A LED és a hagyományos fényforrások növényházi alkalmazásának összehasonlítása



Összefoglalás

A LED lámpák üvegházban történő felszerelése nemcsak a növények növekedése szempontjából előnyös, hanem a termesztő számára is komoly költségmegtakarítást eredményez, az alacsonyabb villamos áram fogyasztás miatt. Emellett segít megvalósítani az energiatakarékos környezettudatos termesztést is.

A jövő növényházaiban előre láthatóan növekvő jelentőségűek lesznek a változtatható helyzetű fényforrások. A növények a fototropizmussal érzékelik a nap helyzetét, amely jelenségnek az erősítésére hasznosnak tűnik egy napkövető rendszerű LED-panel kidolgozása.

Ez a technika fontos lehet a növényházi termesztésben, különösen a természetes rövidnappalok idején a harmonikus vegetatív növekedés elősegítésére, nem csak rövidnappalos növények esetén. A megvilágítás szabályozása a kisméretű és így könnyen mozgatható LED fényforrásokkal jól kivitelezhető.

Munkánkban a természetes fény mellett standard fénycsövet, a növénytermesztésben használt növényházi fénycsövet és speciális LED sugárzót alkalmaztunk. Megállapítható volt, hogy az LED, mint fényforrás egyértelműen erősíti a növény szöveteit és megfelelő energiaforrás lehet a jövő növényházaiban, amennyiben megfelelő színspektrumban sugároznak. Ehhez az is szükséges, hogy a LED technika ára a növénytermesztés számára is elfogadhatóvá váljon.

Bevezetés és a kutatás célkitűzései

A dísz- és a zöldségnövények növekedéséhez a növényházakban az őszi, téli és kora tavaszi időszak alatt nagyon fontos a megvilágítás mennyisége, mivel a növények belső felépítését nagymértékben befolyásolja. Gyenge megvilágítás mellett a sejtek fala vékonyabb és csökken a szilárdító elemek száma, vékonyabb és kevesebb rétegű a levelek oszlopos parenchimája, továbbá csökken az erek mennyisége is.

Az átmeneti időszakokban a növényházi termesztők igyekeznek a megvilágítás erősségét, esetleg hosszát mesterséges fényforrások alkalmazásával növelni, hogy kedvezőbbé tegyék a növények életfunkciói számára. Kísérletekben kimutatták, hogy a természetes fény alatt nevelt paradicsomnövények szártömege mintegy 40-57%-ban, míg a termésmennyiség mintegy 15-20%-ban marad el a kiegészítő fényforrással is megvilágított paradicsomnövényektől (Demersa és mtsai, 1998). A hagyományos növényházi technika túlnyomó részben magasnyomású nátriumgőz lámpákat alkalmaz. Ezeket általában a tetőszerkezeten vagy az üvegházak oldalán elhelyezkedő állványsorokon szerelik fel (McAvoy & Janes, 1988).

Néhány éve azonban növekvő jelentőségre tesz szert a LED technika, nem csupán a fényforrás gyártás és ipari alkalmazás, hanem a növényházi technika és annak kutatása terén is (Yeh & Chung, 2009). Számos előnnyel rendelkezik a hagyományos fényforrásokkal szemben, köztük az egyik legfontosabb tulajdonsága, hogy energiatakarékos és ezáltal üzemeltetése alacsonyabb költségekkel jár. Másrészről kutatásokkal igazolták, hogy a LED fényforrással megvilágított paradicsom növények már kora tavasszal több gyümölcsöt hoznak, míg a napfénnyel megvilágított növények termésmennyisége ettől jóval elmarad (Kuack, 2012).

