Svetlost i fotosinteza


Da bi se biljka razvijala - rasla, potrebna joj je energija-svetlost, vazduh - ugljendioksid C02, odnosno kiseonik 02 , voda i hraniva. U prirodi se većina biljaka fiksira za tlo, zemljište, te iz njega crpi veći deo vode i hraniva, svetlosnu energiju dobija od Sunca, a iz vazduha C02 i 02 , sl. 1.



























Biljke su sposobne da korišćenjem energije elektromagnetnih talasa, sunčevog zračenja, obavljaju fotosintezu, stvarajući od ugljendioksida i vode ugljovodonike. Vrlo uprošćena formula fotosinteze je: 6 C02 + 6 H20 + 2.810 kj -> C2H1206 + 6 02

Ovaj proces načelno je obrnut procesu sagorevanja, koji se koristi za mnoge potrebe. Gas, nafta i ugalj predstavljaju milionima godina transformisanu hemijsku energiju biljaka. Biljke, dakle, predstavljaju prirodne akumultore sunčeve energije. Dodatnim hemijskim procesima u biljkama nastaju mnoga složena jedinjenja, korisna ili štetna za ljude i životinje, ali to nije predmet ovog razmatranja.



Energiju potrebnu za obavljanje fotosinteze biljka ne može da koristi u svakom obliku, već samo energiju koja joj se predaje u obliku zračenja - radijacije, elektromagnetnih talasa. To je oblik energije koji na zemaljsku kuglu dolazi od Sunca. Spektar sunčevog zračenja je širok i različitog je intenziteta, sl. 2.












Biljka za fotosintezu koristi samo deo tog spektra, a unutar njega različite talasne dužine različitim intenzitetom, sl. 3. Ta oblast obuhvata talasne dužine elektromagnetnih talasa 0,4 do 0,7 um, (mikrometar je hiljaditi deo milimetra), odnosno, kako je na sl. 3 prikazano, 400 do 700 nm (nanometar je milioniti deo milimetra). Maksimalni efekat na fotosintezu ima zračenje talasne dužine 675 nm. Područje talasnih dužina koje biljka koristi za fotosintezu naziva se i fotosintetički aktivna oblast. Na engleskom je to Photosyntetically Active Radiation, pa se koristi skraćenica -PAR. PAR predstavlja gotovo 43% energije zračenja Sunca na nivou zemlje.

Sl. 3 Talasne dužine sunčevog zračenja koje biljke koriste za fotosintezu - PAR i oblast vidljive svetlosti















Ova oblast talasnih dužina gotovo se u potpunosti poklapa sa područjem vidljivog spektra zračenja, onih elektromagnetnih talasa koje vidi ljudsko oko. Jasno je da je intenzitet zračenja koje omogućava fotosintetsku aktivnost veći što je svetlost intenzivnija. Najveći je, dakle, po sunčanom danu.

Ukoliko nema dovoljno svetlosti, nema fotosinteze, pa ni razvoja biljaka. Svetlost, energija elektromagnetnih talasa, neophodna je za razvoj biljaka. Pored direktnog zračenja Sunca biljka može da koristi i takozvano difuzno zračenje, nastalo odbijanjem od prepreka, ali je tada intenzitet zračenja niži. Dakle, i kada je oblačno do biljaka dolazi energija potrebna za fotosintezu, ali umanjena.

Pitanje: da li veštačko osvetljenje može biljci da obezbedi energiju potrebnu za fotosintezu? Može, ali izvor svetlosti, lampa, mora da proizvodi spektar svetlosti koji odgovara biljkama, nalazi se u oblasti prikazanoj na sl. 3. U tom slučaju potrebno je ulaganje energije, pre svega električne, da bi se svetlost obezbedila. To se primenjuje u nekim zemljama, posebno za skupe biljne vrste, jer su ulaganja u proizvodnju velika. Široko se primenjuje i pri eksperimentalnom radu u okviru različitih istraživačko razvojnih poduhvata.

