Свет глазами каннабиса

Мы все знаем, насколько важен свет для производства каннабиса. Чтобы оптимизировать фотосинтетическую активность растений каннабиса, необходимо понять, как растение захватывает и использует энергию света для создания растительных тканей и соединений, таких как глюкоза (для еды) и каннабиноиды, такие как ТГК (для нас). Интенсивность света и качество света, то есть длина волны, играют чрезвычайно важную роль в фотосинтезе и росте каннабиса. В этой статье мы рассмотрим, как это происходит и какие компоненты света играют наибольшую роль.

Что такое Свет?
Свет имеет характеристики как волны, так и частицы. На рисунке 1 показаны длины волн красного и синего света. Расстояние между пиками волны измеряется в нанометрах (нм). По мере изменения этого расстояния или частоты меняется и цвет света. Например, красный цвет находится на одном конце видимого спектра и является результатом света с длиной волны от 620 до 750 нм. Синий свет находится на противоположном конце и имеет более короткую длину волны — от 650 до 675 нм. Свет также генерируется с длинами волн, выходящими за пределы видимого диапазона наших глаз, например, ультрафиолетовый (УФ) свет, и этот свет также влияет на процессы растений, особенно в конце периода цветения.

Все, что имеет цвет или пигменты, например листья растений, отражает или поглощает свет. Свет, отраженный от объекта, попадает в наши глаза, заставляя нас видеть этот цвет. Основная длина волны света, отражаемого каннабисом, зеленая, во многом благодаря пигментам, таким как хлорофилл а и b в листьях; то, что мы не видим как отраженный свет, в основном поглощается листьями. Листья каннабиса поглощают большинство форм видимого света, кроме зеленого и желтого. Большая часть отраженного света имеет зеленый цвет, поэтому отраженный желтый свет не заметен.

Однако листья могут начать желтеть, если растения не здоровы. Это происходит потому, что нездоровые листья не содержат достаточного количества молекул хлорофилла. Из-за отсутствия хлорофилла зеленый свет не отражается листьями, а желтый становится доминирующей длиной волны отражения. То же явление происходит каждую осень, когда листья лиственных деревьев начинают расщеплять хлорофилл; Затем деревья вытягивают богатые энергией продукты распада из листьев, прежде чем они опадут на зиму. Результатом потери молекул хлорофилла являются ярко-красные, оранжевые и желтые цвета осеннего сезона.

Как уже говорилось, свет также имеет характеристики частицы. Эти частицы света называются фотонами. Когда светит солнце или включен свет, фотоны света льются вниз, как капли дождя. Чем выше интенсивность (сила) света, тем больше количество излучаемых фотонов; Вот почему так важно держать искусственный свет рядом с кронами растений в помещении. Каждый тип фотона имеет определенную длину волны, по которой он движется. Таким образом, лампочка, которая, как говорят, изобилует синим светом, будет излучать фотоны с длинами волн от 650 до 675 нм.

Фотосинтетические пигменты в каннабисе
Удивительная вещь в растениях, включая каннабис, заключается в том, как они берут энергию фотонов света и преобразуют ее в молекулы химической энергии. Этот процесс называется фотосинтезом, что означает просто «синтез с использованием света». На рисунке 3 показано основное химическое уравнение фотосинтеза. Свет отвечает за запуск этой реакции, которая на самом деле намного сложнее, чем уравнение, показанное здесь. Фактически, известно как минимум 50 промежуточных стадий превращения CO2 в сахар. Эти 50 промежуточных шагов — лишь те, которые на данный момент открыты учеными; в будущем, вероятно, их будет больше.