A tapasztalatok azt mutatják, hogy a különböző fényforrások különbözőképpen befolyásolják a növények növekedését, hiszen eltérő a sugárzás színspektruma. Klaassen és mtsai (2005) által végzett vizsgálatok szerint a növények fejlődéséhez a különböző fenológiai fázisokban eltérő hullámhossz szükséges. A legújabb kutatások során ezért olyan LED technikát fejlesztettek ki, amelyben lehetővé válik a különböző fénykombinációk létrehozására egyazon berendezéssel a növények igényeinek kielégítésére, mindig az adott fenológiai fázisnak megfelelően (Ilieva, 2010). Hasonló fejlesztéssel találkoztunk a témában végzett nemzetközi szabadalmi tallózás során a WO 2009/046548 A2 számú szabadalomban. A színspektrumon kívül a növények növekedését erősen befolyásolja a megvilágítás időtartama. A LED fényforrások éjszakai alkalmazásával sikeresen tették hatékonyabbá a növények növekedését a JP 2003009662 számú szabadalomban. Alkalmaztak LED fényforrással felszerelt modulokat növények megvilágításához úgy is, hogy a fényerőt az egyes modulok le- és felkapcsolásával változtatták WO 2010003126.

Egy továbbfejlesztett változatban, olyan komplett dinamikai ellenőrző rendszert (WO20106004489 A1 számú szabadalom) hoztak létre, amely képes a LED fényforrások sugárzási intenzitásának szabályozására a növények adott helyzetétől függően, mint a növekedés és mozgás.

Kísérleteink során az irodalmi és szabadalmi ismeretek tudatában, arra kívántunk választ kapni, hogy a mélyvörös spektrumú LED fényforrás miként hat a növények növekedésére, és lehet-e a jövőben ennek a fényforrásnak előnye a növényházi technikában, más fényforrással szemben.

A szabadalmi tallózásból levonható az a következtetés, hogy az egyik legcélszerűbb alkalmazás a LED fényforrások mechanikailag legalább két, de esetleg három dimenzió mentén mozgatható, „napkövető” szabályozása lenne, a napszakoknak és a növények optimális növekedésének megfelelően. A növények számára létfontosságú a nap helyzete, amely jelenséget a fototropizmussal ír le a szakirodalom. A LED fényforrások a hagyományos fényforrásokkal szemben, kis geometriai méretük és csekély súlyuk következtében könnyen mozgathatók. A napkövető rendszerű LED-paneltechnika alapjainak az első, közelítő megteremtése képezte a bemutatásra kerülő munka fő feladatát. Eredményeink bár nem teljesek, de érdekes új szempontokat és megállapításokat tartalmaznak, ezért célszerűnek tűnt ezek közzététele.

A kísérlet körülményei és alkalmazott eszközei

A kísérlet helyszíne a Nyugat-magyarországi Egyetem Élő Növénygyűjteményének növényháza volt. A növényeket kettő ültetőasztalon helyeztük el, amelyeket egyenként kettéosztva 4 különböző fényforrással világítottunk meg. Az „A” és B szekciókat a természetes fénytől teljes mértékben elzártuk fekete agroszövet segítségével. A „C” és „D” szekciók esetében az ablak és az üvegtető felé szabadon hagytuk a fény útját. Csak az egyes szekciók között határoltunk el, hogy a kísérletek során ne befolyásolják egymást a különböző fényforrások. Az egyes szekciókban a növényeket hármas kötésben, ugyanazon szisztéma szerint helyeztük el. A kísérleti asztalok és a sötétítési megoldás az 1. ábrán látható.

1. ábra: A nyitott és teljesen zárt szekciók az ültetőasztalokon
1. ábra: A nyitott és teljesen zárt szekciók az ültetőasztalokon

A mérések során a különböző részek megvilágítása a következők szerint történt:

  • 2011. február 28 – 2011. április 11. között:
    • A szekció: Standard fénycső 2*36 W
    • B szekció: Növényházi fénycső 2*58 W
    • C szekció: Növényházi fénycső 2*36 W + természetes fény
    • D szekció: Természetes fény
  • 2011. április 12 – 2011. június 30. között:
    • A szekció: Standard fénycső 2*36 W + mélyvörös LED
    • B szekció: Növényházi fénycső 2*58 W
    • C szekció: Növényházi fénycső 2*36 W + természetes fény
    • D szekció: Természetes fény + mélyvörös LED
2. ábra: A kísérlet során kialakított 4 szekció és azok megvilágítási módja
2. ábra: A kísérlet során kialakított 4 szekció és azok megvilágítási módja

