התנ”כ של מנורות הגידול: כל מה שחשוב לדעת לפני שרוכשים מנורה לגידול צמחים

2602
מנורה לגידול קנאביס LED איך מודדים

אם עד כה בחרתם ומדדתם מנורה לגידול צמחים לפי הוואט, הלומינים, הלוקסים או הפוט-קנדל (Lumen, Lux.Footcandle) שהפיקה, הרי שכניסתן של מנורות הלד (LED) אל השוק שינו את הכללים עם יעילות ופוטנציאל אדיר לחסכון. התפשטותן של מנורות הלד לגידול הביאה למיסוד שיטת מדידה חדשה, אחידה ומוסדרת שמאפשרת לנו לבחון יעילות של תאורת גידול באופן אובייקטיבי, מדעי וברור טרם הרכישה ולהתאימה בדיוק לצמחים שאנו מגדלים על ידי חישוב מתמטי יחסית פשוט. אז איך יודעים איזו מנורת גידול אנחנו צריכים לצמח הספציפי שאנו רוצים לגדל? איך מודדים כמה שעות ביום צריך להפעיל אותה? מה ההבדל בין סוגי המנורות, מונחים שכדאי להכיר ועוד הרבה יותר.

נתחיל בזה, השמש היא השליטה הבלתי מעורערת של עולם הצומח. במשך מאות מיליוני שנים היא מעניקה חיים והתחדשות לעולם על ידי עידוד תהליך הפוטוסינתזה בצמחים ועד לאחרונה לא היה מי שבאמת העז לנסות להחליף אותה.
התיעוד הראשון שאנו מכירים לניסיון מחקר של תאורה לגידול צמחים היה בעשור של 1860, כאשר שני חוקרים צרפתיים בהזדמנויות שונות (Mangon 1861 ו-Prilleux1869) ניסו לחקות את אור השמש באמצעות תאורה מלאכותית, אך השורה התחתונה של המחקרים הללו הייתה חוסר יעילות ממשית בהשוואה לכמות האנרגיה והכסף המושקע בהארה לשם גידול הצמחים.
מאז ועד לשנים האחרונות השימוש במנורות לא גדל כפי שהיינו מצפים – בעיקר בשל שיקולי עלות / תועלת אשר הייתה נמוכה ולא כדאית. עבור מרבית האנשים אור השמש הנפלא עדיין היווה את האלטרנטיבה העדיפה לגידול הצמחים.

כיום השימוש במנורות גידול לצמחים שכיח בקרב חקלאים, מגדלים ביתיים, חממות הידרופוניות, מערכי גידול Indoor, מייחרים, מנביטים ועוד, וזאת הודות לעובדה שההתקדמות הטכנולוגית המהירה של זמננו מייעלת ומשפרת את אפקטיביות המנורות בקצב מעורר תקווה, שני החוקרים הצרפתיים מהמאה ה-19 ודאי היו שמחים לשמוע על כך.

ההיסטוריה והאבולוציה של מנורות הגידול

המנורה של אדיסון
תומס אדיסון קיבל פטנט על הנורה שלו בינואר 1880. צילום באדיבות: הארכיון הלאומי של ארה”ב

בתחילת הדרך פיתוח טכנולוגיות תאורה מלאכותית לקח שלושה מסלולים שונים. הראשונה הייתה נורת להט, אשר אופיינה לאחר המצאת “נורת הליבון” של אדיסון. שנייה הייתה “תאורת קשת” (ARC LAMP), אשר מצאה את דריכת רגלה בעולם על ידי הפיכתה לבחירה הפופולרית עבור תאורת הרחוב. שלישית היו מנורות הפריקה אשר פותחו בתחילת דרכן באמצעות אדי כספית בסוף המאה ה19.

