Sarrera

Argiak funtsezko zeregina du landareen hazkuntza prozesuan. Ongarririk onena da landareen klorofilaren xurgapena eta hainbat landareen hazkuntza-ezaugarri, hala nola karotenoaren, xurgatzea sustatzeko. Hala ere, landareen hazkuntza zehazten duen faktore erabakigarria faktore integrala da, ez bakarrik argiarekin lotuta, baizik eta uraren, lurzoruaren eta ongarriaren konfigurazioarekin, hazkuntza-ingurunearen baldintzekin eta kontrol tekniko integralarekin ere bereizezina dena.

Azken bi edo hiru urteetan, txosten amaigabeak argitaratu dira erdieroaleen argiztapen-teknologiaren aplikazioari buruz hiru dimentsioko landare-fabrikei edo landareen hazkuntzari dagokionez. Baina arretaz irakurri ondoren, beti sortzen da sentimendu deseroso bat. Oro har, ez dago benetako ulermenik argiak zer eginkizun izan behar duen landareen hazkuntzan.

Lehenik eta behin, uler dezagun eguzkiaren espektroa, 1. irudian erakusten den bezala. Ikus daiteke eguzki-espektroa espektro jarraitua dela, non espektro urdina eta berdea espektro gorria baino indartsuagoak diren, eta argi ikusgaiaren espektroa 380 eta 780 nm artekoa dela. Naturako organismoen hazkundea espektroaren intentsitatearekin lotuta dago. Adibidez, ekuatoretik gertu dauden landare gehienak oso azkar hazten dira, eta, aldi berean, haien hazkundearen tamaina nahiko handia da. Baina eguzkiaren irradiazioaren intentsitate handia ez da beti hobea izaten, eta animalien eta landareen hazkuntzarako selektibotasun maila jakin bat dago.

1. irudia, Eguzki-espektroaren eta ikusgai dagoen argi-espektroaren ezaugarriak

Bigarrenik, landareen hazkuntzaren hainbat xurgapen-elementu gakoren bigarren espektro-diagrama 2. irudian ageri da.

2. irudia, Landareen hazkuntzan hainbat auxinen xurgapen-espektroak

2. irudian ikus daiteke landareen hazkuntzan eragina duten hainbat auxina gakoren argi-xurgapen espektroak nabarmen desberdinak direla. Beraz, LED landareen hazkuntza-argien aplikazioa ez da kontu erraza, oso zuzendua baizik. Hemen beharrezkoa da landareen hazkuntza-elementu fotosintetiko garrantzitsuenen kontzeptuak aurkeztea.

• Klorofila

Klorofila fotosintesiarekin lotutako pigmentu garrantzitsuenetako bat da. Fotosintesia egin dezaketen organismo guztietan dago, landare berdeetan, alga urdin-berde prokariotoetan (zianobakterioetan) eta alga eukariotoetan barne. Klorofilak argiaren energia xurgatzen du, eta gero karbono dioxidoa karbohidrato bihurtzeko erabiltzen du.

A klorofilak batez ere argi gorria xurgatzen du, eta B klorofilak batez ere urdin-morea, batez ere itzal-landareak eguzki-landareetatik bereizteko. Itzal-landareen B klorofila eta A klorofila arteko erlazioa txikia da, beraz, itzal-landareek argi urdina indartsu erabil dezakete eta itzalean haztera egokitu. A klorofila urdin-berdea da, eta B klorofila hori-berdea. A klorofila eta B klorofila bi xurgapen sendo daude, bata eskualde gorrian 630-680 nm-ko uhin-luzerarekin, eta bestea urdin-morea eskualdean 400-460 nm-ko uhin-luzerarekin.

• Karotenoideak

Karotenoideak pigmentu natural garrantzitsuen klase bati ematen zaion termino orokorra dira, animalien, goi-mailako landareen, onddoen eta algen pigmentu hori, laranja-gorri edo gorrietan aurkitzen direnak. Orain arte, 600 karotenoide natural baino gehiago aurkitu dira.

