Pencahayaan Buatan Dalam Pertanian
Telah lama diketahui bahawa tumbuhan tidak boleh tumbuh tanpa cahaya; namun begitu, hanya dalam seratus tahun yang lalu, berkat kemajuan dalam sains dan teknologi, kesan tepat cahaya pada tumbuhan telah ditemui sepenuhnya.
Penggunaan lampu tiruan dalam pertanian adalah bertujuan untuk menyediakan sumber cahaya yang serupa dengan cahaya yang disediakan oleh matahari. Disebabkan kemajuan dalam teknologi, lampu LED telah muncul sebagai pilihan terbaik untuk pencahayaan hortikultur, terutamanya yang boleh mempunyai spektrumnya yang disesuaikan secara khusus dengan keperluan tumbuhan. Berbanding dengan pilihan pencahayaan yang lebih konvensional, seperti natrium tekanan tinggi (HPS) dan pendarfluor, lampu yang menggunakan LED memberikan faedah yang ketara dari segi kesannya terhadap alam sekitar dan kecekapan pengeluarannya.
Laporan mengenai penggunaan pencahayaan buatan dalam pertanian telah dikarang oleh Valoya dan dikarang bersama oleh penyelidik dari Universiti Almeria dan Buresinnova. Laporan itu diterbitkan pada Januari 2018. Penyelidikan ini membentangkan ujian yang menggunakan pelbagai spektrum dan jenis cahaya untuk menentukan kesan yang boleh diberikan oleh setiap bentuk cahaya pada tumbuhan bergantung pada keadaan di mana ia ditanam. Berikut adalah coretan daripada kajian yang boleh anda baca.
1. Cahaya dan komunikasi antara tumbuhan
Gelombang elektromagnet bertanggungjawab untuk penghantaran tenaga melalui atmosfera. Contoh gelombang elektromagnet termasuk gelombang mikro, gelombang radio atau televisyen, sinar-X, sinar ultraungu atau cahaya yang boleh dilihat. Gelombang elektromagnet boleh dibezakan antara satu sama lain dengan frekuensi dan panjang gelombang yang berbeza-beza. Spektrum elektromagnet terdiri daripada pelbagai frekuensi dan panjang gelombang, beberapa daripadanya lebih dikenali daripada yang lain (contohnya, gelombang mikro, gelombang radio, cahaya boleh dilihat dan sebagainya).
Sinaran elektromagnet mempunyai sifat dwi; semasa ia bergerak melalui ruang sebagai gelombang, ia juga menukar tenaga dalam bentuk zarah (foton). Pada tahun 1905, Albert Einstein adalah orang pertama yang berpendapat bahawa cahaya mempunyai ciri-ciri kedua-dua zarah dan gelombang secara serentak. Foton ialah nama zarah yang terkandung dalam pancaran cahaya. Foton yang panjang gelombangnya sepadan dengan jarak yang lebih jauh (frekuensi yang lebih rendah) membawa tenaga yang kurang daripada foton yang panjang gelombangnya sepadan dengan jarak yang lebih pendek.
Mata manusia dapat mengesan cahaya dengan panjang gelombang antara 400 dan 700 nanometer (nm), yang secara kasarnya sepadan dengan bahagian spektrum elektromagnet yang digunakan oleh tumbuhan semasa proses fotosintesis. Oleh itu, cahaya dengan panjang gelombang antara 400 dan 700 nm dirujuk sebagai sinaran aktif fotosintesis (atau ringkasnya PAR). Spektrum panjang gelombang yang boleh dilihat dalam cahaya matahari adalah berterusan, menjangkau jauh melebihi julat visual. Mata manusia bertanggungjawab untuk menukar pelbagai panjang gelombang kepada warna, yang kemudiannya diproses dalam otak manusia. Warna biru dihasilkan oleh cahaya dengan panjang gelombang yang lebih dekat kepada 400 nm, manakala warna merah dihasilkan oleh cahaya dengan panjang gelombang yang lebih dekat kepada 600 nm. Julat panjang gelombang kuning-hijau adalah yang paling sensitif bagi mata manusia.
2. Pigmen, fotoreseptor, dan proses kimia fotosintesis dalam tumbuhan
Dalam julat yang hampir sama dengan mata manusia, spektrum cahaya diserap oleh tumbuhan; namun, berbeza dengan manusia, tumbuhan lebih mampu menerima cahaya merah dan biru.