בתחילת הדרך טכנולוגיות תאורת הקשת (ARC) הייתה הטכנולוגיה המועדפת על ידי החקלאים באותה התקופה, חברת סימנס (Siemens) אף ניהלה מחקר בשילוב תאורת הקשת ב1880 בשם העתידני ‘גינון חשמלי’ (Electro-horticulture).
בשנת 1900, מנורות פריקת הגז עברו את ההתקדמות האבולוציונית הנדרשת לאחר שחלוצי החקלאים הטכנולוגים החלו להרהר ולערער על הסכנה שבשימוש במנורות המבוססות על גז כספית. בעקבות אותה מחאה יצרני המנורות החלו להשתמש בגזים אחרים שכללו נתרן, נאון וארגון אשר הראו הבטחה גדולה במהלך הניסויים שנערכו במכון בוייס תומפסון בשנות ה-30 (Boyce Thompson ). אך על אף התקדמות המחקרים, ייצורן והטמעתן בשטח של מנורות הנתרן בלחץ גבוה שאנו מכירים כיום כHPS וMetal Halide, החל רק בשנות ה50 וה60 של המאה ה20.

ללא תלות בעננים או בעונות השנה: מנורות הגידול משנות סדרי עולם

חשיבות הכנסת מנורות הגידול לשימוש נרחב אף יותר נובעת בראש ובראשונה מהעצמאות שהן מקנות למגדלים. מפעלי גידול הידרופונים מצליחים לייצר 13 מחזורי גידול של חסות בשנה, ללא תלות בעונות השנה, ללא חשיפה לתנאי מזג אויר קיצוניים, ללא עננים, מזיקים או בזבוז משאבים, כאשר כל זאת לא היה מתאפשר לולא הייתה זמינה תאורת גידול אפקטיבית שמעניקה לצמחים את האור הנחוץ להם בעלות כדאית ומשתלמת שתאפשר היתכנות עסקית.

חוות גידול INDOOR. קרדיט: inhabitat

איך בוחנים מנורות גידול לצמחים?

“קניתי מנורה 600W”, “המנורה שלי מפיקה 15,000 לומינים”, “הLUX אצלי בחדר הגידול הוא 5,000”.
וואט, לומינים, לוקסים, פוטקנדלס (Foot Candles), יעילות פוטונית, ספקטרום, DLI, PPFD, PAR, PPF – אלו הם רק חלק מאינסוף המונחים בהם משתמשים יצרני מנורות הגידול בכדי לאמוד ולשווק את המוצרים שלהם, אך למרות שהמונחים כולם מטרתם למדוד את התאורה, רק קומץ מהם מודדים את הערכים הרלוונטים לנו שעלינו לקחת בחשבון בעת בחירת מנורת הגידול.
כאן נסקור את המונחים, נגדיר, נסביר, נתקן כמה אי הבנות נפוצות ובתקווה – נסייע לכם, המגדלים, להבין מה לבדוק בבואכם לבחור מנורת גידול.

הפרמטרים המרכזיים

כאשר חקלאי מקצועי שמבין עניין מגיע לבחון תאורת גידול הוא קודם כל יקח בחשבון שני פרמטרים מרכזיים: את היעילות והספקטרום של גופי התאורה, או במילים אחרות – עוצמת ההארה שהמנורות מספקות ביחס לכמות האנרגיה שנדרשת להפעילן בשילוב עם הספקטרום שהן מפיקות. שני הגורמים האלה הם שמניעים את כלל הפעולות שהצמח עושה ולכן הטכנולוגיה שתציע את היתרון הגדול ביותר מהבחינות הללו צפויה למצוא את עצמה בראש הערימה האבולוציונית של מנורות הגידול מסבה אושר רב למגדלים המשתמשים בה.
מעבר לפרמטרים של העוצמה והספקטרום, ישנן נקודות נוספות שיש לקחת בחשבון כמו עלויות ייצור, משאבים, הפעלה, אורך חיים ועוד.

יעילות\אפקטיביות (Efficacy)

בבואכם לבחון מנורת גידול שאלו קודם כל – מה יעילותה?
יעילות המנורה היא מדד אשר מצביע על כמות חלקיקי האור השמיש (PAR – Photosynthetically active radiation) עבור הצמחים שהמנורה מפיקה מכל וואט אנרגיה שהיא צורכת בשניה, או במונחים קצת יותר מקצועיים – μmol / w / s או μmol / j. מדובר על מדד חשוב מאוד שכן הוא משפיע לא רק על עוצמתה האמיתית של המנורה ויעילותה בגידול צמחים ובעידוד תהליכי הפוטוסיתנזה, אלא גם על ניצול אפקטיבי של החשמל לצרכי ההארה.

