenten, die werken als zonnefilter, en andere biochemische verbindingen die hen beschermen tegen overtollige energie. Bijgevolg kan UV-licht de kleur en biochemische eigenschappen van planten stimuleren, maar de biomassaproductie en opbrengst van planten blootgesteld aan UV is meestal lager in vergelijking met planten die zonder UV worden gekweekt.  

Bestaat er dan een optimale groeilamp?  

Er komt meer kijken bij het begrijpen van LED groeilampen, spectra kwaliteit en lichtopbrengst en de effecten op de groeiprestaties van gewassen. Moderne LED verlichtingsoplossingen bieden een efficiëntere en hoogwaardige productie van gewassen. De optimale groeilamp zou er een moeten zijn die is ontwikkeld om te passen bij je binnen- of kasomgeving, geografische locatie en eerst en vooral bij je specifieke gewas- en kweekvereisten, plantvariëteiten en productiecycli. Om de beste resultaten te behalen, kies je een groeilichtoplossing die de energiebehoeften van je planten ondersteunt en tegelijkertijd de gewenste gewaseigenschappen en resultaten garandeert. Het is altijd aan te raden om een specialist te raadplegen om je te helpen de lichtkwaliteit af te stemmen op je kweekvereisten en -doelen.