A különböző szekciókban az egyes fényforrások eltérő színspektrumban sugároznak, lásd a 3. ábrát. A képek alsó felében a kísérletekhez elvetett növények láthatók. Az első képről leolvasható, hogy míg a növényházi fénycső főképpen a növényeknek a növekedéséhez és a virágzáshoz leginkább kedvező piros és kék spektrumban bocsátja ki fényét, addig a Standard fénycső elsősorban sárgás spektrumban sugároz. A természetes napfény szinte a teljes spektrumot felöleli.

3. ábra: A különböző hullámhosszú fényforrások spektruma és a szabad szemmel észlelhető megvilágítási különbségek (Forrás: http://www.spicy.hu; www.aquaticquotient.com)
3. ábra: A különböző hullámhosszú fényforrások spektruma és a szabad szemmel észlelhető megvilágítási különbségek (Forrás: http://www.spicy.hu; www.aquaticquotient.com)

A kísérlet 7. hetén felszerelt mélyvörös LED-lámpák a 660 nm-es hullámhossz környékén csúcsosodnak ki. A 4. ábra az alkalmazott LED sugárzó panelt ábrázolja alsó nézetből.

4. ábra: A mélyvörös LED fényforrás
4. ábra: A mélyvörös LED fényforrás

Az alkalmazott fényforrások a következők voltak:

Fénycsövek

A fénycsövek a kisnyomású kisülőlámpák családjába tartoznak, ahol a kisülés túlnyomó részét a 253,7 nm-es UV rezonanciavonalat gerjeszti, ezt a fénycső belső falán található fénypor alakítja át látható fénnyé. A fénypor összetételével változtatható a spektrum, a normál és a növényházi fénycsövek esetében ez a jelentős eltérés, növényházi  fénycsöveknél a csúcsok a kék és a vörös tartományban találhatóak, amely hullámhosszok kedveznek a növényeknek. Az izzóhoz képest minimális infravörös sugárzással működnek, azaz kevésbé melegítenek, így az izzó fogyasztásának 20%-ával beérik ugyanakkora fénymennyiség mellett.  Fényüket nagyobb felületen adják le, így nem maradnak árnyékos részek. Akkor célszerű ezeket használni, ha a növények közelében lehet őket elhelyezni. Pl. kiválóan alkalmasak ezek a rendszerek a tavaszi palántanevelésnél, ahol sok egyforma méretű palántát lehet közelről megvilágítani.

LED lámpák

A fénykibocsátó dióda vagy LED neve az angol Light Emitting Diode rövidítésből származik. A dióda által kibocsátott fény színe a félvezető anyag összetételétől, ötvözőitől függ. A LED jellemzően egyszínű, inkoherens keskeny spektrumú fényt bocsát ki. A fény spektruma az infravöröstől az ultraibolyáig terjedhet, de hozzáférhetőek már hideg, meleg és természetes fehér fényű LED-ek is, ahol a fehér fényt a diódán lévő fénypor alakítja át fehér fénnyé. Kis méretükből adódóan sok különböző színű LED-et is el lehet helyezni egymás mellé, ezáltal könnyen kikeverhető a növények számára ideális spektrum, és akár ez módosítható is a növény életciklusának megfelelően. Fényhasznosításuk már felveszi a versenyt a fénycsövekkel, és általában egyenáramú kisfeszültségű üzemeltetést igényelnek, amely költség és villamos biztonság szempontjából is kedvező tulajdonság. Infravörös sugárzás jellemzően nincs a LED-ek spektrumában, előre sugárzott hő nincs, a fényforrás és a megvilágítás távolsága minimalizálható. A LED-ek hátoldali hűtéséről viszont gondoskodni kell, ugyanis magas hőmérsékleten leromlik a fényhasznosítás, ez megoldható passzív hűtéssel  (megfelelően méretezett hűtőbordával) vagy aktív hűtéssel (ventillátorral, esetleg az öntözőrendszer vízével).