צריכת החשמל על ידי מנורות הגידול היא עקב אכילס שמוכר למגדלים רבים שמתמודדים עם חשבונות חשמל גבוהים שמורידים את הכדאיות הכלכלית של הגידול תחת תאורה מלאכותית.
בעזרת מדד היעילות, באפשרותנו לבחון כמה חשמל המנורה תצרוך לנו בכל שניה וכמה אור שמיש לצמח בספקטרום המתאים היא תפלוט בתמורה. זו גם הסיבה בגללה הספק המנורה אינו בהכרח מדד לקביעת עוצמת ההארה במנורות לד או כל מנורה אחרת. לכן כשאתם באים לרכוש מנורה אל תתנו לוואטים לסנוור אתכם, בידקו קודם כל מהי יעילותה על מנת לבצע בחירה נכונה של מנורה שלא רק שתגדל נהדר אלא גם תעשה זאת ביעילות יוצאת מן הכלל מבחינת צריכת האנרגיה.

ספקטרום (Spectrum)

קרדיט: astronomersgroup.org

הספקטרום של מנורת הגידול שלכם הוא שיקבע מה התהליכים הביולוגים שיעבור הצמח – האם צמיחתו תהא נמוכה וצפופה או שמא יתארך ויפרח במהירות?
הספקטרום למעשה מייצג את טווח ‘צבע’ האור שפולטת המנורה. מרבית יצרני המנורות מספקים את המידע הזה על מנת שהצרכנים יבצעו בחירה מושכלת שמתאימה לצרכי הצמחים שבחרו לגדל.
צבעו של האור, או יותר נכון, היחס בין צבע אחד למשנהו בתוך ספקטרום המנורה הוא שמשפיע על המורפולוגיה (מבנה וצבע) הצמח. הצבע האדום מעודד פריחה, הצבע הכחול מעודד צמיחה ואילו את הצבע הירוק הצמח לא רואה כלל (זו הסיבה בגללה מגדלי INDOOR שמים מנורות ירוקות בחדרים, כדי שיוכלו להכנס בזמן ‘השינה’ מבלי להעיר את מנוחתם של הצמחים)
בנוסף, ישנם צבעים שנמצאים מחוץ לטווח הPAR (Photosynthetically active radiation – קרינה המעודדת פוטוסינתזה) כמו UV ו-NIR (אולטרא סגול ואינפרא אדום) להם השפעה ישירה על ביולוגיית הצמח באופן שאינו קשור לתהליכי הפוטוסינתזה הרגילים.
ההבנה שלנו את הצמח וצרכיו היא שמניעה קדימה את טכנולוגיות הגידול.

טעויות נפוצות או – איך לא מודדים מנורה לגידול צמחים?

לומינים הם לבני אדם – לא לצמחים!

בני אדם וצמחים רואים את האור שונה מאוד זה מזה. בני אדם ובעלי חיים רבים אחרים משתמשים במה שנקרא “העקומה הפוטופית” בכדי להבחין בין צבעים ועוצמות אור בסביבה מוארת היטב.
לומן (Lumen/lm) היא יחידת מידה אשר נועדה למדוד בדיוק את זה, את רגישות העין האנושית בתנאי הארה טובים וצורתה הפעמונית היא בדיוק הסיבה לשמה.
ה”פעמון” (העקומה) מראה כיצד בני אדם רגישים יותר לאור בספקטרום הירוק מאשר בכחול או האדום.

