Fotosynteza i klimat w pomieszczeniu uprawowym

Fotosynteza

Najprościej mówiąc, fotosynteza oznacza wykorzystanie energii promieniowania fotosyntetycznie czynnego pochodzącego ze słońca lub sztucznego oświetlenia do syntezy węglowodanów z dwutlenku węgla i wody. Następnie węglowodany te służą jako źródło energii do wzrostu i kwitnienia roślin. Im szybsza fotosynteza, tym więcej węglowodanów rośliny mogą wykorzystać do swojego rozwoju i tym lepsze warunki do uzyskania obfitych plonów.

Na tempo fotosyntezy mają wpływ przede wszystkim temperatura i wilgotność powietrza, natężenie promieniowania foto- syntetycznie czynnego, stężenie CO2, woda i odżywianie mineralne. 

Powyższe informacje nie oznaczają, że jeśli dostarczysz roślinom za dużo wszystkiego, tempo fotosyntezy będzie szybsze. Wyobraźcie sobie przez chwilę, że wasza roślina jest samochodem, którego prędkość zależy od opon, benzyny i pedału gazu. Aby samochód jechał tak szybko, jak to możliwe, musi mieć odpowiednio napompowane opony, wystarczającą ilość paliwa w baku i wciśnięty pedał gazu. Można na przykład zwiększyć osiągi, stosując benzynę wyższej jakości o wyższej liczbie oktanowej. Jeśli jednak nie masz odpowiednio napompowanych opon, samochód nie pojedzie szybciej nawet przy użyciu lepszej benzyny. Opór kół będzie zbyt duży i spowolni samochód. W takim przypadku marnowanie zasobów na lepszą benzynę nie ma sensu, niezależnie od tego, jak mocno wciśniesz pedał gazu. To samo można odnieść do roślin. Nie ma sensu zwiększać poziomu CO2 w pomieszczeniu do uprawy, jeśli intensywność oświetlenia nie jest prawidłowa, a temperatura wil gotność, nawadnianie i odżywianie nie są dostosowane i zoptymalizowane. Niestety, duża liczba growerów zwraca uwagę tylko na jeden z wielu aspektów fotosyntezy. W końcu inwestują w zaawansowane systemy dozowania CO2 itp., choć nie są w stanie utrzymać optymalnej temperatury i wilgotności w pomieszczeniu do uprawy.

Temperatura i wilgotność powietrza w uprawie marihuany

Te dwa parametry są ze sobą bardzo ściśle powiązane i dlatego należy się nimi zająć w tym samym czasie. Im wyższa temperatura powietrza, tym więcej wody w postaci pary wodnej może zawierać powietrze. Pozwolę sobie teraz pokrótce wyjaśnić różnicę między wilgotnością bezwzględną, a względną. Wilgotność bezwzględna określa masę pary wodnej zawartej w jednej jednostce masy powietrza, natomiast wilgotność względna wyraża stosunek między rzeczywistą ilością pary wodnej a ilością pary wodnej, jaką może pomieścić powietrze w danej temperaturze. Gdy wilgotność względna wynosi 100%, powietrze jest całkowicie nasycone parą wodną i nie może już jej pomieścić. Dla przykładu: jeśli wilgotność bezwzględna powietrza w temperaturze 25°C wynosi 12,8 g/m3 , a wilgotność względna 55% i podniesiemy temperaturę do 28°C, to wilgotność bezwzględna pozostanie taka sama, natomiast wilgotność względna spadnie do około 47%. Oznacza to, że bezwzględna ilość pary wodnej nie zmienia się, ale zmniejsza się nasycenie powietrza parą wodną. Z punktu widzenia uprawiającego ważniejsze jest monitorowanie wilgotności względnej, ponieważ zbyt wysokie wartości prowadzą do skraplania się rosy na ścianach pomieszczenia uprawowego i na liściach roślin (optymalne warunki dla rozwoju pleśni). Co więcej, nieprawidłowy stosunek temperatury do wilgotności ma bezpośredni wpływ na tempo transpiracji, co skutecznie spowalnia fotosyntezę.

