Светлост и фотосинтеза


Да би се биљка развијала - расла, потребна јој је енергија-светлост, ваздух - угљендиоксид C02, односно кисеоник 02 , вода и хранива. У природи се већина биљака фиксира за тло, земљиште, те из њега црпи већи део воде и хранива, светлосну енергију добија од Сунца, а из ваздуха C02 и 02 , сл. 1.



























Биљке су способне да коришћењем енергије електромагнетних таласа, сунчевог зрачења, обављају фотосинтезу, стварајући од угљендиоксида и воде угљоводонике. Врло упрошћена формула фотосинтезе је: 6 C02 + 6 H20 + 2.810 kј -> C2H1206 + 6 02

Овај процес начелно је обрнут процесу сагоревања, који се користи за многе потребе. Гас, нафта и угаљ представљају милионима година трансформисану хемијску енергију биљака. Биљке, дакле, представљају природне акумулторе сунчеве енергије. Додатним хемијским процесима у биљкама настају многа сложена једињења, корисна или штетна за људе и животиње, али то није предмет овог разматрања.



Енергију потребну за обављање фотосинтезе биљка не може да користи у сваком облику, већ само енергију која јој се предаје у облику зрачења - радијације, електромагнетних таласа. То је облик енергије који на земаљску куглу долази од Сунца. Спектар сунчевог зрачења је широк и различитог је интензитета, сл. 2.












Биљка за фотосинтезу користи само део тог спектра, а унутар њега различите таласне дужине различитим интензитетом, сл. 3. Та област обухвата таласне дужине електромагнетних таласа 0,4 до 0,7 um, (микрометар је хиљадити део милиметра), односно, како је на сл. 3 приказано, 400 до 700 nm (нанометар је милионити део милиметра). Максимални ефекат на фотосинтезу има зрачење таласне дужине 675 nm. Подручје таласних дужина које биљка користи за фотосинтезу назива се и фотосинтетички активна област. На енглеском је то Photosyntetically Active Radiation, па се користи скраћеница -PАR. PАR представља готово 43% енергије зрачења Сунца на нивоу земље.

Сл. 3 Таласне дужине сунчевог зрачења које биљке користе за фотосинтезу - PАR и област видљиве светлости















Ова област таласних дужина готово се у потпуности поклапа са подручјем видљивог спектра зрачења, оних електромагнетних таласа које види људско око. Јасно је да је интензитет зрачења које омогућава фотосинтетску активност већи што је светлост интензивнија. Највећи је, дакле, по сунчаном дану.

Уколико нема довољно светлости, нема фотосинтезе, па ни развоја биљака. Светлост, енергија електромагнетних таласа, неопходна је за развој биљака. Поред директног зрачења Сунца биљка може да користи и такозвано дифузно зрачење, настало одбијањем од препрека, али је тада интензитет зрачења нижи. Дакле, и када је облачно до биљака долази енергија потребна за фотосинтезу, али умањена.

Питање: да ли вештачко осветљење може биљци да обезбеди енергију потребну за фотосинтезу? Може, али извор светлости, лампа, мора да производи спектар светлости који одговара биљкама, налази се у области приказаној на сл. 3. У том случају потребно је улагање енергије, пре свега електричне, да би се светлост обезбедила. То се примењује у неким земљама, посебно за скупе биљне врсте, јер су улагања у производњу велика. Широко се примењује и при експерименталном раду у оквиру различитих истраживачко развојних подухвата.

Када се биљке гаје у стакленицима/пластеницима оне се налазе испод покривке. Сунчево зрачење мора кроз ту покривку да прође. При наиласку електромагнетних таласа, па тако и сунчевог зрачења, на било коју препреку, дешавају се три случаја: рефлексија -одбијање, апсорпција -прихватање и претварање у топлотну енергију и транспаренција -пролазак кроз препреку. Прозрачна, пропусна препрека, као што су стакло и пластична фолија, углавном сунчево зрачење пропуштају, па тако највећи део енергије пролази, што је и циљ код стакленика/пластеника. Рефлексија, одбијање, поред особина електромагнетних таласа и покривке, зависи од упадног угла, сл. 4. Што је упадни угао мањи мање је одбијање. Пожељно је да се што мањи део енергије апсорбује, -3 на сл. 4.

Сл. 4 Продирање сунчевог зрачења кроз провидну препреку
7- електромогнетни талас који наилази на препреку, покривку стакленика/пластеника,
2- део енергије изгубљен одбијањем - рефлексијом,
3- део енергије који апсорбује материјал и који се претвара у топлотну енергију која утиче на повишење његове температуре,
4- део енергије електромагнетних таласа који пролази кроз покривку и који биљке користе.














Дакле, покривка треба да је таква да што већи део сунчевог зрачења кроз њу пролази, а да се што мањи одбија или апсорбује. Угао нагиба покривке треба да је такав да се у време када је енергија за биљке најпотребнија и највећа количина сунчевог зрачења може да се искористи, угао а буде што мањи. Вредност тог положаја зависи од географске ширине подручја, доба године и дана.