Karotenoideen argi-xurgapenak OD303~505 nm-ko tartea hartzen du, eta horrek janariaren kolorea ematen du eta gorputzak janaria hartzean eragiten du. Algetan, landareetan eta mikroorganismoetan, bere kolorea klorofilak estalita dago eta ezin da agertu. Landare-zeluletan, sortutako karotenoideek ez dute energia xurgatu eta transferitzen fotosintesia laguntzeko bakarrik, baita zelulak elektroi bakarreko lotura kitzikatuko oxigeno molekulak suntsitzea saihesteko funtzioa ere badute.

Kontzeptu-gaizki batzuk

Energia aurrezteko efektua, argiaren selektibitatea eta argiaren koordinazioa gorabehera, erdieroaleen argiztapenak abantaila handiak erakutsi ditu. Hala ere, azken bi urteotako garapen azkarraren ondorioz, gaizki-ulertu asko ikusi ditugu argiaren diseinuan eta aplikazioan, eta horiek batez ere alderdi hauetan islatzen dira.

①Uhin-luzera jakin bateko txip gorri eta urdinak proportzio jakin batean konbinatzen diren bitartean, landareen laborantzan erabil daitezke, adibidez, gorriaren eta urdinaren arteko proportzioa 4:1, 6:1, 9:1 eta abar da.

② Argi zuria den bitartean, eguzkiaren argia ordezka dezake, hala nola Japonian asko erabiltzen den hiru argi zuriko hodi nagusia, etab. Espektro horien erabilerak eragin jakin bat du landareen hazkuntzan, baina efektua ez da LED bidez egindako argi-iturriaren bezain ona.

③ Argiztapenaren parametro garrantzitsu bat den PPFD-ak (argi kuantikoaren fluxu-dentsitatea) indize jakin batera iristen den bitartean, adibidez, PPFD 200 μmol·m-2·s-1 baino handiagoa bada. Hala ere, adierazle hau erabiltzean, itzal-landare bat edo eguzki-landare bat den kontuan hartu behar duzu. Landare hauen argi-konpentsazio saturazio-puntua kontsultatu edo aurkitu behar duzu, argi-konpentsazio puntu ere deitzen zaiona. Benetako aplikazioetan, landareak askotan erre edo ihartu egiten dira. Beraz, parametro honen diseinua landare-espeziearen, hazkuntza-ingurunearen eta baldintzen arabera diseinatu behar da.

Lehenengo alderdiari dagokionez, sarreran aurkeztu bezala, landareen hazkuntzarako behar den espektroa banaketa-zabalera jakin batekin jarraitua izan beharko litzateke. Jakina, ez da egokia bi uhin-luzera espezifikoz osatutako argi-iturri bat erabiltzea, espektro oso estu batekin (3(a) irudian erakusten den bezala). Esperimentuetan ikusi zen landareak horixkak izateko joera dutela, hosto-zurtoinak oso argiak direla eta hosto-zurtoinak oso meheak direla.

Aurreko urteetan erabili ohi ziren hiru kolore primarioko fluoreszente-hodietan, zuria sintetizatzen den arren, gorri, berde eta urdin espektroak bereizita daude (3(b) irudian erakusten den bezala), eta espektroaren zabalera oso estua da. Ondorengo zati jarraituaren intentsitate espektrala nahiko ahula da, eta potentzia oraindik nahiko handia da LEDekin alderatuta, energia-kontsumoaren 1,5 eta 3 aldiz handiagoa. Beraz, erabilera-efektua ez da LED argien bezain ona.

3. irudia, LED gorri eta urdin txipdun landare-argia eta hiru kolore primarioko fluoreszentezko argi-espektroa

PPFD argi-kuantuaren fluxu-dentsitatea da, fotosintesian argiaren erradiazio-dentsitate eraginkorrari egiten dio erreferentzia, eta landare-hostoen zurtoinetan denbora-unitateko eta azalera-unitateko 400 eta 700 nm arteko uhin-luzera-tartean eragiten duten argi-kuantu kopuru osoa adierazten du. Bere unitatea μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1) da. Fotosintetikoki aktibo dagoen erradiazioa (PAR) 400 eta 700 nm arteko uhin-luzera duen eguzki-erradiazio osoari egiten dio erreferentzia. Argi-kuantuen edo energia erradiatzailearen bidez adieraz daiteke.