Aby zapewnić optymalne warunki dla fotosyntezy, system klimatyzacyjny powinien być w stanie ogrzewać, chłodzić, osuszać i nawilżać powietrze. Niestety, taki system może być bardzo kosztownym narzędziem dla growerów domowych. Można jednak rozwiązać wszystkie problemy za pomocą zestawu wentylatorów, oddzielnej jednostki klimatyzacyjnej, a także ogrzewania, osuszacza i nawilżacza. Wszystkie te narzędzia należy podłączyć do jednostki sterującej,  w której można ustawić żądane wartości. Smart Grow Controller został przeze mnie przetestowany w sposób zadowalający, ale na rynku dostępnych jest wiele różnych urządzeń.

Tak czy inaczej, w przypadku większych pomieszczeń do uprawy lepiej jest wyposażyć je w tak zwany indywidualny system HVAC. HVAC to skrót od słów Heating, Ventilation and Air Conditioning (ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja). Zaletą takiego złożonego systemu jest to, że pozwala on zaoszczędzić znaczną ilość energii w porównaniu z systemem składającym się z pojedynczych elementów. W przypadku systemu HVAC nie ma możliwości jednoczesnego ogrzewania i chłodzenia lub nawilżania i osuszania. Systemy HVAC są wykorzystywane w wielu różnych działaniach i istnieje wiele firm, które mogą zbudować taki system. Jednak uprawa roślin przy sztucznym oświetleniu to bardzo specyficzna działalność, w której warunki pracy systemu HVAC zmieniają się szybko i często, podobnie jak wartości docelowe i wymagania dotyczące wydajności. Dlatego zalecam wybór systemu HVAC wyprodukowanego przez firmy z dużym doświadczeniem w podobnych środowiskach uprawy. Jedną z tańszych opcji, o których chciałbym wspomnieć, są systemy OptiClimate.

Trzeba tylko mieć świadomość, że nawilżanie trzeba załatwiać osobno, a wydajność osuszania jest również niższa niż zazwyczaj. Zaletą jest jednak to, że można używać tego urządzenia nawet w mniejszych i średnich pomieszczeniach do uprawy. W przypadku dużych operacji należy wybrać system HVAC dostosowany do potrzeb klienta, pod warunkiem, że poważnie podchodzi się do uprawy i stawia na najwyższą jakość i wydajność. Niedawno miałem okazję zobaczyć jeden z takich systemów w Szwajcarii. Firma CarbonActive pokazała mi swój zaawansowany system z pełną kontrolą klimatu, szczegółowymi ustawieniami, rejestracją danych, odzyskiwaniem ciepła i innymi gadżetami w swoich czterech pokazowych pomieszczeniach do uprawy.

Temperatura roślin

Sądzę, że wciąż niewiele osób monitoruje temperaturę liści. Tymczasem jest to kluczowy czynnik, jeśli chodzi o prawidłową transpirację i fotosyntezę. W idealnych warunkach, liście są o dwa stopnie Celsjusza chłodniejsze niż powietrze w pomieszczeniu do uprawy. Promieniowanie cieplne z lampy i powietrze przepływające w pomieszczeniu do uprawy to dwa główne czynniki wpływające na temperaturę liści. Promieniowanie cieplne z konwencjonalnych lamp jest o wiele bardziej intensywne niż z nowoczesnych modułów oświetleniowych LED. Ciepło z lamp konwencjonalnych rozchodzi się od lampy we wszystkich kierunkach, a więc także na rośliny.

Stosując moduły LED nie trzeba się o to martwić. Ciepło promieniowania nie jest emitowane przez diody. Aby uzyskać dłuższą żywotność diod LED, należy je schłodzić za pomocą pasywnej lub aktywnej chłodnicy. W obu przypadkach ciepło jest emitowane z modułów ku górze, co oznacza, że tylko jego ułamek dociera do roślin znajdujących się poniżej. Dzięki temu moduły można umieścić znacznie bliżej roślin, bez ryzyka ich poparzenia. Nadal jest wielu zwolenników tradycyjnych systemów oświetlenia sodowego i metalohalogenkowego, którzy uważają, że ciepło promieniujące z lamp odgrywa istotną rolę i że zastąpienie tego ciepła wiąże się z takimi samymi kosztami (co najmniej) jak w przypadku stosowania tradycyjnych lamp.

