• LEDWisdom

Full-spektrum ışık ve spektrumu oluşturan dalga boyları ne ifade etmektedir?

Updated: May 6

LEDWisdom olarak sıradaki makalemizi ışık spektrumu hakkında detaylı bilgiler paylaşmak ve LED bitki yetiştirme lambaları piyasasında kullanılan pazarlama metodlarını, ispatlanmış değerli bilgilerden ayırt edebilmenizi sağlayabilmek için hazırladık.


Yazımıza basitçe iki LED türü tanımlayarak başlayabiliriz: monokromatik ve polikromatik LED'ler. Monokromatik LED'ler tek bir dalga boyunda ışık üretirken, polikromatik LED'lerin ürettiği ışık birden fazla dalga boyundan oluşan bir profile yani spektruma sahiptir. LEDWisdom WB150-R ve WB340-R bitki yetiştirme lambalarında kullandığımız hortikültürel full-spektrum LED'ler polikromatik LED, 660nm OSRAM OSLON® LED'ler ise monokromatik LED örnekleridir. 660nm derin kırmızı(deep red) ürün fotoğraflarımızda da görülebildiği üzere sadece kırmızı renkte ve derin kırmızı olarak tanımlanan tonda ışık üretmektedir. Full-spektrum LED'ler ise beyaz ışık üretmekte olup görülebilir tüm dalga boylarında ışık üretmektedir. Polikromatik LED'ler çoğunlukla tüm dalga boylarını farklı miktarlarda üretebilecek şekilde tasarlanırlar ve böylece ürettikleri ışığın yoğunluk/dalga boyu grafiği çizilebilir. Çizilebilecek bu grafik ise ışık spektrumu olarak adlandırılmaktadır.


Spektrumu oluşturan dalga boylarını ve bu dalga boylarının bitkiler üzerindeki karakteristik etkilerini, Michigan Eyalet Üniversitesi Hortikültür Departmanı'nda yürütülen bir dizi deney ve sonrasında web üzerinden yayınlanan bir makaleyi temel alarak açıklamak istedik.


Deneyde ispatlanmaya çalışılan, full-spektrum bitki yetiştirme lambalarımızda bulunan yeşil ışığın, fotosentez için görünür spektrumdaki en az verimli dalga boyu olarak kabul edilmesine karşın, bitkilerin fotosentez yapmasında rol oynaması ve bitkilerin kök ve gövde yapısını geliştirici etkisi bulunmasıdır.


Bitkilerin fotosentez için yeşil ışık kullanmadıklarını savunanlarla karşılaşmak olasıdır ancak bu fikri savunanlar büyük ölçüde hatalıdır. Çoğu bitki, görünür spektrumda bulunan diğer dalga boylarına kıyasla daha fazla yeşil dalga boylarını yansıtırken, nispeten küçük bir yeşil ışık yüzdesi yapraklardan iletilir veya yapraklar tarafından yansıtılır. Yeşil ışığın çok büyük bir kısmı fotosentezde kullanılır. Aşağıda görülen bağıl kuantum verimlilik eğrisi, bitkilerin 300 ila 800 nm arasındaki dalga boylarını ne kadar verimli kullanabildiğini göstermektedir. Yeşil ışık, grafikte de görüldüğü üzere görünür spektrumda en az verimli kullanılan ışık rengidir fakat sanıldığının aksine fotosenteze büyük katkı sağlamaktadır.


Bağıl kuantum verimlilik eğrisi. (McCree, 1972'den Erik Runkle tarafından uyarlanmıştır. Agric. Meteorology 9: 191-216.)



Kapalı ortamlarda gerçekleştirilen bir dizi deneyin bir parçası olarak Michigan Eyalet Üniversitesi, LED'lerden gelen farklı ışık dalga bantlarının (mavi, yeşil ve kırmızı) fidelerin büyümesini nasıl etkilediğini araştırdı. "Early Girl" isimli domates "Vista Red" isimli adaçayı ve "Wave Pink" isimli petunya ve "SuperElfin XP Red" isimli bir kına çiçeği yetiştirme odalarında dört ila beş hafta boyunca 68 derece Fahrenheit sıcaklık ve 160 µmol ∙ m-2 ∙ s-1 altında yetiştirildi. LED ve floresan ışıklar kullanıldı. İlk deneyde her monokromatik LED'in yüzdelesi şöyleydi: M%25 + Y%25 + K%50 ( mavi ve yeşil LED'ler toplam ışığın % 25'erlik kısmı, kırmızı LED'ler % 50'si); M%50 + Y%50; M%50 + K%50; Y%50 + K%50; K%100; ve M%100. Bu deneyde kullanılan mavi LED'ler 446 nm, yeşil LED'ler 516 nm, kırmızı ve derin kırmızı LED'ler 634 ve 664 nm dalga boylarında ışık üretmekteydi.