Iraganean, iluminometroak islatzen zuen argi-intentsitatea distira zen, baina landareen hazkuntza-espektroa aldatu egiten da argi-gailuaren landarearekiko altueraren, argi-estalduraren eta argia hostoetatik igaro daitekeen ala ezaren arabera. Beraz, ez da zehatza par erabiltzea argi-intentsitatearen adierazle gisa fotosintesiaren azterketan.

Oro har, fotosintesi mekanismoa abiarazi daiteke eguzkia maite duen landarearen PPFD-a 50 μmol·m-2·s-1 baino handiagoa denean, itzalpeko landarearen PPFD-ak, berriz, 20 μmol·m-2·s-1 baino ez ditu behar. Beraz, LED hazkuntza-argiak erosterakoan, LED hazkuntza-argi kopurua aukeratu dezakezu erreferentzia-balio horren eta landatzen dituzun landare motaren arabera. Adibidez, LED argi bakar baten PPFD-a 20 μmol·m-2·s-1 bada, 3 LED landare-bonbilla baino gehiago behar dira eguzkia maite duten landareak hazteko.

Erdieroaleen argiztapenaren hainbat diseinu-irtenbide

Erdieroaleen argiztapena landareen hazkuntzarako edo landaketarako erabiltzen da, eta bi erreferentzia-metodo nagusi daude.

• Gaur egun, barruko landaketa eredua oso modan dago Txinan. Eredu honek hainbat ezaugarri ditu:

①LED argien eginkizuna landareen argiztapenaren espektro osoa ematea da, eta argiztapen sistemak argiztapen-energia guztia eman behar du, eta ekoizpen-kostua nahiko altua da;
②LED hazkuntza-argien diseinuak espektroaren jarraitutasuna eta osotasuna kontuan hartu behar ditu;
③ Argiztapen-denbora eta argiztapen-intentsitatea eraginkortasunez kontrolatu behar dira, hala nola, landareak ordu batzuetan atseden hartzen uztea, irradiazioaren intentsitatea ez izatea nahikoa edo handiegia izatea, etab.;
④Prozesu osoak landareen kanpoko hazkuntza-ingurune optimoak eskatzen dituen baldintzak imitatu behar ditu, hala nola hezetasuna, tenperatura eta CO2 kontzentrazioa.

• Kanpoko landaketa modua, kanpoko negutegietarako landaketa oinarri onarekin. Modelo honen ezaugarriak hauek dira:

①LED argien eginkizuna argia osatzea da. Bata, egunean zehar eguzki-argiaren irradiazioaren pean dauden eremu urdin eta gorrietan argi-intentsitatea areagotzea da, landareen fotosintesia sustatzeko, eta bestea, gauez eguzki-argia ez dagoenean konpentsatzea, landareen hazkunde-tasa sustatzeko.
② Argi osagarriak landarea zein hazkuntza-etapatan dagoen kontuan hartu behar du, hala nola, kimu-aldia edo loraldi eta fruitu-emate aldia.

Beraz, LED landare hazteko argien diseinuak bi diseinu modu nagusi izan beharko lituzke lehenik, hots, 24 orduko argiztapena (barruko) eta landare hazteko osagarrizko argiztapena (kanpoko). Barruko landareak hazteko, LED hazteko argien diseinuak hiru alderdi kontuan hartu behar ditu, 4. irudian erakusten den bezala. Ezinezkoa da txipak hiru kolore nagusirekin proportzio jakin batean ontziratzea.

4. irudia, 24 orduko argiztapenerako barruko LED landare-indargailuen argiak erabiltzearen diseinu-ideia

Adibidez, mintegi-fasean dagoen espektro batentzat, sustraien eta zurtoinen hazkuntza indartu behar duela, hostoen adarkadura indartu behar duela eta argi-iturria barrualdean erabiltzen dela kontuan hartuta, espektroa 5. irudian erakusten den bezala diseinatu daiteke.

