اهمیت نور در گلخانه
گلخانه سازه‌ای با ابعاد مختلف است که هر جزء آن، اثرات مستقیمی بر رشد محصول و نهایتا کیفیت، کمیت و مدیریت محصول دارد که در پایان، اثر خود را در افزایش سود و کاهش هزینه‌ها نشان خواهد داد. توجه به این نکته حائز اهمیت است که فقدان مدیریت صحیح در احداث گلخانه، باعث بهره‌وری نامناسب از سرمایه و امکانات خواهد شد. گلخانه باید بتواند محیط کنترل شده‌اي براي نور، حرارت و رطوبت کافي به منظور تولید گیاه فراهم کند.
سه جزء اصلی فرایند فتوسنتز گیاهان شامل آب، دی‌اکسیدکربن و نور است. نور یکی از عوامل مؤثر در رشد و نمو گیاه است. نور طبیعی خورشید، ارزان‌ترین منبع در دسترس است؛ اما این منبع همیشه و به مقدار کافی در دسترس نیست. همچنین انرژی خورشیدی که توسط گیاهان استفاده می‌شود، شامل بخش کوچکی از طیف نوری خورشید است. بنابراین استفاده از نور مصنوعی به منظور افزایش محصول و ارتقای کیفیت آن، دیگر متداول شده است. تنها در شرایط خاص و روزهای ابری و زمستانی و در مناطقی که نور خورشید کم است، استفاده از نورهای مصنوعی برای تأمین نور مورد نیاز برای فرایند فتوسـنتز گیاهان میتواند نقش مؤثری در افزایش عملکرد ایفا کند. شایان ذکر است که در طول تابستان که حداکثر تابش نور خورشید وجود دارد، بایستی شدت عبور نور کاهش داده شود؛ زیرا شدت بالای نور سبب افزایش دمای برگ‌ها و در نتیجـه آفتاب سوختگی گیاهان گلخانه‌ای خواهد شد. بنابراین بایستی با پرده‌های سایه انداز که در داخل یا بیرون گلخانه نصب می‌شود، میزان عبور نور را کاهش داد.
دی‌اکسیدکربن و نور در فرایند فتوسنتز مکمل یکدیگر هستند. بنابراین در هنگام استفاده از نورهای تکمیلی در گلخانه‌ها، غلظت دی‌اکسیدکربن نیز می‌بایست کنترل شود و در صورت نیاز، اقدام به تزریق دی‌کسیدکربن در گلخانه کرد. دی‌اکسیدکربن مایع، یخ خشک و احتراق سوخت‌های بدون سولفور میتواند به عنوان منابع تأمین دی‌اکسیدکربن مورد استفاده قرار گیرد.
شکل 1- اهمیت نور در گلخانه
به منظور استفاده حداکثری از نور طبیعی خورشید در فصل زمستان، می‌بایست به عوامل طراحی گلخانه شامل شکل سازه و جهت آن توجه کرد. گلخانه‌ها با سقف قوسی شکل دارای میزان عبور نور بیشتری نسبت به گلخانه‌های با سقف دارای شیب 25 درجه هستند و همچنین میزان عبور نور در گلخانه‌های با جهت شرقی-غربی در زمستان بیشتر و در تابستان کمتر از گلخانه‌های با جهت شمالی-جنوبی است.
اندازه‌گیری نور
واحد اندازه‌گیری نور در سیستم بین‌المللی، لوکس است که به صورت شار نوری بر واحد سطح تعریف می‌شود. هر لوکس معادل یک لومن بر مترمربع است. در نورسنجی، لوکس به عنوان مقیاسی برای سنجش شدت نوری که به وسیله چشم انسان درک می‌شود، مورد استفاده قرار می‌گیرد. امروزه دستگاه‌های اندازه‌گیری نور در بازار موجود است که به عنوان لوکس‌متر شناخته می‌شوند. دستگاه لوکس‌متر قابل کاربرد برای اندازه‌گیری شدت نور در محیط را نشان میدهد.
بازده نوری: بازده نوری عبارت است از میزان نور قابل مشاهده برحسب لومن به ازای هر وات مصرف انرژی الکتریسیته و برحسب لومن بر وات بیان می‌شود.
منبع نور ایدئال: بازده نوری یک منبع نور ایدئال 683 لومن بر وات است. در یک منبع نور ایدئال تمامی انرژی دریافت شده به نور تبدیل می‌شود. به عبارت دیگر یک وات نور قابل مشاهده برابر 683 لومن است.
شکل 2- استفاده از لامپ‌های مصنوعی برای تامین نور مورد نیاز گیاهان گلخانه‌ای
نور طبیعی (نورخورشید)
-
همانطور که می‌دانید خورشید منبع نور طبیعی است و همچنین دارای مشخصات زیر است:
-
یکی از عوامل مؤثر بر فتوسنتز فعال در گیاهان مدت زمان تابش نور خورشید است.