Температура у стакленику/пластенику

Поред енергије, за остварење, фотосинтезе биљкама је потребно да ваздух око њих има повољну температуру. Разликује се потребна температура за „преживљавање" и подручје температура ваздуха погодно за брзи раст. Дакле, у стакленику/пластенику треба да се оствари температура при којој се биљка брзо развија, а да она, и у случају изузетних хладноћа, не падне дуготрајно испод доњег дозвољеног нивоа. То се остварује на разне начине, пре свега сунчевом енергијом и грејањем.


Сл.5 Пренос топлоте и губици у пластенику без додатног грејања
7- провођење топлоте кроз фолију,
2- одвођење топлоте конвекцијом
3- обрнут процес, хлађење ваздуха у пластенику
4- инфрацрвено зрачење предмета и подлоге пластеника,
5- одбијено зрачење
6- зрачење које пролази кроз фолију














Део енергије сунчевог зрачења користи се за фотосинтезу. Остало, осим губитака, за загревање простора стакленика/пластеника. Сунчево зрачење погађа подлогу, инвентаре па и делове биљке који не обављају фотосинтезо. Ови материјали су по правилу непропусни и имају малу рефлексију, па се целокупна енергија сунчевих зрака апсорбује и претвара у топлоту, повећавајући температуру унутар објекта. У појединим решењима, пре свега пластеника, за предсезонску производњу, директно и дифузно сунчево зрачење једини су извор топлоте за загревање простора и стварање температуре повољне за развој биљака. Пластична фолија спречава одвођење топлоте која настаје апсорпцијом сунчевог зрачења, па се температура у пластенику повећава.Услед разлике температуре у пластенику и околини долази до преласка топлоте, губитака. Најпре је то провођење кроз саму фолију- 1 на слици 5. Такозваном конвекцијом, услед струјања околног ваздуха, одводи се топлота од фолије-2. Обрнут процес одвија се у унутрасњости пластеника-3. Сва тела у пластенику зраче енергију-4.Ови електромагнетни таласи су у такозваној инфрацрвеној области, веће таласне дужине. Њих већина покривки не пропуста,одн. оне за њих нису транспарентне.Већи део овог зрачења се одбија-5, а само мањи пролази кроз њу-6. Циљ је да фолија пружи што бољу изолацију, тако да губици-1 и 2 буду што мањи.Пожељно је да је фолија непропусна за инфрацрвено зрачења тако да је део губитака-6 сто мањи. Слично је и за стакленике/пластенике који имају додатно грејање. На примеру таквог стакленика/пластеника могу да се сагледају готово сви токови енергије.Као што је наведено, најзначајније је директно и дифузно сунчево зрачење. Сунчеви зраци који допиру до биљака и тла предају енергију и загревају их, те они загревају ваздух. Ваздух загревају и грејна тела, односно систем за грејање. Топлотна енергија губи се предавањем околини комбинацијом провођења и конвекције. Део топлоте одводи се зрачењем у околину, део при вентилацији, односно одвођењу топлог ваздуха ван стакленика/пластеника. Део топлоте се провођењем одводи у земљиште. Ток енергије, применљив у готово свим случајевима, приказан је на сл. 6.




















У време високих температура околине и интензивног сунчевог зрачења температура у стакленику/пластенику порасте толико да достигне ниво виши од оног који је погодан за раст биљака. Да би се то избегло предузима се интензивна вентилација и сенчење.



Светлост је најбитнија

Да би биљке могле да спроводе фотосинтезу потребна је светлост. Најзначајнији извор је сунчева светлост. Биљка за процес фотосинтезе користи део спектра сунчеве светлости -PАR. Покривка, стакло или фолија, треба да буде пропусна за тај дијапазон таласних дужина у што већој мери, да их што мање одбија -рефлектује, или апсорбује. Смањење одбијања постиже се и постављањем покривке под повољан нагиб.



Ефекат стаклене басте

Ефекат стаклене басте, који означава пропуштање сунчеве енергије у једном смеру, а спречава одвођење инфрацрвеног зрачења у другом, неповољан је за климу на Земљи. Непропусан слој, који има ефекат као покривка стакленика/пластеника, формиран је од гасова, од којих је најприсутнији угљендиоксид - CО2. То доводи до постепеног глобалног загревања, са негативним последицама по животну средину. Са предметом овог пројекта нема директне везе, али се наглашава као значајан проблем о којем сваки савестан појединац треба да води рачуна.



Температура повољна за раст

Да би биљке преживеле темепратура треба да је изнад граничне вредности, а да би брзо расле у за њих најповољнијем подручју. Сунчево зрачење доприноси загревању стакленика/пластеника, али, за гајење у свим условима стања околине потребно је додатно загревање.

Поред загревања околина делује и на хлађење стакленика/пластеника. Топлотна енергија одводи се комбинацијом провођења и конвекције, зрачењем и при вентилацији. Одвођење енергије зрачењем је мало, јер је већина покривки непропусна за дуготаласне инфрацрвене зраке. Пожељно је да покривка има изолациона својства, али је то у супротности са жељом да се оствари што боља пропусност за сунчево зрачење -светлост.


Текст преузет из часописа "Агрономска ревија"