קרדיט: https://fluence.science/

לוקס ופוט קנדל הם לומינים בשינוי אדרת

לעומת זאת, לוקס (LUX) ופוט קנדלס (Foot candles) הן יחידות מידה למדידת עוצמת האור (Light intensity), באמצעות כמות הלומנים בשטח מסויים, כאשר ההבדל היחיד מבין השניים היא יחידת מידה שמשתמשים בה עבור מדידת השטח עצמו, כאשר LUX מודד כמות לומנים במטר מרובע (lumen/m2) ופוט קנדלס מודד כמות לומנים בפיט (feet) מרובע (lumes/sqf).

ישנו שימוש נרחב ביחידות המידה הנ”ל בכדי לתאר עוצמות של תאורות גידול כאלה או אחרות, אך בעוד שיש בהחלט הרבה הגיון להשתמש בהם כאשר מתייחסים לתאורה מרחבית ביישומים ביתיים, מסחריים או תעשייתיים, אין כל הגיון להשתמש בהם כאשר מודדים צרכים של תאורה לגידול צמחים (אף על פי כן, ישנה אפשרות לבצע המרה מסויימת מלוקסים למדד רלוונטי – עליו נרחיב בהמשך).

הסיבה לכך, כפי שציינו קודם היא שלומנים הם יחידת מידה למדידת כמות האור הנראה לעין האנושית הנפלט ממקור כלשהו, כאשר הרגישות המירבית היא בטווח של האור הירוק. ככל שיש יותר לומנים ככה האור יראה בהיר יותר.
הבעיה בכל זה היא שהעין האנושית רגישה ביותר לאור ירוק (500nm עד 550nm) אך הצמחים רגישים יותר לאור האדום והכחול, עבורנו בני האדם האור אולי יראה “בהיר” מאוד אבל הצמחים לא “יראו” את האור באותה העוצמה, לכן, לומנים אינם מדד טוב למדידת כמות אור הזמינה לצמח לתהליכי הפוטוסינטזה או כפי שציינו – לומנים הם לבני אדם.

ההמלצה שלנו לא להשתמש בלומנים או לוקסים בכדי לקבוע את עוצמות ההארה של מנורות הנועדו לגידול צמחים או את פוטנציאל הצמיחה של הצמח תחתיהן. מכשירים אשר מודדים LUX או Lumen לא לוקחים בחשבון את הספקטרום הספציפי אליו כוונה המנורה (רלוונטי במיוחד במנורות LED), במיוחד כאשר הספקטרום שם דגש על האור האדום והכחול ומסיר כמעט לחלוטין את האור הירוק. (טווח הPAR).

המוכר בחנות אמר לך שיותר וואט זה יותר טוב? ובכן, לא בהכרח

הרלוונטיות של לומנים לבדיקה האם גוף תאורה כלשהו מספק מספיק אור לצרכים שלנו, היא בערך כמו הרלוונטיות של מדידת כמות וואטים (WATT) של אנרגיה אותם גוף תאורה צורך מהשקע בקיר, כלומר חלקית ומוגבלת במקרה הטוב.

וואט הוא יחידת מידה המציינת הספק חשמלי המוזן במעגל חשמלי כזה או אחר. בעבר, מגדלים השתמשו ביחידת המידה הזו בכדי למדוד את כמות האור המופקת ע”י גופי תאורה, נורת מנורת ליבון בהספק 100 וואט בהירה בהרבה ממנורת ליבון בהספק של 50 וואט, ושתי נורות מיצרנים שונים באותו הספק, יפיקו כמות דומה של אור מכיוון שהם משתמשים בעיקר בטכנולוגיה זהה. אם וואט היה אינדיקציה של בהירות, אז ניתן היה לחשב דיי בקלות את ההבדל בין גופי תאורה השונים, כלומר מנורה הצורכת 100 וואט מפיקה כמות כפולה של אור בהשוואה למנורה הצורכת 50 וואט בלבד. אז כיום, כשאנו מבקשים לרכוש מנורות גידול בעלות ספקטרום מותאם לצמחים וחסכוניות בחשמל, מנורות לד (LED) לגידול צמחים, מדידת הוואטים הופכת לרלוונטית הרבה פחות, אם בכלל. מדוע? ובכן, בהחלט יתכן מצב בו מנורת לד בעלת אפקטיביות נמוכה הצורכת 100 וואט אנרגיה, תפיק הרבה פחות אור ממנורה יעילה יותר הצורכת 50 וואט בלבד, כך שלא את כמות הוואטים יש למדוד אלא את הנתונים עליהם הרחבנו בהמשך המאמר.