Во время фотосинтеза каннабис захватывает фотоны света, используя несколько разных молекул. Основной молекулой, ответственной за это, является хлорофилл, который существует в двух основных формах: хлорофилл ан и b. Хлорофилл а обладает максимальной фотосинтетической активностью, когда фотоны света имеют длину волны примерно от 630 до 660 нм, тогда как хлорофилл b имеет максимальную активность при длинах волн от 650 до 660 нм (рис. 6). Обратите внимание, что на рисунке 6, когда кривые как для хлорофилла а, так и для хлорофилла а и обнажены в зеленой части графика, их фотосинтетическая активность значительно снижается. Опять же, это связано с тем, что хлорофиллы а и b не поглощают, а отражают зеленый свет. Следует также отметить, что на рисунке 2 изображен естественный спектр Солнца на Земле, который показывает, что длины волн около 650 нм (синий) и 650 нм (красный) наименее распространены в природе. Это привело некоторых ученых к выводу, что причина более высокой поглощательной активности листьев на этих длинах волн заключается в том, что растения эволюционировали и стали более эффективно перерабатывать то, что им наименее доступно.

Вторыми по распространенности светопоглощающими соединениями в каннабисе являются каротиноиды, которые также показаны на рисунке 6. Каротиноиды важны для фотосинтеза у всех растений. Обратите внимание, что у них очень низкая фотосинтетическая активность в областях желтого, оранжевого и красного света. Помимо того, что эти соединения играют важную роль в фотосинтезе, они также отвечают за цвет желтых цветов, оранжевой моркови и красных помидоров.

Светособирающий комплекс
Обсуждаемые пигменты составляют очень сложную структуру, называемую светособирающим или антенным комплексом, которая существует у всех растений. Этот комплекс состоит из примерно 200–300 молекул хлорофилла, многочисленных каротиноидов и нескольких других светочувствительных молекул и важных белков. Все эти компоненты расположены вокруг центральной молекулы хлорофилла, называемой реакционным центром. Реакционный центр отвечает за преобразование энергии света в химическую энергию посредством передачи одного электрона.

Этот процесс работает следующим образом: когда одна из светочувствительных молекул, например хлорофилл, подвергается воздействию фотона света, она переходит в возбужденное состояние. Когда он возвращается в свое нормальное состояние, энергия передается к реакционному центру. Требуется много фотонов, поражающих множество молекул в светособирающем комплексе, чтобы достичь цели — передачи одного электрона в реакционный центр. Представьте себе одного человека, пытающегося толкнуть валун, который не движется; если число людей, толкающих этот валун, увеличится, вместе они создадут достаточную силу, чтобы перекатить его. То же самое происходит во время фотосинтеза, когда требуется энергия нескольких фотонов света, чтобы создать достаточно энергии для передачи одного электрона.

Этот перенос электрона является самым первым химическим этапом создания сахара (глюкозы) из углекислого газа (CO2) и воды (H2O) во время фотосинтеза. Кроме того, этот сахар является основным источником энергии для реакций и биохимических процессов, которые приводят к образованию блестящих смолистых желез ТГК , покрывающих ваши шишки каннабиса.

Интенсивность света
Теперь мы немного больше понимаем, как растения каннабиса захватывают фотоны света и преобразуют их энергию в химическую энергию и биомассу. Как же тогда, как производитель каннабиса, вы можете максимизировать эффективность растений и урожайность с помощью коммерчески доступных ламп? Когда дело доходит до интенсивности света (то есть количества света), ответ довольно прост: больше света. Для выращивания каннабиса трудно переусердствовать с количеством света (при условии, что у вас установлен надлежащий контроль температуры). Как правило, чем больше у вас источников света и чем они мощнее, тем лучше интенсивность вашего света (хотя и не намного лучше для ваших счетов за электричество).

Но добавление большего количества ламп или использование более высоких мощностей — не единственный способ увеличить интенсивность света. Размещение ламп рядом с навесом сада увеличит интенсивность света, достигающего ваших растений, и позволит более эффективно использовать электроэнергию, за которую вы платите. Закон обратных квадратов гласит, что определенная физическая величина или сила обратно пропорциональна квадрату расстояния от ее источника. В случае со светом это означает, что сила света экспоненциально уменьшается с каждым футом расстояния между лампой и вашими растениями.

