Tác động của ánh sáng đối với cây trồng

Cây trồng có yêu cầu ánh sáng khác nhau tùy theo loại, dựa vào đặc tính và nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đến cây trồng mà có thể phân thành 3 nhóm:

- Cây ưa bóng râm: phong lan, ca cao, cà phê.

- Cây ưa sáng: lúa, bắp, thuốc lá, khoai, rau dền, cỏ tranh.

- Cây trung gian: cây đậu nành. 

Về thời gian chiếu sáng (độ dài ngày): thời gian chiếu sáng và bóng tối trong một ngày đêm (gọi là quang chu kỳ) có tác dụng rõ rệt đến quá trình phân hóa đòng và trỗ bông. Nếu không có điều kiện chiếu sáng phù hợp thì cây  không thể ra hoa kết quả được. Nếu các cây trồng hàng năm phân chia làm 3 loại theo đặc tính phản ứng quang chu kỳ (loại phản ứng ánh sáng dài ngày, loại phản ứng ánh sáng ngắn ngày và loại phản ứng trung tính với ánh sáng) thì cây hoa cúc thuộc nhóm cây ngày ngắn, chỉ đòi hỏi thời gian chiếu sáng dưới 13 giờ/ngày. Với thời gian chiếu sáng từ 9-10 giờ/ngày có tác dụng rõ rệt đối với việc xúc tiến quá trình ra nụ, trỗ hoa của cây cúc. Tuy nhiên mức độ phản ứng với quang chu kỳ còn phụ thuộc vào giống và vùng trồng. Ở nước ta, một số giống cúc địa phương có phản ứng rất rõ với quang chu kỳ.

Ánh sáng ảnh hưởng đến cây trồng bằng 3 thành tố quan trọng của nó, đó là

•  Cường độ bức xạ  (cường độ ánh sáng)
•  Độ dài ngày hay quang kỳ ( cây dài ngày hay cây ngắn ngày)
•  Độ dài sóng hay bước sóng của ánh sáng 

Vậy cường độ bức xạ ( cường độ sáng ) là gì? Là năng lượng bức xạ chiếu xuống trên một đơn vị diện tích đất vuông góc với tia tới trong một đơn vị thời gian.

Đơn vị thông dụng đo cường độ bức xạ mặt trời là: 

•  cal/cm2.phút,
•  cal/cm2.giờ
•  hoặc là Kcal/cm2.năm
• Cường độ bức xạ mặt trời còn được thể hiện bằng mật độ dòng photon hữu hiệu cho quang hợp (photosynthetic photon flux density: PPFD)  Với đơn  vị là  μmol/m2/năm/sec. Đây là chỉ số hay được thể hiện trên phần mô tả kỹ thuật của các loại đèn led chuyên dụng cho cây trồng.

Mỗi loại cây trồng có yêu cầu ánh sáng khác nhau tùy theo loại, dựa vào đặc tính và nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đến cây trồng mà  có thể phân ra thành 3 nhóm: 

• Cây ưa bóng râm: phong lan, ca cao, cà phê.
• Cây ưa sáng: lúa, bắp, thuốc lá, khoai, rau dền, cỏ tranh.
• Cây trung gian: cây đậu nành. 

Độ dài ngày hay quang kỳ ( cây dài ngày hay cây ngắn ngày) là gì:

• Quang kỳ là thời gian có ánh sáng chiếu trên cây trồng tính từ khi mặt trời mọc đến khi mặt trời lặn đơn vị tính bằng số giờ trong ngày
• Quang kỳ có ảnh hưởng quan trọng đến giai đoạn cây chuyển trạng thái từ tăng trưởng (sinh trưởng dinh dưỡng) sang sinh sản (sinh trưởng sinh thực) hay còn gọi là giai đoạn ra hoa. Tuỳ theo quang kỳ dài ngắn cây trồng được chia ra thành 3 nhóm sau:  
• + Cây quang kỳ dài (cây ngày dài) chỉ ra hoa lúc ngày dài hơn 12 giờ (dâu tây, củ cải, xà lách, cúc, cải bắp, cà rốt, táo).
• + Cây trung gian (không có quang kỳ) là nhóm cây có thể ra hoa bất cứ lúc nào (ớt, cà chua, dưa, bầu, bí, dưa hấu, đậu phộng, cam quít, lúa IR...)
• + Cây quang kỳ ngắn (hay cây ngày ngắn): cây ra hoa lúc ngày ngắn hơn 12 giờ/ngày ( như cây hoa cúc, đu đủ, cà tím, bắp, dừa, cao su, đậu nành, mè, lúa mùa). 