למרות עובדה זו, עדיין מרבית אנשי המקצוע, מוכרים בחנויות הידרו ומגדלים ישוו מנורות גידול צמחים מסוג לד במונחי וואט, פשוט משום שזה הסטנדרט הנהוג בשוק, על אף שאינו נכון או תקני מדעית. לכן כשתפגשו בפעם הבאה אדם שכזה, אל תחששו לתקן אותו וללמד אותו את הדרך הנכונה והמדוייקת יותר להתייחס ולמדוד מנורות גידול מסוג LED, למען כולנו.

איך כן מודדים תאורת גידול? (ספקטרום, יעילות, PAR, PPF, PPFD, DLI)

עד כה עברנו על המונחים שכולנו פוגשים בחיפושינו אחר מנורת הגידול האולטימטיבית ושלמעשה אין להם שום משמעות או חשיבות בבחינתה כמו לומינים, וואטים, לוקסים ופוט קנדל.. אבל איך כן נכון למדוד את המנורות? ובכן, ישנם מספר מונחים שעלינו להכיר בדרך להבנת הפרמטרים המכריעים בנוגע לאפקטיביות מנורת הגידול שלנו והם – PAR, ספקטרום, PPF, PPFD ו-DLI.

PAR – קרינה פוטוסינטטית אקטיבית

PAR – (קרינה פוטוסינתטית אקטיבית / Photosynthetic Active Radiation ) הוא מושג נפוץ בתעשיית תאורת הגידול, אך לעיתים גם המבלבל ביותר. PAR אינו מדידה כמותית כמו מטר או קילו, אלא מגדיר את סוג האור (מדענים קוראים לאור – “קרינה אלקטרומגנטית”) הנדרש בכדי להפעיל את תהליכי הפוטוסינתזה בצמח.
באמצעות פוטוסינתזה, הצמחים ממירים את אנרגיית האור לאנרגיה כימית, שבאמצעותה הצמח מרכיב לעצמו את המזון הנדרש עבורו לגדילה ושגשוג (מקור המושג מיוונית: φῶς (פוֹס, אור), והמילה σύνθεσις סינתזה שפירושה הרכבה, יצירת חומרים מורכבים מחומרים פשוטים יותר, ולפיכך: פוטו-סינתזה – סינתוז או הרכבה באמצעות האור – מתוך ויקיפדיה.)

ספקטרום – סך כל אורכי הגל המרכיבים את האור

הדבר המעניין הוא שצמחים משתמשים (אולי רואים?) בטווח ספקטרום מאוד דומה לטווח אותו רואה העין האנושית, אך אורכי הגל שאנו רואים כבהירים יותר (כלומר, האור הירוק) אינם אורכי הגל היעילים ביותר לפוטוסינתזה.
כידוע ישנם סוגי אור שונים המסווגים כ’נראים’ (כמו למשל אור הנר) או ‘בלתי נראים’ (כמו לדוגמא אינפרא אדום) לעין האנושית. מדענים מגדירים את אותם סוגי אור בעזרת ‘אורכי הגל’ שלהם. כל אותם אורכי הגל השונים מרכיבים יחדיו את הספקטרום האלקטרומגנטי. ספקטרום זה כולל בתוכו קרני רנטגן, גלי רדיו ואור אינפרא אדום (אף אחד מהם אינו גלוי לעין האנושית), אך גם את אור השמש, מנורות פלורסנט אור כחול ואדום ממנורות לד לגידול צמחים, או כל מקור אור כזה או אחר.

לכן הדבר הראשון שיש להבין על PAR הוא שהוא אינו כלי מדידה אלא טווח יחסי בספקטרום האלקטרומגנטי (כל האור יחד הוא גם רק חלק מהספקטרום האלקטרומגנטי) ששימושי לצמחים לתהליכי פוטוסינתזה. מונחי המדידה שעלינו לקחת בחשבון הם דווקא הPPFD, PPF ו-DLI, אך עליהם נרחיב ממש עוד מעט.

