Pasirinkus svarbiausią cheminę reakciją Žemėje, fotosintezė neabejotinai užima pirmąją vietą ir yra daugumos žinomų gyvybės formų pagrindas.
Pagrindiniai fotosintezės tyrimų lūžiai atsirado antroje XIX amžiaus pusėje. Tačiau net ir šiandien mokslininkai nėra iki galo išaiškinę jo esmės.
1. Fotosintezės esmės supratimas
Fotosintezės esmė: autotrofiniai augalai sintezuoja cukrų iš anglies, vandenilio ir deguonies, veikdami lengvais{0}}procesais.
Fotosintezė yra klasikinė redokso reakcija: šviesos reakcijose oksiduojasi vandens molekulės, o tamsiosiose – redukuojasi anglies dioksidas. Vandens oksidacija suteikia elektronų ir energijos CO₂ redukcijai, o CO₂ yra vienintelis anglies šaltinis organinės anglies sintezei. Taigi fotosintezė atspindi fotocheminį neorganinės anglies pavertimo organine anglimi procesą.
Šiuolaikinis žemės ūkis siekia didelio{0}}derlingumo, aukštos-kokybės auginimo, o tai iš esmės yra cukringų- augalų auginimas. Todėl papildomo apšvietimo technologiją iš esmės lemia žemės ūkio modernizavimo logika. Didelės vertės žemės ūkio produktams dirbtinis papildomas apšvietimas yra vienintelis įmanomas būdas.
Aplinkos veiksniai, turintys įtakos fotosintezės greičiui: šviesos kokybė, šviesos kiekis, temperatūra ir anglies dioksidas. Augalų šviestuvų efektyvumas daugiausia priklauso nuo aplinkos veiksnių, o ne nuo pačių žibintų.
Augalams atliekant augalų šviesos spektro technologijų tyrimus daugiausia dėmesio skiriama tam, ar fotosintezės efektyvumas yra maksimalus.
Fotosintezė vyksta tik dėl fotonų, anglies, vandenilio ir deguonies sąveikos. Šis pagrindinis principas yra labai svarbus norint tinkamai naudoti augalų žibintus; kitu atveju jų taikymo negalima suprasti.
Fotosintezė yra organinių medžiagų gamybos ir energijos kaupimo procesas, o kvėpavimas yra organinių medžiagų skaidymo ir energijos išsiskyrimo procesas. Taikant augalų šviesą, reikia atsižvelgti į augalų kvėpavimą.
Manome, kad dirbtinio apšvietimo sujungimas su vandens ir trąšų valdymu yra veiksminga strategija siekiant sumažinti augalų šviesos energijos sąnaudas.
Dirbtinio apšvietimo sąlygomis augalų fotosintezės efektyvumas gerokai viršija saulės šviesą. Ši išvada padaryta atlikus laboratorinius šviesos kokybės patvirtinimo testus. Kitaip tariant, šiltnamio apšvietimo papildymas dirbtine šviesa yra optimali auginimo technika.
2. Fotosintezės šviesos supratimas
Per ilgą augalų evoliucijos istoriją fotosintezei reikalinga šviesa nebuvo kilusi iš Žemės. Apšvietimas, pasiekiantis Žemės paviršių, yra pasyvus, o metų laikai ir oras yra pagrindiniai veiksniai, įtakojantys paviršiaus apšvietimo sąlygas. Nepakankamas saulės spindulių kiekis dėl oro sąlygų gali tiesiogiai paveikti augalų išlikimą.
Vienintelis sprendimas augalams auginti prastėjant klimatui yra dirbtinis papildomas apšvietimas. Augalų apšvietimo technologija yra svarbiausias dirbtinės šviesos šaltinių pritaikymas, kurio indėlis į žmoniją konkuruoja su Marso kolonizacija.
Labai svarbu suprasti šią esminę tiesą: saulės šviesa neprivalo palaikyti augalų augimo. Tai yra pagrindinis principas, kurį reikia atpažinti esant klimato permainoms. Augalams reikia saulės šviesos, bet saulės šviesai augalams nereikia. Saulės šviesa egzistavo daug anksčiau, nei atsirado pirmieji Žemės augalai,-tai yra pagrindinė fotosintezės šviesos supratimo logika.
Augalai sukūrė savo šviesos panaudojimo strategijas saulės streso metu. Jų absorbcijos efektyvumas išlieka mažas, o tai reiškia, kad gausūs saulės spinduliai negarantuoja cukraus kaupimosi-tai yra svarbiausia pažinimo logika, susijusi su saulės šviesa.
Iki šiol žmonės nustatė keletą pirminių chlorofilų, būtinų augalų fotosintezei: chlorofilą a, chlorofilą b, chlorofilą c, chlorofilą d, chlorofilą f ir bakterijų chlorofilą. Nors galima atrasti naujų chlorofilų, žinomi fotosintetiniai pigmentai veikia 400-700 nm spektre, vadinamame PAR diapazonu.
Šviesa, esanti už PAR diapazono ribų, nėra svarbi augalų fotosintezei{0}}pagrindiniam augalų apšvietimo technologijos principui.
Svarbiausia, kad visi atrasti chlorofilo sugerties spektrai pasižymi sugerties smailėmis arba didelės -energijos, arba mažos-energijos spektro galuose, tačiau nė vienas nerodo absorbcijos smailių centrinėje PAR juostoje.
Nors pigmento sugerties spektrai naudojami kaip augalų šviesos projektavimo atskaitos taškas, jie nėra vienintelis spektrinės konfigūracijos pagrindas.
Augalų saulės šviesos poreikį lemia ir jo vidiniai poreikiai, ir aplinkos sąlygos. Tai reiškia, kad augalo šviesos kokybės ir kiekio poreikis yra glaudžiai susijęs su jo auginimo aplinka ir yra įvairus.
Augalo prisitaikymas prie šviesos efektyvumo prasideda sodinimo stadijoje. Nors sodinukų fototiuningas turi techninę reikšmę, dabartinės technologijos stengiasi pasiekti norimų rezultatų.
Augalų šviesų spektrinės technologijos tyrimai sutelkti į tai, ar augalai efektyviai sugeria dirbtinių šviesos šaltinių sukurtą spektrą.
Santrauka
Fotosintezė yra gamyklos „cukraus fabrikas“, o augalų lempų vaidmuo yra aprūpinti gamyklą tinkamiausiu šviesos šaltiniu, kad ji veiktų efektyviai.