Klorofil adalah salah satu bahan kimia utama yang membolehkan tumbuhan menyerap cahaya dan menggunakan tenaga yang disediakan untuk menukar air dan karbon dioksida kepada oksigen dan molekul organik kompleks yang lain. Proses ini dikenali sebagai fotosintesis. Klorofil ialah pigmen tumbuhan yang boleh didapati dalam kloroplas intrasel. Molekul klorofil berwarna hijau, dan ia sebenarnya punca warna hijau yang terdapat pada batang dan daun. Terdapat dua bentuk utama klorofil yang boleh didapati dalam tumbuhan yang lebih tinggi. Ini adalah klorofil a dan klorofil b, dan lengkung penyerapan cahayanya berbeza antara satu sama lain dengan cara yang sangat kecil. Oleh kerana perbezaan yang agak kecil ini, mereka dapat menangkap panjang gelombang yang berbeza, dengan itu menangkap sebahagian besar spektrum cahaya matahari. Hasil daripada keupayaan klorofil untuk menyerap terutamanya cahaya merah dan biru sambil memantulkan panjang gelombang hijau, tumbuhan kelihatan hijau pada mata kita.
Walau bagaimanapun, klorofil bukan satu-satunya pigmen yang terdapat dalam tumbuhan; apa yang dipanggil pigmen aksesori (seperti karotenoid dan xantofil, antara lain) dan bahan fenolik (seperti flavonoid, anthocyanin, flavon dan flavonoid) menyerap panjang gelombang selain daripada merah dan biru sahaja. Kuning, merah dan ungu ialah warna yang membentuk pigmen aksesori. Selain memikat burung dan serangga, penggunaan warna ini membantu melindungi tisu daripada kesan merosakkan tekanan luaran seperti penyinaran cahaya yang sengit.
Fotoreseptor adalah sejenis zarah lain yang mampu menyerap cahaya. Tiga kelas utama fotoreseptor dirujuk sebagai phytochromes, phototropin, dan cryptochromes. Di samping itu, fotoreseptor UVR8 ialah fotoreseptor khusus yang hanya bertindak balas kepada cahaya ultraviolet. Setiap jenis fotoreseptor adalah sensitif kepada julat panjang gelombang cahaya tertentu dan bertanggungjawab ke atas tindak balas fisiologi tertentu dalam tumbuhan. Tanggapan ini adalah seperti berikut:
Fototropin mempunyai kesan pada kedua-dua kedudukan fizikal kloroplas dan pembukaan stomata. Mereka mampu menyerap cahaya biru.
Jam dalaman tumbuhan dikawal oleh cryptochromes, yang memantau persekitaran mereka untuk isyarat yang berkaitan dengan cahaya. Di samping itu, ia dikaitkan dengan tindak balas morfologi, seperti penindasan pemanjangan batang, pembesaran kotiledon, perkembangan antosianin, dan pembungaan fotoperiodik. Panjang gelombang cahaya UVA (ultraviolet), biru dan hijau diambil oleh cryptochromes.
Pembungaan dicetuskan oleh phytochromes, yang juga bertanggungjawab untuk pembentukan benih. Pemanjangan batang, pengembangan daun, dan "sindrom mengelakkan teduhan" semuanya dikawal oleh fitokrom dalam tumbuhan. Nisbah cahaya merah dan merah jauh yang terdapat dalam persekitaran mempunyai kesan ke atas keadaan fotostasioner molekul fitokrom, yang seterusnya menjadi pengantara tindak balas yang dikawal oleh fitokrom.
Pembungaan, perkembangan biji, dan fungsi lain seperti percambahan, masa berbunga, dan bentuk tumbuhan adalah semua aktiviti yang bergantung kepada cahaya. Fotosintesis, proses yang membekalkan tenaga untuk pembentukan biojisim, hanyalah salah satu daripada proses ini. Tingkah laku ini berkait rapat dengan kualiti cahaya yang diterima oleh tumbuhan daripada persekitarannya, iaitu cara tumbuhan mentafsir isyarat daripada persekitarannya. Tindak balas ini dimediasi oleh panjang gelombang yang berada di dalam dan di luar kawasan PAR, termasuk penyinaran UV dan merah jauh.
Untuk maklumat lanjut, sila beri perhatian kepadalaman web rasmi benwei!