אז בחזרה לקרינה. קרינה פוטוסינתטית אקטיבית, או PAR, היא טווח של אורכי גל בתחום ה400-700nm (נאנומטר) בה צמחים משתמשים לביצוע תהליכי פוטוסינתזה. הספיגה היעילה ביותר נמצאת באמצע טווח ה (כחול)400 ואמצע בטווח ה600 (כתום-אדום). טווח PAR ‘מכוון’ ויעיל יותר מקדם צמיחה או פריחה מהירה יותר ויכול להוביל ליבול גדול יותר, אם כי עוצמת האור (Intensity) חשוב אף יותר מהספקטרום עצמו.

כשהעוצמה מפצה על העדר ספקטרום אופטימלי

להדגמת נקודה ה’עוצמה חשובה יותר מהספקטרום’ ניקח את מנורות הHPS למשל. הספקטרום של מנורות הHPS הנפוצות היום בשוק מכיל דיי הרבה אור בטווח ה-600nm ומטה, בחלק הכתום והצהוב של העקומה.

קרדיט: eyehortilux

הטווח הזה לא יעיל במיוחד עבור הפוטוסינתזה שאוהבת בעיקר אור אדום וכחול, אך נורות ה- HPS נחשבו במשך שנים לתאורה \ ספקטרום הטוב ביותר עבור הפרחה, מדוע?
הסיבה לכך היא שעל מה ש’חסר’ (או יותר נכון עודף) למנורות הHPS בספקטרום הן מפצות בעוצמתן (אינטנסיביות).

זו הסיבה לכך שנורות 1000 וואט HPS עדיין יעילות יותר לעומת דגמים מסויימים (ובעיקר מיושנים) של מנורות לד (LED) שמשווקות כתחליף למנורה של 1000 וואט. טכנולוגיית הלדים ועוצמתם פשוט לא הייתה בשלה מספיק בשנות 2009-10 , ולכן דגמים ישנים ואפילו דגמים חדשים ברמה ירודה של מנורות לד לגידול פשוט לא מצליחים לעמוד בעוצמתה של נורת הHPS. אבל היום, מנורות LED לגידול באיכות גבוהה בהחלט מצליחות להתחרות בעוצמת הHPS כאשר אם תשלבו עובדה זו עם הכוונה מדוייקת של הספקטרום בשילוב עם יעילות גבוהה הופכות אותן לאטרקטיביות אף יותר עבור המגדלים.

לא רק עוצמה: בידקו את איכות וסוג האור

איכות וסוג האור הם שיעלו לכם את היעילות והתפוקה מהמנורה שתרכשו וזאת מכיוון ש’לזרוק’ כמות גדולה של אור על הצמח לא זו החכמה כשאנו רוצים למקסם את הפוטנציאל הגנטי של הצמח בתקופת הצמיחה או הפריחה שלו.

טעות נפוצה: התייחסות לPAR במקום לPPFD

כפי שהבהרנו קודם, מונח הPAR אינו מודד את כמות האור, אלא רק את ‘איכות’ האור. מונח זה נמצא בשימוש לא נכון לעיתים ע”י יצרני מנורות ומגדלים כאשר הם מתייחסים למדידת האור ובאופן שעלול להטעות את הצרכן כותבים ערכים שלא באמת מייצגים את יעילותה או איכותה. כך למשל אנו עשויים לפגוש מנורות שיצרניהן יכתבו עליה כי היא מייצרת 750 PAR, אך למה הם בעצם מתכוונים? האם הכוונה היא לPPF של 750 umol/s או שהכוונה לPPFD של 750umol/s/m2? ובאיזה מרחק?
למעשה סביר להניח כי המדידה שהם מתכוונים אליה היא ‘שטף פוטונים’ או ‘צפיפות שטף פוטונים’ בטווח הקרינה פוטוסינטטית אקטיבית (PAR) או בקיצור PPF ו PPFD (Photosynthetic Photon Flux, Photosynthetic Photon Flux Density. במידה ונתקלתם בנתון זה בבחינת מנורת גידול כלשהי אנו ממליצים לבקש הבהרות מהיצרן.

