– Lys er både en partikkel og en bølge. Begge disse egenskapene har påvirkning på planters vekst.
Planter trenger lys for å vokse, gjennom fotosyntesen. Det er antall lys-fotoner (lys-partikler) som treffer planten i løpet av en dag som er utslagsgivende for akkumuleringen av biomasse, altså veksten. Men, det er også bølgelengden til disse fotonene som er viktig, nemlig at bølgelengden er innenfor PAR-området; det fotosyntetisk aktive området. Fotoner med bølgelengder innen PAR-spekteret på 400-700 nm har akkurat nok energi i seg til å tas opp i plantenes fotosynteseapparat. Fotoner med bølgelengder under 400 nm har for mye energi, og fotoner med bølgelengder over 700 har ikke nok energi til å eksitere elektroner i elektrontransportkjeden i fotosynteseapparatet.
Målet med å dyrke ulike kulturer i veksthus er å optimalisere planteproduksjonen gjennom avling og kvalitet. Veksthus gir oss muligheten til å benytte sollyset samtidig som vi kan kontrollere plantenes klima. Den viktigste faktoren for å lykkes med planteproduksjon er lys!
Noen begreper:
- PAR-spekter – Det spekteret av lys som kan brukes i fotosyntesen. Spekteret har bølgelengder mellom 400 og 700 nm.
- μmol/m2/s – Måleenhet på momentant lys. Forteller oss hvor mye fotosyntetisk lys som treffer en flate til enhver tid.
- MOL – Etter en viss tid, for eksempel noen timer har det falt nok fotoner på en flate til at det går fra μmol til hele MOL. Størrelsen forteller oss hvor mye lys plantene får for eksempel i løpet av en dag, og er ofte brukt om lysbehov til en plantekultur.
Sollyset, eller den globale strålingen som faller på Norge i løpet av et år gir begrensninger på hvor store avlinger- og hvilken kvalitet vi klarer å produsere. I Sør-Norge er lysinnstrålingen omlag 5000 PAR-MOL/m2/år, men dette vil variere stort mellom år pga. været. MOL er en måleenhet på antall fotoner som har falt på en flate i løpet av et tidsrom – for eks. i løpet av en dag, eller i dette tilfellet i løpet av et år. Dette målet sier oss hvor mye lys som er tilgjengelig for plantenes fotosyntese. Lysgjennomgangen i ulike veksthus varierer en god del og anslagsvis vil mellom 60-90 % av den globale innstrålingen nå plantene.
På våre breddegrader er naturlig lys en begrensende faktor i vintermånedene. På grunn av dette har tilleggslys fått større og større betydning i veksthusnæringen og er i dag brukt til både å forlenge dagen eller sesongen, og for å drive helårsproduksjon. Ved å installere vekstlys kan vi også påvirke utviklingen, vekst og blomstring.
Salater trenger kanskje 14-15 MOL/m2 med PAR-fotoner i løpet av en dag, mens agurk og tomat trenger over 30 MOL/m2. Det er med andre ord stor forskjell i lysbehov til planter.
Skal man gi nok lys for å optimalisere planteproduksjonen- slik vi gjør i veksthus, må det supplerende vekstlyset gi nok fotoner i PAR-området. Det er mange måter å måle lys på, for eks. etter hvor godt menneskeøyet ser i lyset. Dette målet, lux, er ikke en god målestokk på om lyset er gunstig eller ikke for fotosyntesen. Det vi heller må måle er nettopp antall fotoner som treffet en flate til ethvert tidspunkt, da det er antall PAR-fotoner planten kan absorbere, som driver fotosyntesen. Målet blir da antall fotoner i mikromol/m2/s. Over tid, for eks. noen timer vil antallet fotoner gå fra mikromol til MOL.