A kísérleti növények:

A kísérlethez olyan növényeket választottunk, melyek fényigényesek, de egyéb szempontból tágtűrésűek, azaz kevésbé érzékenyek pl. a kártevőkre vagy más befolyásoló tényezőkre. Ezáltal nagymértékben kiküszöbölhetjük ezen befolyásoló tényezők hatását a növények fejlődésére.

1. Lycopersicum esculentum ’Mano’ /Paradicsom

Ismétlések száma a szekciókban: „A”-16 db, „B”-20 db, „C”-16 db, „D”-16 db.

A paradicsomot hazánkban szabadföldön és hajtatásban (fóliasátor alatt és növényházban) is termesztik. Korai hajtatásban is az egyik legjelentősebb növényünk, ezért érdemes vizsgálni a LED lámpák alkalmazhatóságát. A kísérlet kezdetének időpontja miatt determinált szabadföldi fajtát választottunk. A Lycopersicum esculentum ’Mano’ igen korai, gyors fejlődésű, törpe növésű szabadföldi fajta. Gömb alakú bogyói 50-60 g átlagtömegűek. Meleg-, tápanyag- és vízigényes növény. Napos helyet, rendszeres öntözést és tápanyagutánpótlást igényel. Vetés januártól februárig növényházban, márciusban fűtött fólia alá történhet. 20-25 0C fokon 6-8 napig csírázik.

2. Tagetes erecta/Nagy bársonyvirág és Tagetes patula nana Bonita/Törpenövésű bársonyvirág

Ismétlések száma mind a nagy, mind a törpenövésű változatból szekciónként: 18 db.

Az Asterales/Fészkesvirágzatúak rendjébe, azon belül az Asteraceae/Őszirózsafélék családjába és a Tagetes L., 1753 nemzetségbe tartoznak. Általánosan elterjedt a magyar kertekben, a környezeti igényeit tekintve igénytelen. A kísérletbe az intenzív virágprodukció miatt választottuk be. Mindkét faj hazája Mexikó. Már a XVIII. század végétől egynyári növényként ültették Európában. Fényigényes közepes vízigényű fajok. A Tagetes-eket március elejétől április végéig vetjük szaporítóládába vagy langyoságyba. A magvak 13oC alatti hőmérsékleten nem csíráznak és a fiatal csíranövénykék sem fejlődnek 15 oC alatt.

3. Ligustrum ovalifolium Hassk./Széleslevelű fagyal

Ismétlések száma mind a négy szekcióban: 14 db.

A Lamiales/Ajakosvirágúak rendjén belül az Oleaceae/Olajfafélék családjába és a Ligustrum .nemzetségbe tartozik.. Fénylő sötétzöld levelei szélesebbek és merevebben állók mint a Ligustrum vulgareé általában szabályos kihegyezett ovális alakuak. Áttelelő lombú cserje, hazája Japán. Erőteljes növekedésű mezofita igényű, félárnyékos fekvést kedvelő sövénynövény. A jelenleg bemutatott kutatásainkat egy további kutatás előkészítő vizsgálatának szántuk, ahol a növények szárában szállított nedvességet egy mandzsetta segítségével steam heat balance elnevezésű eljárással kívántuk mérni. Ez az eljárás csak 2 mm szárvastagság felett alkalmazható, ezért kerültek be a vizsgálatba a félcserjék is.