Высокий уровень освещенности и CO2
Как показано в уравнении фотосинтеза (рис. 3), углекислый газ необходим растениям для роста и фотосинтеза. Во многих установках для выращивания интенсивность освещения обычно очень высокая, а производство происходит в помещении. При сильном (интенсивном) освещении и/или условиях содержания вполне вероятно, что углекислый газ быстро станет ограничивающим фактором и станет узким местом для урожайности. На рисунке 6 показано влияние света и углекислого газа на скорость фотосинтеза. В обычной атмосфере содержание углекислого газа составляет 400 частей на миллион. Если ваше предприятие по выращиванию находится на закрытой территории, где растет множество растений каннабиса, все из которых постоянно потребляют CO2 для фотосинтеза, существует очень высокая вероятность того, что концентрация CO2 на самом деле будет ниже 400 частей на миллион. Когда это произойдет, вы ограничите продуктивность ваших растений. По этой причине в таких ситуациях рекомендуется внедрить систему подачи CO2, чтобы максимизировать фотосинтез и урожайность.

Влияние качества света
Спектральное качество или длина волны света — еще один важный фактор, когда речь идет о продуктивности и качестве каннабиса, и одновременно один из самых сложных. У многих различных типов растений качество света может влиять на такие факторы, как устойчивость к болезням, анатомию и морфологию растений, поглощение питательных веществ и образование вторичных соединений (таких как ТГК ).

Ряд научных исследований показал, что синий свет влияет на количество хлоропластов (содержащих светособирающий комплекс и хлорофилл) и устьичное отверстие. Устьица — это часть листа, которая контролирует газообмен и, следовательно, количество углекислого газа, доступного листу для фотосинтеза. Многие другие исследования показали, что растения под белым светодиодным светом (который содержит все цвета спектра) растут лучше, чем растения под одним только красным светодиодным светом, только синим светодиодным светом или даже красным и синим светодиодным светом в сочетании. Эти исследования еще раз подчеркивают важность света полного спектра в наших садах.

Другое исследование, проведенное в Университете Индианы двумя исследователями по имени Мальберг и Хемфилл, проверяло содержание ТГК в листьях растений каннабиса, выращенных под солнечным светом, красным светом, синим светом, зеленым светом или в полной темноте. Эксперимент показал, что растения, выращенные под солнечным светом, имели самое высокое содержание ТГК . Концентрация ТГК последовательно снижалась у растений, выращенных при красном, синем и зеленом свете; растения, выращенные в темноте, имели самое низкое содержание ТГК . Кроме того, при каждой обработке светом исследователи обнаружили, что листья, получавшие наибольшее количество света, имели самую высокую концентрацию ТГК . Хотя исследователи не стремились специально оценить содержание ТГК , они обнаружили, что длина волны или спектральное качество источника света (т. е. полный спектр по сравнению с одним или ограниченным спектром) является важным фактором для производства ТГК , а также что затенение также может снизить концентрацию ТГК .

Выбор света
Имея под рукой всю эту информацию, выбор источника света или комбинации источников света для выращивания может оказаться непростой задачей. На рисунке 7 показано большинство возможностей источников света, а также распределение спектральных длин волн, создаваемых каждым из них.

Обратите внимание, что солнечный свет имеет, безусловно, самый широкий спектр света — для садоводческих целей это само определение света полного спектра. Эта характеристика, наряду с высокой интенсивностью и мощью солнечного света, делает этот источник света лучшим для производства каннабиса… не говоря уже о том, что он бесплатен! Но, как мы все знаем, это не всегда возможно, и растения часто приходится выращивать в помещении при искусственном освещении. Поэтому выбор комбинации источников света, соответствующей спектральному соотношению Солнца, является лучшим вариантом для ваших растений.

Все источники света, показанные на рисунке 7, существуют уже некоторое время, за исключением плазменных ламп. Это новейший и лучший источник света для выращивания каннабиса в помещении, который излучает спектр, аналогичный солнечному (имейте в виду, что солнечный свет также является плазменным светом). Эти светильники также очень энергоэффективны. В настоящее время основной проблемой плазменных светильников является их цена, которая может достигать нескольких тысяч долларов. Однако с учетом роста спроса и производства можно ожидать, что со временем эти цены снизятся.

