Belysning til gartneribrug er ikke noget nyt begreb, men LED er ved at skabe et markant skifte i branchen, idet dyrkere nu kan tilpasse og finjustere forskellige spektrale intensiteter på måder, der var utænkelige med tidligere teknologier.
Men i takt med at teknologien udvikler sig, fører de mål, der bruges til at præsentere og sammenligne produkter, egentlig dyrkerne ned ad den rigtige vej?
Gartneribelysning er en hastigt voksende branche, og nogle eksperter forudser, at markedet vil vokse til £4,85Bn inden 2023. Der er belysnings-megaprojekter i gang, både i Storbritannien og på internationale markeder, mest bemærkelsesværdigt Lyudinovo-væksthusprojektet i Rusland, som ved færdiggørelsen forventes at bruge omkring 240.000 lysarmaturer.
LED-belysning har i projekter af enhver størrelse vist sig at kunne:
- øge udbyttet;
- forbedre afgrødestabilitet og miljømæssig modstandsdygtighed;
- give mere forudsigelige vækstforløb;
- spare energi; og
- reducere omkostninger
Der er også observeret kvalitative fordele, såsom højere farvepigmentering og ændret smag. Forbedringer i LED-teknologien giver endnu mere præcis spektral målretning og stadigt stigende effektivitet, hvilket øger afstanden mellem LED og tidligere teknologier.
Hvordan måles plantebelysning i dag?
Planter bruger lys inden for et område af det elektromagnetiske spektrum til fotosyntese, kaldet fotosyntetisk aktiv stråling (PAR). PAR dækker bølgelængder af lys i det synlige område mellem 400nm og 700nm, og det er dette, der bruges til at definere vores målinger.
Det vigtigste mål for lysoutput, og branchens de facto-standard, er fotosyntetisk fotonflux (PPF), som blot er et udtryk for mængden af PAR i fotoner produceret per sekund.
Det sidste centrale mål, der bruges i dag, er fotosyntetisk fotonfluxtæthed (PPFD), altså antallet af PAR-fotoner, der falder på en kvadratmeter per sekund. Disse begreber kan relativt let kobles til en lysingeniørs eksisterende viden, idet:
- PAR nogenlunde svarer til den synlige lys-del af det elektromagnetiske spektrum
- PPF er knyttet til strålingseffekt (mellem 400nm og 700nm)
- PPFD nogenlunde svarer til belysningsstyrke, men uden V(λ)-vægtningen
PAR definerer det lys, vi er interesserede i, PPF er mængden af det lys, der forlader lyskilden, og PPFD er mængden af det lys på en kvadratmeter dyrkningsoverflade.
Hvorfor bør vi være forsigtige med PPF som målemetode?
PPF har ganske vist sine styrker som måleenhed: det er nemt at forstå, nemt at måle og meget udbredt. Det har dog også begrænsninger;
Kun mængden af lys måles, ikke typen eller kvaliteten
Det bliver i stigende grad tydeligt, at lysets kvalitet er en vigtig faktor i dyrkningen af enhver afgrøde, hvor mængde kun er en del af billedet. Absorptionsrater, fotosyntetisk respons og ikke-fotosyntetiske responser bliver muligvis ikke taget i betragtning i dag.
Mens branchen fokuserer på PPF per watt, mener vi, at dette kan have en skadelig frem for gavnlig effekt på vækstrater.
Specifikatører, der fokuserer på PPF/W som udvælgelseskriterium, er formentlig med til at påvirke udviklingen af nye armaturer ved at presse producenter til at bruge mere rødt indhold, da en rød foton kan produceres med mindre energi end en blå foton.
Det er almindeligt anerkendt, at en rent rød lyskilde ville give meget dårlig vækst, på trods af en meget høj PPF/W, hvilket er et bevis på, at PPF/W-målet ikke er tilstrækkeligt til at benchmarke produktydeevne og kan hæmme valget af et mere velegnet produkt.