Termesztőközeg:

Az ültetőágyban kertészeti perlitet helyeztünk el, amelyre a cserepek kerültek. A perlit, őrölt majd duzzasztott vulkanikus kőzet, mely az eredeti térfogatsúlyának 3-4 szeresét veszi fel vízből és nem válik levegőtlenné. Kiváló talajlazító és gyökereztető közeg. Kertészeti termesztésre a 3 mm szemcsenagyságú un. kertészeti perlit felel meg. A cserepekbe B típusú földkeverék és kerti talaj 1:1 arányú keverékét töltöttük. A „B” típusú földkeverék kissé kötött, tartós szerkezetű, jó vízháztartású a semleges (enyhén savanyú 5,5-6,5 pH) kémhatású közeg. A kerti talaj esetünkben középkötött, vegyes lombfölddel és komposzttal összeérett barna erdőtalaj.

Növényházi körülmények, öntözés, növényvédelem:

A növényház kísérletbe bevont részében hidegházi körülmények uralkodtak. Azaz a hőmérséklet éjszaka átlagosan 3-6 oC volt, amely védett a fagyoktól. Megfelelő szellőztetési és árnyékolási lehetőség biztosította a túlzott felmelegedés elleni védelmet, ugyanakkor az üvegfelület biztosította a növények fényigényét. Az öntözés csapvízzel történt, növényvédelmet nem alkalmaztunk, az elvetett magok csávázás nélküliek voltak, vegyszer nem került felhasználásra.

Hőmérsékletmérés:

A hőmérsékletmérést NYME Környezet- és Földtudományi Intézete az üvegháztól mintegy 50 m-re Aanderaa AWS 2700 típusú aut. meteorológiai állomással végezte, 20 perces időközökkel.

A mérési módszer

A vizsgálatok a növények magasságának méréséből, valamint fenológiai vizsgálatokból álltak. A fenológiai vizsgálatok során feljegyeztük eleinte a csírázás miatt hetente kétszer, később heti gyakorisággal az egyes növények sziklevelének, virágbimbóinak és virágainak megjelenését, valamint a termés kifejlődését. Ezek meghatározása szemrevételezéssel történt.

A növények fizikai állapotát fényképek készítésével szemléltetjük. A digitális fényképezőgép típusa: Fujifilm S7000 FinePix. A nagy felbontású képeken lehetőségünk volt AutoCad program segítségével a vékony szárvastagságokat is meghatározni és színanalízist elvégezni. Az utóbbi csak tájékoztató adat, mivel a különböző megvilágítás torzítja a növények színét.

Terveink közt szerepelt a hőáram mérése, amelyet akár 3-10 mm átmérőjű növényi szárat átölelő, egymás alatt pár centiméterre elhelyezkedő mikro-mandzsettás mérőműszerrel lehetséges. Sajnos ennek beszerzésére nem volt mód, sőt ilyennel egyetlen magyarországi intézmény sem rendelkezett abban az időben (steam heat balance). Használatát az is gátolta volna, hogy a növényi szárak csak a kísérlet végére, vagy akkor sem érték el a szükséges minimális 3 mm-t. A választott fotografikus és fizikai mérési módszer előnye, hogy a növények állapota roncsolásmentesen, valamint költség- és energiatakarékosan figyelhető meg. A növények egészségére vonatkozó laboratóriumi vizsgálatokat, valamint talajtani analízist nem végeztünk, ez későbbi kutatási terveink között szerepelt.

Az 1. táblázatban látható a mérések gyakorisága és a vizsgálatok során alkalmazott eljárások típusa.

1. táblázat: A növények növekedésének vizsgálata és a megfigyelések gyakorisága
1. táblázat: A növények növekedésének vizsgálata és a megfigyelések gyakorisága

Mérési eredmények

A kísérlet kezdetekor a fénytől elzárt „A” és „B” szekció növényei csíráztak ki korábban és nagyobb számban, mivel az agroszövettel körülvett kísérleti részekben a lámpák által termelt hő jobb körülményeket biztosított ehhez. Február végén és március elején az átlaghőmérséklet jóval a sok éves átlag alatt maradt, amely a növényház hőmérsékletét is erősen lecsökkentette. Így a csíranövények a megszokott 10 nap helyett 20-25 nap alatt jelentek meg, követve a kinti átlaghőmérséklet emelkedését. Ekkor bújtak ki nagyobb számban – az első kettő szekcióhoz képest pár napos csúszással – a természetes fénnyel is megvilágított („C”, „D”) szekciók növényei is. A sziklevelek korábbi megjelenésének további oka az „A”, „B” és „C” szekciókban, amelyekben mesterséges megvilágítást is alkalmaztunk, hogy a beállítások miatt (12 óra) hosszabb időszakban kaptak fényt a növények, mint a többségében borús időszak természetes napfénnyel megvilágított „D” szekció növényei.