Светоизлучающие диоды (LED)
Светодиоды являются одним из новейших осветительных приборов, доступных для выращивания каннабиса. Они уникальны тем, что могут быть предназначены для создания узкого спектра или света определенного качества. Две наиболее распространенные длины волн — красная и синяя. Если вы вернетесь к рисунку 4, вы увидите, что в красных и синих областях графика наблюдается самый высокий уровень фотосинтетической активности. Мы уже обсуждали, что эти два цветовых спектра наименее распространены в природе, что заставляет растения наиболее эффективно их обрабатывать. Но есть еще один фактор, который следует учитывать, по крайней мере, в отношении красных длин волн, а именно тот факт, что красный свет несет с собой наибольшее количество фотонов из любой спектральной длины волны. Производители светодиодов называют это одной из причин того, что светодиодные лампы производятся с использованием этих двух типов света и продаются для выращивания каннабиса и комнатных растений.

Тем не менее, кормить растения только одной или двумя спектральными длинами волн было бы все равно, что кормить ребенка только апельсинами и яйцами. Например, если давать растениям только красный или синий свет, это приведет к нарушению биологических процессов на молекулярном уровне внутри растения. Один только красный свет может вызвать сильное растяжение; Один лишь синий свет замедлил бы работу фотосинтетического механизма. Независимо от того, как вы это понимаете, растениям необходим свет полного спектра, под которым они развивались миллионы лет, чтобы реализовать свой естественный и максимальный потенциал.

Еще одна проблема, связанная с ограниченным диапазоном светодиодов, — это изменение внешнего вида растения под воздействием этих длин волн. Заболевания и проблемы с питанием, которые легко различить при другом освещении, может быть трудно или невозможно различить из-за отсутствия полного спектра видимого света при выращивании с использованием светодиодов. Другие проблемы включают тот факт, что светодиоды являются однонаправленными и не излучают свет, как лампы HID . Вот почему с ними нельзя использовать отражатели для рассеивания света по всему саду, и почему для адекватного освещения сада необходимы сотни, а иногда даже тысячи диодов.

Тем не менее, у светодиодных ламп есть свои плюсы , такие как их низкое энергопотребление и тот факт, что они излучают очень мало тепла — обе характеристики привлекательны для выращивания в помещении. Они также не содержат опасных материалов, таких как ртуть, и имеют более длительный срок службы, чем лампы накаливания, люминесцентные, металлогалогенные ( MH ) и натриевые лампы высокого давления ( HPS ). Светодиодам, возможно, найдется место в наших садах, но их лучше всего использовать в качестве дополнительного освещения вместе со стандартными газоразрядными лампами высокой интенсивности ( HID ). В крупных сельскохозяйственных теплицах в Европе, Индии и Северной Америке начали размещать линии красных светодиодных фонарей по всему периметру садовых навесов в дополнение к верхнему HID- освещению и увеличению количества фотонов. Но с появлением настоящего плазменного освещения вполне вероятно, что и светодиодная мода, и наши HID- лампы вскоре уйдут в прошлое.

Итак, теперь вы можете спросить: «Как я могу имитировать качество солнца и эффективно – с низкими затратами – производить наилучший возможный каннабис?» К сожалению, на этот вопрос нет простого ответа. В Интернете можно найти множество неофициальной информации о том, какие длины волн лучше всего подходят для производства каннабиса и ТГК , но большая часть этой информации не доказана и, вероятно, была получена в далеко не научных условиях. Вспомните светособирающий комплекс: если вы используете только красный свет для выращивания растений, существует множество светопоглощающих молекул, которые реагируют на разные длины волн и просто сидят без дела. Это снижает эффективность фотосинтетической системы и продуктивности ваших растений.

Вот почему вам, как производителю, нужна система освещения, которая лучше всего имитирует качество солнечного света (при этом не выходя за рамки вашего бюджета). Не забудьте держать лампы рядом с навесом сада и использовать надлежащую вентиляцию для контроля атмосферы и температуры. Установка освещения на легких двигателях, особенно при использовании комбинации разных лампочек, также является отличной идеей. А дополнение HID- освещения освещением более широкого спектра будет иметь большое значение для обеспечения того, чтобы ваши растения были счастливыми, здоровыми и, что наиболее важно, продуктивными.

Приятного роста!