Ja jednak uważam, że najważniejszy jest właściwy przepływ powietrza w pomieszczeniu do uprawy. W takim przypadku ciepło z modułów LED nie "zostaje" w górnej części pomieszczenia, lecz łatwo rozchodzi się po całym pomieszczeniu i ogrzewa całą jego powierzchnię. Co więcej, nie trzeba się obawiać, że zbyt intensywna emisja ciepła spowoduje zbyt duży wzrost temperatury w pomieszczeniu do uprawy, zmuszając do przyciemniania światła do czasu ponownego obniżenia temperatury. Może się to zdarzyć tylko w przypadku stosowania tradycyjnych lamp; w przypadku modułów LED nie trzeba się martwić o taki scenariusz.

Niezależnie od tego, czy stosuje się moduły LED, czy tradycyjne lampy, zdecydowanie należy kontrolować temperaturę roślinności. Bardzo zimne liście spowalniają strumień transpiracji, ponieważ zamykają swoje szparki. Jednocześnie transpiracja pary wodnej przez aparaty szparkowe poza roślinę wytwarza niezbędne podciśnienie, które napędza strumień transpiracji.

Tak długo, jak aparaty szparkowe są zamknięte, para wodna nie może się wydostać, a to prowadzi do tego, że roślina nie może pobierać dodatkowej wody, co oznacza, że nie może pobierać składników odżywczych. Aparaty szparkowe na liściach są również ważne, ponieważ roślina wchłania przez nie dwutlenek węgla. Aby fotosynteza przebiegała szybko, trzeba po prostu utrzymywać otwarte aparaty szparkowe. Należy jednak uważać na zbyt wysoką temperaturę liści. Na początek zaopatrz się w prosty termometr bezdotykowy i porównuj temperaturę liści z temperaturą powietrza. Bardziej zaawansowaną metodą jest połączenie kamery na podczerwień ze źródłem światła i systemem HVAC.

VPD

Wiele zostało powiedziane i napisane na temat różnic w ciśnieniu pary wodnej wewnątrz i wokół liścia. Jednak w tym artykule nie mogę całkowicie pominąć tego tematu, ponieważ jest to absolutnie niezbędna cecha wpływająca na tempo transpiracji. Jeśli chcemy utrzymać otwarte aparaty szparkowe, najlepiej jest utrzymywać różnicę ciśnienia pary wodnej (VPD) wewnątrz i na zewnątrz liścia w zakresie 0,4-0,8 kPa dla siewek, 0,8-1,2 kPa w fazie wzrostu i 1,2-1,6 kPa w fazie kwitnienia. Aby utrzymać pożądane wartości, konieczne jest utrzymywanie temperatury i wilgotności względnej w ściśle określonych proporcjach. W tym celu należy zapoznać się z tabelą zamieszczoną w tym artykule, która została opracowana dla temperatury liści niższej o 2°C od temperatury powietrza.

Oświetlenie, co2 i składniki odżywcze

Teraz, gdy macie już pełną kontrolę nad klimatem w pomieszczeniu do uprawy, możecie pójść dalej i zwiększyć intensywność oświetlenia, dodać dwutlenek węgla i zwiększyć podaż składników odżywczych. Jeśli chodzi o oświetlenie, najlepsze rezultaty osiągam przy natężeniu PPFD na poziomie 900-1100 μmol/m2/s. Nieco wyższą wydajność, biorąc pod uwagę stosunek kosztów energii do plonów, uzyskuje się przy wartościach około 750 μmol/m2/s. Jeśli chodzi o dwutlenek węgla, najlepszą praktyką jest - gdy prowadzę uprawę z całkowicie zamkniętym systemem HVAC i nie mam pełnej kontroli nad całym klimatem - utrzymywanie stężenia CO2 na poziomie 400-600 ppm. W optymalnych warunkach zwiększam stężenie do 900-1100 ppm w fazie kwitnienia i zmniejszam je do 600 ppm w ostatnich dwóch tygodniach kwitnienia.

Przy zapewnianiu idealnych warunków należy także zwrócić uwagę na większe zużycie składników odżywczych. Jednak maksymalne wartości EC nie powinny przekraczać 2,4. Przy zwiększaniu EC należy pamiętać o zachowaniu zalecanych proporcji poszczególnych składników odżywczych.

Przeczytaj na Soft Secrets także o:

Nawozy mineralne czy organiczne?

Różnice między uprawami w glebie i kokosie

Nasiona vs. klony