05-2
05-4

„A” – Természetes fény kizárása + Standard fénycső, később + LED
„B” – Természetes fény kizárása + Növényházi fénycső
„C” – Természetes fény + Növényházi fénycső
„D” – Természetes fény, később + LED

L.e. – Lycopersicum esculentum
T.e. – Tagetes erecta
T.p. – Tagetes patula

5. ábra: A szikleveles növények megjelenése az összes kísérleti növény számának arányában, valamint a hőmérséklet alakulása

Az összes szekciót vizsgálva a csírázás aránya a természetes fénytől elzárt „B” szekcióban, tehát a kifejezetten a növények számára kifejlesztett fénycsővel megvilágított szektorban volt a legkorábbi és legmagasabb. Eleinte a korábban említett fényforrás hőtermelése miatt az „A” szekció standard neonnal megvilágított növényei is szép számban kicsíráztak, de 3 hét elteltével stagnálás állt be.

A 6. ábrán a csíranövények fotografikus vizsgálata látható, amelyen jól érzékelhető a magasságokból és szárvastagságokból a szekciók közötti különbség.

6. ábra: Felvételek és színanalízisük, valamint adataik a vizsgálat 3. hetén Lycopersicum esculentum növények esetében
6. ábra: Felvételek és színanalízisük, valamint adataik a vizsgálat 3. hetén Lycopersicum esculentum növények esetében

A 7. ábrán a három héttel későbbi felvételen jól látszik , hogy a fény felé igyekvő növények szára a természetes fénytől elzárt „A” és „B” szekciókban helyenként deformálódott, a levelek és szárak világosabbak (etioláltak), elmaradt a szilárdítószövetek kifejlődése, a csomóközök, azaz a szártagok meghosszabbodtak. Mindamellett a természetes fénnyel is megvilágított „C” és „D” szekciókban gyors fejlődést tapasztaltunk. Ezt követően történt a LED lámpák felszerelése.

7. ábra: A LED felszerelése előtti felvételek és színanalízisük, valamint adataik a vizsgálat 7. hetén Lycopersicum esculentum növények esetében
7. ábra: A LED felszerelése előtti felvételek és színanalízisük, valamint adataik a vizsgálat 7. hetén Lycopersicum esculentum növények esetében

Összehasonlítás képpen egymás mellé helyeztünk a 8. ábrán egy-egy, ugyanarról a növényről készült felvételt. A bal oldalon egy, közvetlenül az LED beépítés előtt, a jobb oldalon egy, a felszerelés után 3 héttel készült fénykép látható. A változás igen nagymértékű volt. Látható, hogy a növény időközben kifejlesztette lomblevelét, amelynek színe már erős zöld. A szár vastagsága azonban még mindig nem volt kielégítő, amely oka a növény kezdeti fejlődési stádiumában alkalmazott kedvezőtlen megvilágítás volt.

8. ábra: Felvételek a LED felszerelése előtt és után ugyanarról a Tagetes erecta növényről
8. ábra: Felvételek a LED felszerelése előtt és után ugyanarról a Tagetes erecta növényről

A fagyalok esetében az volt egyételműen megállapítható, hogy a dugványok a növényházi fénycsővel megvilágított két szektorban rügyeztek ki legnagyobb arányban a kísérlet végére 50%-ban (természetes fénytől elzárt „B”) és 60%-ban (+ természetes fény „C”) az összes fagyalnövényhez képest. A két másik szekktorban ezektől jóval elmaradva 14% (természetes fénytől elzárt „A”) és 36% (+ természetes fény „D”) volt ugyanez az érték.