Độ dài sóng hay bước sóng của ánh sáng

Trung bình một lá cây ngoài đồng phản xạ 10% các tia sáng, hấp thu 70% và truyền lan qua các lớp tế bào lá xuống dưới 20%. Trong số 70% ánh sáng hấp thụ, quang hợp chỉ sử dụng 1% (chủ yếu là các tia sáng xanh và đỏ; 49% năng lượng dùng để thoát hơi nước và lá sẽ bức xạ lại 20%. Vì vậy có thể nhận thấy bước sóng hữu ích cho quang hợp của cây là ánh sáng mầu xanh có bước sóng từ (430-460nm) và ánh sáng màu đỏ ( 630nm-720nm) vậy tại sao cây lại chỉ dùng ánh sáng màu xanh và màu đỏ cho quá trình quan hợp của mình bởi vì.Thực vật thượng đẳng có hai nhóm sắc tố tham gia quang hợp là diệp lục (chlorophyll) và carotenoid.

http://fakita.com/den-trong-cay.html

Trong đó diệp lục là sắc tố chính đóng vai trò quan trọng nhất trong quang hợp. Diệp lục có vai trò hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời, chuyển thành dạng năng lượng kích thích điện tử của phân tử diệp lục. Diệp lục có vai trò vận chuyển năng lượng vào trung tâm phản ứng. Từ phân tử diệp lục hấp thu ánh sáng đầu tiên cho đến trung tâm phản ứng của quang hợp là phải qua một hệ thống cấu trúc trong màng thilacoit gồm rất nhiều phân tử diệp lục khác nhau. Năng lượng ánh sáng phải truyền qua các phân tử diệp lục để đến được trung tâm phản ứng (P₇₀₀).Tham gia biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học tại trung tâm phản ứng P₇₀₀ nhờ quá trình quang phosphoryl hóa để hình thành nên ATP và NADPH.Diệp lục có khả năng hấp thụ ánh sáng một cách có chọn lọc, một số vùng ánh sáng được diệp lục hấp thụ mạnh nhất, một số vùng bị hấp thụ ít hơn, và có vùng thì hầu như không bị hấp thụ.Điều này đã tạo nên quang phổ hấp thụ của diệp lục. Trong quang phổ hấp thụ của diệp lục, có hai vùng ánh sáng mà diệp lục hấp thụ mạnh nhất tạo nên hai đỉnh hấp thu cực đại. Đó là vùng ánh sáng đỏ với cực đại là 662 nm và vùng ánh sáng xanh tím với cực đại là 430 nm. Ánh sáng xanh lá cây không được diệp lục hấp thụ mà phản xạ toàn bộ nên ta thường quan sát thấy lá cây có màu xanh. Nhóm sắc tố carotenoid là nhóm sắc tố có màu vàng, da cam. Chúng là các sắc tố vệ tinh của diệp lục. Quang phổ hấp thụ của nhóm sắc tố này là ở vùng ánh sáng xanh có bước sóng 451nm ÷ 481nm. Khả năng hấp thụ ánh sáng của carotenoid là do hệ thống liên kết đơn, đôi quyết định. Như vậy việc cho ra đời loại đèn chiếu đúng cường độ sáng cho từng loại cây trồng, và đúng các bước sóng phổ mà cây dùng để quang hợp và việc còn lại của chúng ta là tự điều tiết thời gian chiếu sao cho phù hợp với đặc tính quang chu kỳ của cây, chúng ta sẽ có được một năng suất cây trồng cực cao, không còn bị lệ thuộc quá nhiều vào ánh sáng tự nhiên mang tính mùa vụ nữa, mà chúng ta có thể hoàn toàn điều tiết cho cây theo thời vụ mà mình đã định ra để làm sao tối ưu hóa bài toán kính tế cho nông nghiệp.