Når PPF bruges som det overordnede tal for en enheds output, giver det et misvisende billede af en lyskildes nytteværdi. Ved at se bort fra planternes reelle behov kan en LED-enhed fremstå som meget effektiv, mens den reelt leverer mindre vækst sammenlignet med en mere skræddersyet løsning.
En parallel til kost
PPF’s begrænsning i forhold til ikke at tage højde for lysets kvalitet kan sammenlignes med, at kaloriers begrænsning heller ikke kan indikere en sund kost. Hvis to personer indtog 2.000 kalorier fra mad, ville de begge have fået den samme mængde energi målt på det kalorieindhold.
Men hvis den ene person fik sine 2.000 kalorier fra en afbalanceret kost, og den anden fra at spise en enkelt fødevare (smør, for eksempel), ville næringsværdien, evnen til at udvinde energi og i sidste ende personens sundhed være vidt forskellig mellem de to tilfælde.
At betragte de to kostformer som ens ville tydeligvis være forkert og misvisende, men det er præcis, hvad der sker, når fokus lægges på PPF-målet ved valg af lysarmaturer.
På jagt efter et bedre mål
Der findes andre mål til rådighed for dyrkere, som bedre indfanger en plantes fotosyntetiske følsomhed.
Yield Photon Flux (YPF) er et sådant mål
YPF er et vægtet system, der måler værdien af en given bølgelængde af lys op imod den fotosyntetiske respons, afgrøden sandsynligvis vil udvise. Hvor alle fotoner i PPF er født lige, tager YPF højde for den relative fotosyntetiske effektivitet af forskellige bølgelængder af lys og tildeler mindre vægt til mindre nyttigt lys.
Begrebet S/P-forhold giver et indblik i en lyskildes nytteværdi under forskellige lysforhold ved brug af det samme vægtningsprincip. Det menneskelige øje har to responskurver: én for fotopisk syn (V(λ)), altså dagslyssyn, og én for skotopisk syn (V'(λ)), altså natsyn. S/P-forhold vægter responsen på disse forskellige typer lys for at afgøre en kildes nytteværdi til forskellige anvendelser.
Et produkt, der giver gode lysniveauer under fotopiske forhold, gør det ikke nødvendigvis under skotopiske forhold, og omvendt. På samme måde kan et produkt have en god PPF-respons, men en dårlig YPF-respons, fordi de to responskurver er forskellige.
Hvor PPF måler fotoner inden for PAR, altså bølgelængder mellem 400nm og 700nm, ser YPF på et bredere spektrum og medregner kildens emissioner helt ned til 360nm (dyb blå) og helt op til 760nm (fjernrød). Disse ekstra bølgelængder omfatter lys, der har observerbare effekter på plantevækst, hvor bølgelængder over 700nm i små mængder bruges til at fremme højere planter og simulere skumringslysforhold, hvilket bruges til at indstille døgnrytmer, med ønskede egenskaber observeret hos nogle planter.
En plante i skygge ville i naturen modtage mere fjernrødt lys og reagere på det stimulus for at styre sin vækst. Visse planter, der naturligt vokser under trækronen, forventer et højere end gennemsnitligt forhold mellem fjernrødt og rødt lys og vil reagere negativt på et spektrum, der ikke indeholder nok fjernrødt lys.
Nogle Shade Avoidance Syndrome-responser er ønskværdige for dyrkere: i højere mængder kan lys over 700nm bruges til bevidst at igangsætte Shade Avoidance Syndrome, hvilket fremmer hurtigere blomstring og mere kompakt vækst hos nogle planter, samtidig med at det potentielt forbedrer hårdførheden.
PPF overser nuancerne i disse planteresponser, fordi det kun tager højde for lys inden for PAR, og kan ikke alene give det fulde billede. Bredere processer, kendt som fotomorfogenese, der styrer en plantes udvikling, påvirkes af bølgelængder helt ned til 300nm og helt op til 800nm (vist ved McCree-kurven), hvoraf flere fanges af YPF.