A 9. ábráról leolvasható, hogy a 8. és 9. felvételek elkészítésekor, tehát március végén és április elején tömeges növénypusztulások történtek, elsősorban a fénytől elzárt szekciókban, ott is a standard fénycsővel megvilágított „A” szekcióban a legmagasabb arányban. Ennek az elhalásnak az oka a szárak fejletlenségéből adódott. A LED sugárzók felszerelését követően azonban lecsökkentek.

T.e. – Tagetes erecta
T.p. – Tagetes patula

„A” – fénytől elzárt szekció + standard fénycső + LED

9. ábra: Az elpusztult növények számának alakulása a kísérlet során az „A” szekcióban

A LED sugárzók felszerelését követően Tageteseket vetettünk, szektoronként 5-5 darabot. Ezzel az új megvilágítási körülmények hatását kívántuk összehasonlítani a korábbi, más növényeken nyert vizsgálatok eredményeivel. Láthatjuk, hogy a növények magassága esetében a természetes fénnyel is megvilágított „C” (növényházi fénycső) és „D” (LED) szekcióban megfordultak az arányok. Bár a természetes fénytől elzárt „A” (standard fénycső + LED) és „B” (növényházi fénycső) szekciók esetében a magasságot illetően ilyen nagy különbségek nem mutatkoztak, de a közöttük lévő különbség csökkent.

A paradicsom (L.e.) magasságmérésére a természetes napfénnyel is megvilágított „C” és „D” szekciókban a 9. héttől nem volt lehetőségünk, mivel a szárakat fel kellett kötözni.

„A” – Természetes fény kizárása + Standard fénycső, később + LED
„B” – Természetes fény kizárása + Növényházi fénycső
„C” – Természetes fény + Növényházi fénycső
„D” – Természetes fény; később + LED

10. ábra: A növények magassága a LED után telepített növények esetében

A kísérletek során virágbimbók és virágok csak a természetes fénnyel is megvilágított „C” és „D” szekciókban jelentek meg, ott is elsősorban a törpenövésű bársonyvirág (Tagetes patula) esetében. A kinyílt virággal rendelkező növények száma a 11. ábra szerint a „C” szekcióban magasabb, tehát a természetes fényt növényházi fénycsővel kiegészített szektorban. Ez a növényházi lámpának tulajdonítható kedvező hatás, amelyre további bizonyíték, hogy a C szekcióban két paradicsompalánta esetében is megindult a virágzás és később a termés kifejlődése és érése is megtörtént.

„A” – Természetes fény kizárása + Standard fénycső, később + LED
„B” – Természetes fény kizárása + Növényházi fénycső
„C” – Természetes fény + Növényházi fénycső
„D” – Természetes fény; később + LED

11. ábra: Virágot hozó növények száma az összes kísérleti növény számához képest szekciónként

Következtetések

A vizsgálatok azt mutatták, hogy a csak standard fénycsővel megvilágított növények gyengék és színtelenek. Ezek a növények nagyobb arányban pusztultak el a vetéstől számított egy hónap elteltével. Ezzel egyértelműen bizonyítottnak tekinthető, hogy ez a megvilágítási módszer nem megfelelő a növények termesztéséhez.

Bizonyítottnak tűnik továbbá, hogy a mesterséges fényforrásokat kizárólag kiegészítő világításként érdemes alkalmazni a természetes fény mellett. Ezek a rendszerek önmagukban kevésnek bizonyultak még a kifejezetten növények számára kifejlesztett hullámhosszon sugárzó források esetében is.

Fontos további megállapítás, mely szerint szükséges, hogy már a csírázás kezdetén megfelelő fényforrások álljanak rendelkezésre, mivel későbbi felszerelésük már nem tudja a leromlott állapotot hatékonyan feljavítani, csak a pusztulásukat állítja meg. Ez esetben a szár korai gyengesége már túlságosan meghatározza a növények életképességét és a növény nem tud a kiegészítő sugárzás ellenére sem megfelelően fejlődni.