Når vi vet at LED-vekstlys gir rundt 3 mikromol/W og høytrykksnatrium-vekstlys (HPS) gir 2,15 mikromol/W (henholdsvis 650 og 1000 watts armaturer) kan vi regne ut antall MOL (med fotoner)/m2/dag plantene får. Er det installert 100 W/m2 med disse to lysene får vi 300 mikromol/m2/s for LED-lampene og 215 mikroml/m2/s for HPS-lampene, ganger vi dette med antall sekunder i døgnet (18 timer lys) og deler på 1 million får vi antall fotoner i MOL = 19,4 med LED-lampene og 13,9 MOL med HPS-lampene. Regner vi med å bruke vekstlyset 5000 timer i året får vi 5400 MOL/år for LED-lyset og 3870 MOL/år for HPS.
Når den globale innstrålingen er på 5000 MOL/år og lysgjennomgangen i veksthusene er 80 % får vi 4000 MOL sollys inn i veksthuset. Med vekstlys ser vi at vi kan doble lysmengden i disse eksemplene. Dette kan bety en tilnærmet dobling i avling! I følge forsker Michel Verheul i NIBIO har avlingene i Norge økt fra 40 til 120 kg for tomater og fra 45 til 180 kg for agurker i noen tilfeller hvor man har gått over til helårsproduksjoner med vekstlys. Mesteparten av denne økningen skyldes det ekstra vekstlyset og en lengre vekstsesong!
Lys er ikke lys. Bølgelengden til fotonene bestemmer hvilken kvalitet lyset har. Som vist i figur 1 har rødt lys bølgelengder fra 6-700 nm, mens blått lys har bølgelengder fra 4-500 nm. Grønt lys ligger imellom på rundt 5-600 nm. UV-lys har bølgelengde under 400 nm og mørkerødt over 700 nm. Planter bruker en mye større del av lysspekteret (enn PAR-delen på 400-700 nm) til å sanse sine omgivelser og vil reagere ikke bare på lysmengde, men på lyskvalitet. Måtene plantene vokser og utvikler seg på er styrt av denne sansingen av lyset. Nyere forskning viser oss at lysspektre, selv utenfor PAR-området kan ha positiv effekt på avling; selv om disse fotonene ikke inngår i selve fotosyntesen påvirkes fotosynteseprosessen positivt. Et eksempel på dette er belysning med mørkerødt lys.
Til forskjell fra HPS-lamper kan vi med LED-armaturer designe forskjellige spektre med for ulike mengder rødt, blått og grønt lys. Da kan vi velge lyskvaliteten som er optimal for produksjonen av valgte kulturer. Det foregår i dag omfattende forskning på ulike planters og kultivarers respons på diverse lyskvaliteter. Ved bruk av ulike lyskvaliteter kan vi påvirke blant annet sykdomspress, produksjonstid, utvikling, kvalitet og avling.
Mer bruk av vekstlys har stor innvirkning på bærekraften til veksthusproduksjon! Energien fra vekstlyset reduserer oppvarmingsbehovet i veksthuset. Ren norsk vannkraft erstatter en eventuell fossil varmekilde og avling pr. m2 øker betraktelig. CO2-utslippene pr. produsert enhet vil da falle drastisk! I graf 1 kan man se CO2-utslippene fra Norsk helårsproduksjon av tomat sammenlignet med Spansk og Hollandsk produksjon. Norsk veksthusnæring er i stor grad elektrifisert og i 2018 bestod lysbruken av 44 % av det totale energiforbruket i næringen. Denne elektrifisering av veksthusnæringen i Norge har bidratt til at den i dag er i verdenstoppen målt i bærekraft.
Tekst: Martin Knoop, NGF Foto: NGF
Denne artikkelen er skrevet som en del av Norsk Gartnerforbunds Bærekraftsprosjekt som vil bidra til informasjonsarbeid og veiledning for et mer bærekraftig landbruk. Prosjektetarbeidet består av «Bærekraftshåndboken», spesielt rettet mot norsk gartneri- og hagebruksnæring. Underveis publiseres artikler som skal gjøre næringsaktører mer bevisst egen miljøpåvirkning og inspirere til konkrete tiltak. Prosjektet er støttet med midler fra Landbruksdirektoratets klima- og miljøprogram.