Při výběru nejdůležitější chemické reakce na Zemi je nepochybně na prvním místě fotosyntéza, která slouží jako základ pro velkou většinu známých forem života.
Klíčové průlomy ve výzkumu fotosyntézy se objevily ve druhé polovině 19. století. Přesto ani dnes vědci plně nerozluštili jeho podstatu.
1. Pochopení podstaty fotosyntézy
Jádro fotosyntézy: Autotrofní rostliny syntetizují cukry z uhlíku, vodíku a kyslíku pomocí světelných-procesů.
Fotosyntéza je klasická redoxní reakce: molekuly vody se oxidují ve světelných reakcích, zatímco oxid uhličitý se redukuje ve tmě. Oxidace vody poskytuje elektrony a energii pro redukci CO₂ a CO2 slouží jako jediný zdroj uhlíku pro syntézu organického uhlíku. Fotosyntéza tedy představuje fotochemický proces přeměny anorganického uhlíku na organický uhlík.
Moderní zemědělství se zaměřuje na vysoce{0}}výnosné a vysoce{1}}kvalitní pěstování, což je v zásadě pěstování rostlin bohatých na cukr-. Technika doplňkového osvětlení je proto ze své podstaty řízena logikou modernizace zemědělství. U zemědělských produktů vysoké{5}}hodnoty je umělé doplňkové osvětlení jediným proveditelným přístupem.
Faktory prostředí ovlivňující rychlost fotosyntézy: kvalita světla, množství světla, teplota a oxid uhličitý. Účinnost osvětlení rostlin do značné míry závisí na faktorech prostředí, nikoli na světlech samotných.
U rostlin se výzkum technologie světelného spektra rostlin zaměřuje na to, zda je maximalizována účinnost fotosyntézy.
Fotosyntéza probíhá výhradně interakcí fotonů, uhlíku, vodíku a kyslíku. Tento základní princip je zásadní pro správné použití osvětlení rostlin; jinak nelze jejich aplikaci chápat.
Fotosyntéza je proces výroby organické hmoty a ukládání energie, zatímco dýchání je proces rozkladu organické hmoty a uvolňování energie. Aplikace světla rostlin musí brát v úvahu dýchání rostlin.
Věříme, že spojení umělého osvětlení s hospodařením s vodou a hnojivy je efektivní strategií ke snížení spotřeby světelné energie rostlin.
V podmínkách umělého osvětlení je účinnost fotosyntézy rostlin daleko vyšší než při slunečním světle. Tento závěr vyplývá z laboratorních ověřovacích testů kvality světla. Jinými slovy, doplnění osvětlení skleníku umělým světlem představuje optimální techniku pěstování.
2. Pochopení Světla fotosyntézy
Během dlouhé evoluční historie rostlin světlo pro fotosyntézu nepocházelo ze Země. Osvětlení dopadající na zemský povrch je pasivní, přičemž hlavními faktory ovlivňujícími světelné podmínky na povrchu jsou roční období a počasí. Nedostatek slunečního světla v důsledku povětrnostních podmínek může přímo ovlivnit přežití rostlin.
Jediným řešením pro pěstování rostlin tváří v tvář zhoršujícímu se klimatu je umělé doplňkové osvětlení. Technologie osvětlení rostlin představuje nejvýznamnější aplikaci umělých světelných zdrojů a svým příspěvkem lidstvu konkuruje kolonizaci Marsu.
Je velmi důležité pochopit tuto základní pravdu: sluneční světlo nenese žádnou povinnost udržovat růst rostlin. Toto je nejzákladnější princip, který je třeba rozpoznat během klimatických otřesů. Rostliny vyžadují sluneční světlo, ale sluneční světlo rostliny nevyžaduje. Sluneční světlo existovalo dlouho předtím, než se objevily první rostliny na Zemi-toto je základní logika pro pochopení fotosyntetického světla.
Rostliny vyvinuly své strategie využití světla pod slunečním stresem. Jejich absorpční účinnost zůstává nízká, což znamená, že hojné sluneční záření nezaručuje akumulaci cukru-to představuje nejzákladnější kognitivní logiku týkající se slunečního záření.
K dnešnímu dni lidé identifikovali několik primárních chlorofylů nezbytných pro fotosyntézu rostlin: chlorofyl a, chlorofyl b, chlorofyl c, chlorofyl d, chlorofyl f a bakteriální chlorofyl. I když mohou být objeveny nové chlorofyly, známé fotosyntetické pigmenty fungují ve spektru 400-700 nm, který se nazývá rozsah PAR.
Světlo mimo rozsah PAR je pro fotosyntézu rostlin-základní princip v technologii osvětlení rostlin irelevantní.
Rozhodující je, že všechna objevená absorpční spektra chlorofylu vykazují absorpční píky buď na vysoko{0}}energetických, nebo nízko{1}}koncích spektra, ale žádné nevykazuje absorpční píky v centrálním pásmu PAR.
Zatímco pigmentová absorpční spektra slouží jako reference pro návrh rostlinného světla, nejsou jediným základem pro spektrální konfiguraci.
Požadavek rostliny na sluneční světlo je určen jak jejími vnitřními požadavky, tak podmínkami prostředí. To znamená, že potřeba kvality a množství světla u rostliny je silně spojena s prostředím, v němž roste, a je proměnlivá.
Adaptivní reakce rostliny na světelnou účinnost začíná ve fázi sazenice. Zatímco fototuning sazenic má technický význam, současná technologie se snaží dosáhnout požadovaných výsledků.
U rostlinných světel se výzkum spektrální technologie zaměřuje na to, zda rostliny účinně absorbují spektrum produkované umělými zdroji světla.
Shrnutí
Fotosyntéza je továrnou na výrobu cukru a úlohou světel rostlin je poskytnout této továrně nejvhodnější světelný zdroj, který jí umožní efektivně fungovat.