En holistisk tilgang
YPF kan naturligvis ikke stå alene. YPF er et velegnet overordnet tal til at give et skøn over ydeevnen, eller til nogenlunde at fastlægge det rette produkt og output for at opnå et bestemt dagligt lysintegral. PPF bruges som overordnet tal, men tager ikke højde for, at forskellige bølgelængder kan have en større effekt på væksten.
Monokromatiske LED’er forskyder dette mål yderligere, idet mange blå og røde chips er målrettet mod et specifikt, smalt bølgelængdeområde. Selvom dette kan give en høj PPF, kan det gå ud over lysløsningen, da enhver forskel i nedbrydningshastighed mellem kilderne vil ændre det resulterende spektrum over tid.
Denne risiko kan reduceres ved at bruge bredspektret LED med phosphor, da nedbrydningen af LED’en udelukkende bestemmes af den blå die-emitter. Vigtigt er det, at bredspektrede armaturer udfylder hullerne mellem spektrets blå og røde dele og dermed giver et bedre match til naturligt sollys. Sollys indeholder en række bølgelængder på tværs af det synlige spektrum, som sandsynligvis udfører en række funktioner, vi endnu ikke fuldt ud forstår.
YPF har sine mangler, da det oprindelige mål er baseret på målinger foretaget på enkelte bladsegmenter under kontrollerede forhold. Når det bruges i praksis, kan lys, der passerer gennem et blad, stadig gavne overflader længere nede på planten, så ved kun at se på et enkelt bladsegment overser man det lys, der trænger igennem.
Dette er dog bedre end slet ingen hensyntagen. Ved at se bort fra forskellene mellem bølgelængder giver PPF os en frustrerende egenskab for et empirisk mål: en højere PPF betyder ikke nødvendigvis et bedre lysprodukt.
Samarbejde mellem kunde og LED-belysningsproducent/-leverandør er afgørende
Meget af ansvaret falder på specifikatørerne, da der er behov for research og planlægning tidligt i et projekt for at fastlægge den ønskede effekt af belysningen på det færdige produkt. Sans for detaljer er afgørende, hvor plantetype og det tilsigtede respons tages i betragtning, når der vælges en lysløsning. En alsidig producent bør være villig til at samarbejde med dyrkere om at fastlægge og skabe de spektre, der er designet til deres afgrøde og deres tilsigtede resultat.
Når man sammenligner produkter, er YPF et bedre udgangspunkt end PPF, men output bør kun være én overvejelse inden for en holistisk tilgang, der omfatter en række faktorer: bredt versus snævert spektrum, fotoperiode, kvalitative fordele såsom smag eller farve, samt hensynet til bølgelængder uden for PAR.
Der er stadig meget, vi ikke forstår om planteresponser og den ideelle spektrale sammensætning for forskellige afgrøder og ønskede resultater. At lukke kløften mellem produktbrochure og optimalt spektrum bør være en fælles indsats mellem leverandør og kunde, men det rette mål bringer specifikatørerne tættere på det ideelle produkt til deres behov.
Læs mere om INDOs LED-toplyssystem >
Artikel skrevet af Toby Penter, forretningsudvikling hos INDO
Kilder:
(1) Worldwide Horticulture Lighting Market [by segments (Hardware, Software, Services); by Deployment (Turnkey, Retrofit); by Environment (Indoor, Vertical, Greenhouse, Research); by Crop Type; by Regions]: Market Sizes and Forecasts (2018-2023)
(2) Ashdown, I 2018. ‘Far-Red Lighting and the Phytochromes’. MAXIMUM YIELD USA, Oct 2018, p. 60-66.
(3) Shinkle, J 2016. ‘BASIC PHOTOMORPHOGENESIS’. photobiology.info. Department of Biology, Trinity University, San Antonio. Available online: http://photobiology.info/Shinkle.html
(4) Nelson, J. A., & Bugbee, B. (2014). Economic Analysis of Greenhouse Lighting: Light Emitting Diodes vs. High Intensity Discharge Fixtures. PLoS ONE, 9(6), e99010. http://doi.org/10.1371/journal.pone.0099010
(5) (Nelson, JA. 2014)