Kada se biljke gaje u staklenicima/plastenicima one se nalaze ispod pokrivke. Sunčevo zračenje mora kroz tu pokrivku da prođe. Pri nailasku elektromagnetnih talasa, pa tako i sunčevog zračenja, na bilo koju prepreku, dešavaju se tri slučaja: refleksija -odbijanje, apsorpcija -prihvatanje i pretvaranje u toplotnu energiju i transparencija -prolazak kroz prepreku. Prozračna, propusna prepreka, kao što su staklo i plastična folija, uglavnom sunčevo zračenje propuštaju, pa tako najveći deo energije prolazi, što je i cilj kod staklenika/plastenika. Refleksija, odbijanje, pored osobina elektromagnetnih talasa i pokrivke, zavisi od upadnog ugla, sl. 4. Što je upadni ugao manji manje je odbijanje. Poželjno je da se što manji deo energije apsorbuje, -3 na sl. 4.

Sl. 4 Prodiranje sunčevog zračenja kroz providnu prepreku
7- elektromognetni talas koji nailazi na prepreku, pokrivku staklenika/plastenika,
2- deo energije izgubljen odbijanjem - refleksijom,
3- deo energije koji apsorbuje materijal i koji se pretvara u toplotnu energiju koja utiče na povišenje njegove temperature,
4- deo energije elektromagnetnih talasa koji prolazi kroz pokrivku i koji biljke koriste.














Dakle, pokrivka treba da je takva da što veći deo sunčevog zračenja kroz nju prolazi, a da se što manji odbija ili apsorbuje. Ugao nagiba pokrivke treba da je takav da se u vreme kada je energija za biljke najpotrebnija i najveća količina sunčevog zračenja može da se iskoristi, ugao a bude što manji. Vrednost tog položaja zavisi od geografske širine područja, doba godine i dana.



Temperatura u stakleniku/plasteniku

Pored energije, za ostvarenje, fotosinteze biljkama je potrebno da vazduh oko njih ima povoljnu temperaturu. Razlikuje se potrebna temperatura za „preživljavanje" i područje temperatura vazduha pogodno za brzi rast. Dakle, u stakleniku/plasteniku treba da se ostvari temperatura pri kojoj se biljka brzo razvija, a da ona, i u slučaju izuzetnih hladnoća, ne padne dugotrajno ispod donjeg dozvoljenog nivoa. To se ostvaruje na razne načine, pre svega sunčevom energijom i grejanjem.


Sl.5 Prenos toplote i gubici u plasteniku bez dodatnog grejanja
7- provođenje toplote kroz foliju,
2- odvođenje toplote konvekcijom
3- obrnut proces, hlađenje vazduha u plasteniku
4- infracrveno zračenje predmeta i podloge plastenika,
5- odbijeno zračenje
6- zračenje koje prolazi kroz foliju