En az yüzde 25 mavi ışık altında büyüyen bitkiler, yalnızca kırmızı ışık altında büyüyen bitkilere kıyasla yüzde 40 ila 60 daha kısaydı. Yüzde 50 yeşil ve yüzde 50 kırmızı ışıkla büyütülen bitkiler, sadece kırmızı ışık altında yetiştirilenlerden yaklaşık yüzde 25 daha kısaydı, ancak yüzde 25'ten fazla mavi ışık altında büyüyen tüm bitkilerden yaklaşık yüzde 50 daha uzundu. Bu nedenle mavi ışığın, kapalı bir ortamda bitkinin yukarı doğru büyümesinini yeşil ışıktan daha fazla bastırdığı görüldü. Yüzde yirmi beş yeşil ışığın, taze ağırlığı etkilemeden aynı mavi ışık yüzdesinin yerini rahatlıkla alabildiği ortaya çıktı.


Bitkilerin yaprak ve gövde gelişiminin yanında kök büyüme farkları da göze çarpmaktaydı. Bütün dalga boylarının %25 oranlarda kullanıldığı spektrum altında büyüyen bitkinin kök sistemi diğerlerine kıyasla oldukça gelişmiş durumdaydı.


Sıradaki deneydeki bitkiler, mavi (B), yeşil (G) ve kırmızı (R) LED'ler ve floresan lambalar (FL) altında aynı yoğunlukta dört hafta boyunca büyütülmüştür. Önceki paragrafta kodladığımız şekilde her renkten sonra gelen sayı, o rengin yüzdesini temsil etmektedir, örneğin, B50 + R50, bitkilerin yüzde 50 mavi ışık ve yüzde 50 kırmızı ışık altında büyüdüğü anlamına gelir.




Yalnızca kırmızı ışık altında yetiştirilen bitkilerin yaprak alanı, yüzde 25 veya daha fazla mavi ışıkla yetiştirenlere kıyasla yüzde 50 ila 130 daha büyüktür. Benzer şekilde, sadece kırmızı ışık altındaki bitkiler, yüzde 25 veya daha fazla mavi ışık altındaki bitkilerden yüzde 50 ila 110 daha fazla taze ağırlığa sahiptir.



Floresan lambalar altında yetiştirilen bitkiler, genellikle sadece kırmızı ışık altında yetiştirilen bitkilere benzer taze ağırlık ve yaprak alanına sahipken, boyları %50 yeşil + %50 kırmızı altındaki bitkilere benzerdi. Kına çiçekleri, deney sırasında çiçek tomurcukları üreten tek türdü, ancak yalnızca en az yüzde 25 mavi ışık altında bulunan kınaçiçekleri tomurcuk üretti. Ödem geliştiren domates yaprakçıklarının sayısı kırmızı ışık altında en fazla olmuş ve mavi ışık yüzdesi arttıkça ödem azalmıştır.


Üçüncü bir deneyde, aynı tür bitkiler farklı mavi ve kırmızı ışık yüzdeleri altında, 160 umol m-2 s-1 de olmak üzere dört hafta boyunca yetiştirildi. Kullanılan monokromatik LED'lerin tümü kırmızı (R100), tümü mavi (B100) veya şu yüzdelerde idi: B6 + R94, B13 + R87, B25 + R75 ve B50 + R50.



Kırmızı ışık, önceki deneyde olduğu gibi iki farklı kırmızı monokromatik LED ile sağlandı. En az yüzde 6 mavi ışık altında büyüyen bitkiler, mavi ışık olmayan bitkilerden yüzde 25 ila 50 daha kısaydı. Kına çiçeği, adaçayı ve petunyanın yaprakları, en az yüzde 50 mavi ışık altındaki bitkilerdeki yapraklara kıyasla sadece kırmızı ışık altında büyütüldüğünde yaklaşık iki kat daha büyüktü. İkinci deneye benzer şekilde, artan mavi ışık yüzdesinin sağlanması, dişilerde daha fazla çiçek tomurcuğu ve domateslerde daha az ödemle sonuçlandı.