A virágzáshoz a növényházi fénycső bizonyult előnyösebbnek. Ennek a legvalószínűbb oka az, hogy a növények esetében a kék (435 nm) fény a levélképződést és virágképződést segíti elő, amely a növényházi fénycső esetében nagyobb arányban megtalálható a színspektrumban, lásd 3. ábra. Ugyanakkor az általunk alkalmazott mélyvörös LED fényforrás a 660 nm környékén csúcsosodik ki. Így a tapasztalatainkból kiindulva a növényházakban ajánlatos a mélyvörös színű LED sugárzókat kék színspektrummal is kiegészíteni, amellyel a zöldségnövények termőképessége fokozható.

Összefoglalva a megfigyeléseket, az a végkövetkeztetés vonható le, hogy az utólag felszerelt mélyvörös LED sugárzók kedvező hatással vannak a növények fejlődésére kiegészítő fényforrásként. Hatékonyságuk a kék színspektrummal fokozható. A további kutatások megalapozottnak tűnnek, amelyhez a fent bemutatott kutatásaink erős alapot szolgáltatnak.

Köszönetnyilvánítás

Ez a munka részben a Nemzeti Technológia Program támogatásával, a TECH-09-A2-2009-0129 NANOSTER projekt keretében valósult meg.

A szerzők köszönetet mondanak Ezerné Lóth Annamáriának, a Nyugat-magyarországi Egyetem Élő Növénygyűjtemény igazgatónőjének, a munka kisérleti része során a támogatásáért, valamint a cikk megírásában adott segítségéért.

Palocz-Andresen Mihály, Szalay Dóra. Nyugat-magyarországi Egyetem, Erdőmérnöki Kar, Erdészeti- műszaki és Környezettechnikai Intézet
Balázs László, Budai Miklós, GE Hungary Kft., Lighting Technology


Irodalomjegyzék

Demersa, D.; Doraisa, M.; Wienb, W.; Gosselina,A (1198): Effects of supplemental light duration on greenhouse tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) plants and fruit yields. Scientia Horticulturae 74, 295-306 o.

Ilieva, I.; Ivanova, T.; Naydenov, N.; Dandolov, I.; Stefanov, D. (2010): Plant experiments with light-emitting diode module in Svet space greenhouse. Advances in Space Research 46, 840–845 o.

Klaassen, G.; McGregor, R.; Zimmerman, J., Anderson, N. (2005): LED’s: New Lighting Alternative for Greenhouses. Department of Horticultural Science, University of Minnesota.Department of Horticultural Science, University of Minnesota

Kuack, D. (2012): Improving Greenhouse Production with LED Lights.

http://hortamericas.blogspot.hu

McAvoy, R. J.; Janes, H. W. (1988): Alternative production strategies for greenhouse tomatoes using supplemental lighting. Scientia Horticulturae 35, 161-166 o.

Yeh, N.; Chung, J. (2009): High-brightness LEDs—Energy efficient lighting sources and their potential in indoor plant cultivation. Renewable and Sustainable Energy Reviews 13, 2175–2180 o.

JP 2003009662, Hitoshi, I. (2003): Plant Raising Light Utilizing LED.

WO 2009/046548 A2, WILLIAMSON, M. H.(2009): Method and Assembly Using Emitting Dioded (LEDS) for Plant-growing.

WO 2010004489 A1, Jacobs, J.; Marinus, A.; Van Echtelt, E.; Waumans, L. (2010): Illumination arrangement for illuminating Horticultural Growths.

WO 2010003126, KAUFFMAN, R.; SIPES, D. (2010): Light Unit with Light Output Pattern Synthesized from Multiple Light Sources

Mesterséges fény, virág lámpák (2006) http://www.spicy.hu/node/1886

Aquatic Quotient (2004): http://www.aquaticquotient.com/forum/showthread.php/50245-energy-saving-light-bulbs