-
شدت نور از مکانی به مکان دیگر، متغیر است و معمولا از صفر در ابتدای روز شروع شده و 100000 تا 150000 لوکس (لومن بر مترمربع) در نیمروز می‌رسد.
-
شدت نور در روزهای ابری کاهش می‌یابد، در نتیجه سبب کاهش فتوسنتز گیاهان می‌شود.
-
شدت نورهای کمتر از3200 لوکس یا بیشتر از 129000 لوکس برای رشد گیاهان نامناسب است و میزان مطلوب آن برای بیشتر گیاهان لوکس است.
شکل 3- استفاده از نور طبیعی خورشید برای تامین نیاز نوری گیاهان گلخانه‌ای
تمام نورهای ایجاد شده از منابع نوری مانند خورشید دارای رنگ‌های بسیاری هستند که از طیف فرابنفش تـا فروسرخ را شامل می‌شود که تمام جنبه‌های رشد گیاه را تحت تأثیر قرار میدهد. بیشتریـن فعالیت مناسـب فتوسنتز در طیف‌های نوری آبی و قرمز صورت می‌گیرد و طیف‌های نوری زرد و سبز کمترین تأثیر در فتوسنتز را دارند. رشد گیاه در نور فرابنفش (طول موج کمتر از 4۰۰ نانومتر) متوقف می‌شود و نور فروسرخ (طول موج بالاتر از 8۰۰ نانومتر) گیاهانی ضعیف و طویل به وجود می‌آورد. نتیجه‌ای که از بررسی رفتار گیاهان در طول موج‌های مختلف حاصل می‌شود، نشان میدهد طول موج آبی یعنی 400 تا نانومتر بهترین نور برای رشد برگ‌های گیاهان سبز و سبزیجات است. طول موج نور قرمز یعنی محدوده 610 تا 720 نانومتر بهترین نور برای پرورش گل، گلدهی و فتوسنتز گیاه است.
نور مصنوعی
گیاهان نسبت به رنگ نور بسیار حساس‌تر از انسان هستند و این حساسیت در انواع مختلف گیاهان متفاوت است. به کارگیری منابع نوری کارآمد برای گیاهان به همراه دستورالعمل صحیح استفاده از آن، برای به دست آوردن نتایج مطلوب در تولید و رشد گیاهان بسیار حائز اهمیت است.
انواع لامپ‌های قابل استفاده در گلخانه‌ها
لامپ‌های حبابی رشته‌ای (التهابی)
لامپ‌های حبابی رشته‌ای (التهابی) در اندازه‌های 40 تا 500 وات است و فقط 7 درصد از انرژی الکتریکی را به انرژی نوری تبدیل کرده و 93 درصد باقیمانده را به گرما تبدیل می‌کنند. این لامپ‌ها نورهای با طول موج سرخ و فروسرخ تولید می‌کنند و سبب طویل و نرم شدن بافت‌های گیاهی می‌شوند. عمر متوسط این لامپ‌ها 750 تا 1۰۰۰ ساعت است. همراه این لامپ‌ها منعکس کننده‌های گنبدی شکل برای انعکاس نور به سمت گیاهان استفاده می‌شود.
شکل 4- استفاده از لامپ های حبابی رشته‌ای در گلخانه
لامپ‌های فلورسنت (مهتابی)
لامپ‌های فلورسنت در اندازه‌های 40 تا 6۰ وات بوده و میزان تبدیل انرژی الکتریکی آن‌ها به انرژی نوری 2۰درصد است. این لامپ‌ها دارای دو نور آفتابی و مهتابی هستند که نوع مهتابی آن دارای مقدار بسیار کمی امواج سرخ و فاقد امواج فروسرخ است و به عنوان نور سفید شناخته می‌شود و به طور معمول برای محصول‌هایی شبیه خیار گوجه‌فرنگی و فلفل گلخانه‌ای استفاده می‌شود. در صورتی که برای تحریک گیاه به گلدادن باید از نور سرخ و فروسرخ استفاده شود، مجموعه دو لامپ مهتابی و آفتابی طیفی مشابه طیف خورشید ایجاد می‌کند.
شکل 5- استفاده از لامپ مهتابی در گلخانه
لامپ‌های فلورسنت فشرده یا کم‌مصرف
لامپ‌های فلورسنت فشرده که در بازار به عنوان لامپ‌های کم مصرف شناخته می‌شوند، در مقایسه با لامپ‌های فلورسنت عادی همان مقدار نور مرئی تولید می‌کنند؛ ولی میزان مصرف برق آن‌ها یک پنجم تا یک سوم بـوده و طول عمرشان هشت تا پانزده برابر است. قیمت آن‌ها بالاتر از لامپ‌های احتراقی است؛ اما به علت طول عمر بیشتر و مصرف برق کمتر در نهایت خرید آن‌ها نسبت به لامپ‌های قدیمی پنج برابر به صرفه‌تر هستند.