Bu gözlemler ve sonuçlar doğrultusunda spektruma mavi ışığın eklenmesinin gövde uzamasını ve yaprak genişlemesini hızlandırmayacağı, bitkileri sadece kırmızı ışık veya kırmızı ve yeşil ışık altında yetiştirmenin gövde uzunluğunu ve yaprak boyutunu artırabileceği sonucuna varabiliriz. Daha önce belirttiğimiz üzere yüzde yirmi beş yeşil ışık, taze ağırlığı etkilemeden yüzde 25 mavi ışığın yerini alabilecektir, ancak bitkiler daha uzun olacaktır. Kırmızı baskın bir ortama mavi ışık eklendiğinde, kına çiçeklerinde ürün verme fonksiyonlarının uyarılması ve domateste ödem görülme sıklığının azalması mavi ışığın ürün kalitesi üzerindeki olumlu etkisini ortaya koymuş oldu.


Mavi ve kırmızı ışık oranı, istenilen yaprak boyutlarına ve gövde uzunluklarına sahip fideler üretmek için ayarlanabilir. Kırmızı ışık, yaprak boyutunu ve gövde uzunluğunu arttırdığı için en büyük biyokütleye sahip bitkilerin ortaya çıkmasını sağlamaktadır. Sadece mavi ışık içeren bir bitki yetiştirme lambaları daha kompakt bitkiler yetiştirdi ve bu bitkilerden alınan ürünler genellikle daha yüksek bahçecilik kalitesine sahipti, ancak bitkilerin yaprak boyutları daha küçüktü. Buradan daha büyük yapraklar ve yüksek bahçecilik kalitesinde ürünler alınması için mavi ışıkla beraber diğer renklerin de doğru dengede kullanılması gerektiği sonucunu çıkarabiliriz.


Yeşil ışığın spektruma dahil edilmesinin potansiyel diğer avantajları ise çalışanların göz yorgunluğunu azaltmak ve görüş netliğini arttırmaktır. Tek renkli veya bazen mavi ve kırmızı gibi iki renk ışık altında bitkiler normalde oldukları renklerde görünmeyeceklerdir ve bu da beslenme, hastalık veya haşere sorunlarının fark edilmesini zorlaştıracaktır. Yeşil ışığın bir başka potansiyel avantajı ise kanopiye diğer ışık dalga bantlarından daha iyi girebilmesidir. Daha iyi kanopi penetrasyonu ile, daha düşük yaprakların fotosentez yapmaya devam etmesi ve alt yaprakların daha az kaybına yol açması mümkündür. Alt bölgelerden alacağınız ürünlerde kalite ve ağırlık farkı dikkat çekici olacaktır.


Bu bilgileri, istediğiniz yapısal özellikteki bitkileri şekillendirirken kullanabilirsiniz fakat bu, çoğu rakip aydınlatma firmalarının ürünlerini kullanarak kusursuz bir biçimde yapılamaz. Işık spektrumları, LEDWisdom olarak yaptığımız gibi mahsul üretiminde en yüksek verimi alabileceğiniz şekilde düzenlenmiş olmak zorundadır. Spektrum ve parlaklık açısından kusursuz reçeteyi ortaya koyabilmek için doğru seçilmiş full-spektrum LED'ler kullanılması gerekir. Doğru oranda eklenecek kırmızı monokromatik LED'ler ise spektrumda yapılacak en verimli geliştirme olarak kabul edilebilir. Paylaştığımız gözlemlerin ve sonuçların full-spektrum bitki yetiştirme lambalarımızca üreten bütün ışığın fotosentez için kullanılabildiğini sizlere açıklayabildiğini umuyoruz. Bitkilerinizi yatay ve düşey eksenlerde doğru ve maksimum oranlarda geliştirebilmeniz için LEDWisdom bitki yetiştirme lambası reçetemizi sunuyoruz.


Referanslar;


1- Heidi Wollaeger, M., & Erik Runkle, M. (2018, September 25). Green light: Is it important for plant growth? Retrieved October 25, 2020, from https://www.canr.msu.edu/news/green_light_is_it_important_for_plant_growth


2- McCree, K.J. (1972) The Action Spectrum, Absorptance and Quantum Yield of Photosynthesis in Crop Plants. Agricultural Meteorology, 9, 191-216.


3- Runkle, H., Sofia Flores | Rosanna Freyre | Paul Fisher, Wright, J., Fisher, |., Gallagher, A., Heidi Lindberg ([email protected]) is a former graduate research assistant and now educator with Michigan State University (MSU) Extension. See all author stories here., . . . Says:, B. (2016, August 26). Growing Seedlings Under LEDs: Part Two. Retrieved October 25, 2020, from https://www.greenhousegrower.com/production/plant-culture/growing-seedlings-under-leds-part-two/