אז איך כן מודדים מנורות גידול?

בעת בחירת מערכת תאורה אשר תקדם ותייעל את תהליך הפוטוסינתזה יש להתחשב בשלוש מדידות* חשובות:

כמה אור בטווח הPAR המנורה מייצרת (בגובה המנורה) = PPF
כמה מהאור הזה זמין לצמח בכל רגע נתון (בגובה הצמח) – PPFD
כמה אור הצמח מקבל במהלך פוטופריוד אחד (Photoperiod) , כלומר בסבב יום/לילה אחד – DLI

*כל הערכים הנ”ל נמדדים במול (Mole)

1. שטף פוטונים – PPF – Photosynthetic Photon Flux

קרדיט: curiousplant

הערך הראשון שתרצו לבדוק על תאורת הגידול שלכם הוא ‘שטף הפוטונים הכללי’ או בקיצור הידוע שהוסכם על ידי הקהילה המקצועית – ה’PPF’. הPPF מודד את סך כל האור בספקטרום הרלוונטי המיוצר ע”י מקור האור בכל שניה, או במילים אחרות PPF אומר לנו כמה PAR נפלט על ידי מקור תאורה כלשהו לשניה (במילים טכניות יותר, הPPF מודד לנו כמה פוטונים פעילים פוטוסינטתית נפלטים ע”י מקור התאורה לשניה), מדידה זו באה לידי ביטוי במיקרומול לשניה (μmol/s) ונכונה במיוחד למדידה בגובה המנורה עצמה טרם ‘אבדו’ פוטונים בתווך הגובה בין המנורה לצמח.

על אף שמדידת הPPF בהחלט שימושית ופרקטית להבנת תאימות מנורת הגידול, יש לשים לב לעובדה שהיא לא אומרת לנו כמה אור נוחת בפועל על הצמחים או על כל משטח אחר, אלא רק את כמות האור הנפלט ממנורת הגידול עצמה.

למרות חשיבותו של נתון זה, מסיבה כזו או אחרת, המון יצרניות של מנורות גידול אינן מפרסמות אותו.
הסיבה לכך יכולה להיות העובדה שהדרך היחידה למדוד שטף פוטונים בצורה מדוייקת היא בעזרת כדור חלול ייעודי וגדול בצבע לבן שמחזיר אור (Integrating sphere) – כלי יקר מאוד המכיל סנסורים שמתעדים את פליטת הפוטונים כשמניחים בתוכו את גוף התאורה.

2. צפיפות שטף פוטונים – PPFD – Photosynthetic Photon Flux Density

הערך השני ואולי החשוב ביותר שכדאי להכיר הוא ה-PPFD, אשר מודד את ‘כמות האור’ שבפועל מגיעה לצמחים שלנו, או כפי שמדענים היו מגדירים את זה – מספר פוטונים אקטיבים פוטוסינטתית שמגיעים למשטח מסוים בכל שניה. הPPFD הוא בעצם מדידה נקודתית באיזור מסוים בחלל הגידול שלנו (בדרך כלל בגובה הצמח) והוא נמדד במיקרומול למטר לשניה (μmol / m2 / s).
הPPFD דומה מאוד לLUX בכך שהוא מודד שטח מסוים (הדמיון בין הPPFD לLUX הוא כמו הדמיון בין הלומנים לבין הPPF).