Deo energije sunčevog zračenja koristi se za fotosintezu. Ostalo, osim gubitaka, za zagrevanje prostora staklenika/plastenika. Sunčevo zračenje pogađa podlogu, inventare pa i delove biljke koji ne obavljaju fotosintezo. Ovi materijali su po pravilu nepropusni i imaju malu refleksiju, pa se celokupna energija sunčevih zraka apsorbuje i pretvara u toplotu, povećavajući temperaturu unutar objekta. U pojedinim rešenjima, pre svega plastenika, za predsezonsku proizvodnju, direktno i difuzno sunčevo zračenje jedini su izvor toplote za zagrevanje prostora i stvaranje temperature povoljne za razvoj biljaka. Plastična folija sprečava odvođenje toplote koja nastaje apsorpcijom sunčevog zračenja, pa se temperatura u plasteniku povećava.Usled razlike temperature u plasteniku i okolini dolazi do prelaska toplote, gubitaka. Najpre je to provođenje kroz samu foliju- 1 na slici 5. Takozvanom konvekcijom, usled strujanja okolnog vazduha, odvodi se toplota od folije-2. Obrnut proces odvija se u unutrasnjosti plastenika-3. Sva tela u plasteniku zrače energiju-4.Ovi elektromagnetni talasi su u takozvanoj infracrvenoj oblasti, veće talasne dužine. Njih većina pokrivki ne propusta,odn. one za njih nisu transparentne.Veći deo ovog zračenja se odbija-5, a samo manji prolazi kroz nju-6. Cilj je da folija pruži što bolju izolaciju, tako da gubici-1 i 2 budu što manji.Poželjno je da je folija nepropusna za infracrveno zračenja tako da je deo gubitaka-6 sto manji. Slično je i za staklenike/plastenike koji imaju dodatno grejanje. Na primeru takvog staklenika/plastenika mogu da se sagledaju gotovo svi tokovi energije.Kao što je navedeno, najznačajnije je direktno i difuzno sunčevo zračenje. Sunčevi zraci koji dopiru do biljaka i tla predaju energiju i zagrevaju ih, te oni zagrevaju vazduh. Vazduh zagrevaju i grejna tela, odnosno sistem za grejanje. Toplotna energija gubi se predavanjem okolini kombinacijom provođenja i konvekcije. Deo toplote odvodi se zračenjem u okolinu, deo pri ventilaciji, odnosno odvođenju toplog vazduha van staklenika/plastenika. Deo toplote se provođenjem odvodi u zemljište. Tok energije, primenljiv u gotovo svim slučajevima, prikazan je na sl. 6.




















U vreme visokih temperatura okoline i intenzivnog sunčevog zračenja temperatura u stakleniku/plasteniku poraste toliko da dostigne nivo viši od onog koji je pogodan za rast biljaka. Da bi se to izbeglo preduzima se intenzivna ventilacija i senčenje.



Svetlost je najbitnija

Da bi biljke mogle da sprovode fotosintezu potrebna je svetlost. Najznačajniji izvor je sunčeva svetlost. Biljka za proces fotosinteze koristi deo spektra sunčeve svetlosti -PAR. Pokrivka, staklo ili folija, treba da bude propusna za taj dijapazon talasnih dužina u što većoj meri, da ih što manje odbija -reflektuje, ili apsorbuje. Smanjenje odbijanja postiže se i postavljanjem pokrivke pod povoljan nagib.



Efekat staklene baste

Efekat staklene baste, koji označava propuštanje sunčeve energije u jednom smeru, a sprečava odvođenje infracrvenog zračenja u drugom, nepovoljan je za klimu na Zemlji. Nepropusan sloj, koji ima efekat kao pokrivka staklenika/plastenika, formiran je od gasova, od kojih je najprisutniji ugljendioksid - CO2. To dovodi do postepenog globalnog zagrevanja, sa negativnim posledicama po životnu sredinu. Sa predmetom ovog projekta nema direktne veze, ali se naglašava kao značajan problem o kojem svaki savestan pojedinac treba da vodi računa.



Temperatura povoljna za rast

Da bi biljke preživele temepratura treba da je iznad granične vrednosti, a da bi brzo rasle u za njih najpovoljnijem području. Sunčevo zračenje doprinosi zagrevanju staklenika/plastenika, ali, za gajenje u svim uslovima stanja okoline potrebno je dodatno zagrevanje.

Pored zagrevanja okolina deluje i na hlađenje staklenika/plastenika. Toplotna energija odvodi se kombinacijom provođenja i konvekcije, zračenjem i pri ventilaciji. Odvođenje energije zračenjem je malo, jer je većina pokrivki nepropusna za dugotalasne infracrvene zrake. Poželjno je da pokrivka ima izolaciona svojstva, ali je to u suprotnosti sa željom da se ostvari što bolja propusnost za sunčevo zračenje -svetlost.


Tekst preuzet iz časopisa "Agronomska revija"