لامپ‌های با شدت بالای تخلیه الکتریکی (HID)
لامپ‌های با شدت بالای تخلیه الکتریکی حالت فشرده دارند و کمتر توسط تغیرات دما تأثیرپذیر هستند و همچنین بازده تبدیل انرژی الکتریکی به فتوسنتز فعال بالایی دارند. انواع لامپ‌های HIDشامل لامپ‌های سدیمی، لامپ‌های جیوه‌ای و لامپ‌های هالوژن هستند.
لامپ‌های سدیمی خود به دو دسته سدیمی با فشار بالا (HPS) و فشار پایین (LPS) تقسیم می‌شوند. لامپ‌های سدیمی با فشار بالا دارای طیف‌های نوری زرد تا نارنجی بوده، در صورتی که لامپ‌های سدیمی با فشار پایین دارای طیف نوری زرد هستند.
شکل 6- استفاده از لامپ های سدیمی در گلخانه
در لامپ‌های جیوه‌ای نور به وسیله عبور جریان الکتریکی از محیط گاز یا بخار تحت فشار تولید می‌شود. روشن شدن آن‌ها به منظور بالارفتن فشار درون لامپ چند دقیقه زمان می‌برد. طیف نوری این لامپ‌ها آبی-سفید به همراه بخش کوچکی از نور سرخ است و در اندازه‌های 400 تا 1000 وات وجود دارد.
لامپ‌های هالوژن 50 درصد نور بیشتری از لامپ‌های سدیمی دارند و میزان تبدیل انرژی الکتریکی آن‌ها به انرژی نوری حدود 2۰درصد است. این لامپ‌ها طیف‌های نوری آبی-بنفش را تولید می‌کنند و در ترکیب با لامپ‌های سدیمی فشار بالا (طیف نوری زرد-نارنجی) مورد استفاده قرار می‌گیرند. این لامپ‌ها در اندازه‌های تا 2000 وات وجود دارند.
لامپ‌های ال ای دی
لامپ‌های ال ای دی، دیودهای ساطع کننده نور هستند که از تکنولوژی دیود نورافشان استفاده می‌کنند. این لامپ‌ها که در ابتدا بیشتر به عنوان یک چراغ قرمز رنگ در درون دستگاه‌های الکترونیکی کاربرد داشتند، با توجه به مصـف برق کم نسبت به سایر لامپ‌ها، عمر بسیار بالا و فناوری جدید ساخت به رنگ‌های دیگر توانسته‌اند جای خود را در صنعت روشنایی در دنیا باز کنند. لامپ‌های ال ای دی طول عمری بین 50 هزار تا 60 هزار ساعت دارند. این طول عمر قابل مقایسه با طول عمر لامپ‌های دیگر نیستند. از دیگر مزیت‌های لامپ‌های ال ای دی میتوان به بازده نوری (lum/watt) بالای این لامپ‌ها اشاره کرد.
کاهش مصرف انرژی و افزایش بهره‌وری همواره یکی از دغدغه‌های اصلی فعالان عرصه‌های مختلف تولیدی است. در همین راسـتا جایگزینی لامپ‌های قدیمی با لامپ‌های ال ای دی در گلخانه‌هـا، نه تنها موجب کاهش 60 تا 70 درصدی مصرف انرژی می‌شود، بلکه موجب رویش بهتر و یکنواخت گیاهان می‌شود. در مقایسه با سیستم‌های روشنایی معمولی، لامپ‌های ال ای دی دارای طیف نوری کامل هستند، به سادگی نصب می‌شوند و فضای کمی را اشغال می‌کنند. امروزه در بازار لامپ‌های ال ای دی مخصوص رشد گیاهان به عنوان چراغ رشد یا چراغ گیاه شناخته می‌شوند.
شکل 7- استفاده از لامپ های ال ای دی در گلخانه
این لامپ‌ها منبعی نوری هستند که برای شبیه‌سازی نور خورشید به منظور رشد گیاه به وسیله انتشار یک طیف الکترومغناطیسی مناسب برای تحریک و تقویت فتوسنتز طراحی شده‌اند. بسـته به انواع گیاهان تحت کشت و مراحل کشت (جوانه‌زنی، رویش، گلدهی یا میوه‌دهی)و فتوپریود (دوره نوردهی) مورد نیاز گیاه، نور خروجی لامپ‌های رشد ال ای دی محدوده خاصی از طیف و شدت نور و دمای رنگ مطلوب گیاهان را تأمین می‌کند.