5. irudia, LED barruko haurtzaindegi-aldirako egokiak diren egitura espektralak

Bigarren LED hazkuntza-argi motaren diseinuari dagokionez, batez ere kanpoko negutegiaren oinarrian landaketa sustatzeko argia osatzeko diseinu-irtenbidean oinarrituta dago. Diseinu-ideia 6. irudian ageri da.

6. irudia, Kanpoko hazkuntza-argien diseinu-ideiak 

Egileak iradokitzen du landaketa-enpresa gehiagok bigarren aukera hartzea, hau da, LED argiak erabiltzea landareen hazkundea sustatzeko.

Lehenik eta behin, Txinako kanpoko negutegi-laborantzak hamarkadetako esperientzia handia eta zabala du, bai hegoaldean bai iparraldean. Berotegi-laborantza teknologiaren oinarri ona du eta fruta eta barazki fresko ugari eskaintzen ditu inguruko hirietarako merkatuan. Batez ere lurzoruaren, uraren eta ongarrien landaketaren arloan, ikerketa-emaitza aberatsak lortu dira.

Bigarrenik, argi osagarri mota honek energiaren kontsumo beharrezkoa asko murriztu dezake, eta, aldi berean, fruta eta barazkien uzta eraginkortasunez handitu dezake. Gainera, Txinako eremu geografiko zabala oso egokia da sustapenerako.

LED landareen argiztapenaren ikerketa zientifiko gisa, oinarri esperimental zabalagoa ere eskaintzen du. 7. irudia ikerketa-talde honek garatutako LED hazkuntza-argi mota bat da, negutegietan hazteko egokia dena, eta bere espektroa 8. irudian ageri da.

7. irudia, LED hazkuntza-argi mota bat

8. irudia, LED hazkuntza-argi mota baten espektroa

Goiko diseinu ideien arabera, ikerketa taldeak hainbat esperimentu egin zituen, eta emaitza esperimentalak oso esanguratsuak dira. Adibidez, mintegiko hazkuntza-argietarako, erabilitako jatorrizko lanpara 32 W-ko potentzia eta 40 eguneko mintegiko zikloa duen fluoreszente-lanpara bat da. 12 W-ko LED argi bat eskaintzen dugu, eta horrek plantulen zikloa 30 egunera laburtzen du, plantulen tailerreko lanparek duten tenperaturaren eragina modu eraginkorrean murrizten du eta aire girotuaren energia-kontsumoa aurrezten du. Plantulen lodiera, luzera eta kolorea jatorrizko plantulak hazteko irtenbidearekin alderatuta hobeak dira. Barazki arrunten plantulentzat ere, egiaztapen-ondorio onak lortu dira, eta hauek hurrengo taulan laburbiltzen dira.

Horien artean, argi osagarriaren taldearen PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, eta gorri-urdin erlazioa: 0,6-0,7. Talde naturalaren eguneko PPFD balio-tartea 40~800 μmol·m-2·s-1 izan zen, eta gorriaren eta urdinaren arteko erlazioa 0,6~1,2. Ikus daiteke goiko adierazleak modu naturalean hazitako landareenak baino hobeak direla.

Ondorioa

Artikulu honek LED hazkuntza-argien aplikazioaren azken garapenak aurkezten ditu landareen laborantzan, eta LED hazkuntza-argien aplikazioan dauden zenbait gaizki-ulertu adierazten ditu. Azkenik, landareen laborantzan erabiltzen diren LED hazkuntza-argien garapenerako ideia eta eskema teknikoak aurkezten dira. Adierazi behar da argiaren instalazioan eta erabileran kontuan hartu beharreko faktore batzuk ere badaudela, hala nola argiaren eta landarearen arteko distantzia, lanpararen irradiazio-eremua eta argia nola aplikatu ur, ongarri eta lur normalarekin.

Egilea: Yi Wang et al. Iturria: CNKI