לצורך ההמחשה כדי להמיר לוקסים(lux) לצפיפות שטף פוטונים (PPFD) עלינו להכפיל את קריאת הלוקסים שלנו בגורם המרה רלוונטי.
יחס ההמרה משתנה בהתאם למקור התאורה, לדוגמא: לאור שמש יש גורם המרה של 0.0185, מנורות HPS ניתן לחשב לפי גורם המרה של 0.0122 וכו’.
כלומר במידה ומדדנו 34000 LUX בחממה שלנו אנו נכפיל את המספר הזה בגורם ההמרה שלנו, במקרה הזה הוא 0.0185 (שמש) נגלה שיש לנו PPFD של 629 umol / למטר / לשניה – הנוסחה לחישוב זה תהיה: 34000 * 0.0185 = 629 (בנוסחה זו לא התחשבנו באחוזי הסינון של חומר כיסוי החממה).
אם ניקח לדוגמא נורת HPS 600 וואט המפיקה בממוצע 43000 לוקס במרחק תליה של 50 ס”מ ונכפיל אותו בגורם ההמרה הרלוונטי (0.0122) נקבל PPFD של 524.6 umol / למטר / לשניה (43000*0.0122=524.6).

בדומה ניתן לעשות גם את החישוב ההפוך, בכדי להמיר מPPFD ללוקסים יש להשתמש בגורם המרה אחר, עבור אור השמש גורם ההמרה הינו 54, ואילו עבור מנורות הHPS הוא 82, כלומר 600 PPFD של אור שמש שווה ערך ל42230 לוקס ( 600 umol/s.m2 * 82 = 42,230 lux).

על מנת לסייע לכם לבצע את ההמרה הנדרשת מלוקס לPPFD לפי אמצעי התאורה שלכם ריכזנו בטבלה את גורמי ההמרה לשימושכם:

 

תנאי התאורה הטבעיים רמות LUX/PPFD ממוצעים
שמש ישירה 32000 – 120000 לוקס / 592 – 2200 umol
אור יום/צל חלקי 10000 – 25000 לוקס / 185 – 463 umol
יום מעונן 1000 – 2000 לוקס / 19 -37 umol
שקיעה/זריחה 400 לוקס / 7.4 umol
ירח מלא 1 לוקס / 0.0185 umol
לילה ללא ירח < 0.01 לוקס / < 0.000185 umol

 

של האם וכמה אור תצטרכו להוסיף בחממה בחורף בכדי לשמר את ייעילות הגידול שלכם, או האם מנורת הנל”ג שלכם מפיקה מספיק אור עבור שטח הכיסוי הרצוי. כמו כן הם יסייעו לכם במידה והחלטתם להחליף את מנורות הHPS הישנות שלכם במנורת לד חדישה לגידול צמחים ואתם רוצים לדעת כמה נורות לד תצטרכו.

אך מכיוון שלוקסים אינם לוקחים בחשבון את הצרכים הפוטוסינתטיים של הצמח, יש להשתמש בנוסחאות אלו להערכה בלבד ובכדי להגיע לנתונים מדוייקים יש להשתמש בציוד מתאים לכך. עם זאת, מכיוון שציוד למדידת PPFD (מד PAR, או חיישן קוונטי) הינו יקר מאוד (מתחיל באלפי דולרים), ולוקסים ניתן למדוד בעזרת ציוד מאוד נגיש, וישנן מגוון אפליקציות שיעזרו לכם לעשות זאת אפילו בעזרת הטלפון החכם שלכם, ברוב המקרים ניתן בהחלט להסתפק בהערכה זו.

לצערנו עקב ריבוי דגמים וספקטרומים בתחום תאורת הLED לגידול צמחים בשוק, אין נוסחה מספקת להמרת קריאת לוקסים תחת מנורות אלה לPPFD וברוב המקרים נצטרך לסמוך על היצרנים ולהתייחס לנתוני המדידה אותם הם מספקים עבורנו.

*שימו לב לנתוני PPFD מוגזמים מצד יצרני התאורה בבואכם לרכוש מנורת גידול, כדאי לבדוק באיזה מרחק הם נלקחו מהמנורה ולוודא שאין מדובר במרחק קרוב בצורה לא ריאליסטית עבור תאורת גידול.

כמו כן חשוב לקחת בחשבון את העובדה שמדידה בנקודה אחת בלבד באיזור הגידול אינה מהווה אינדיקציה מספקת עבור הארת שטח הגידול כולו. בכדי לקבל מדידה מדויקת יותר יש לקחת מדידות מרובות על פני כל השטח, בנקודות ובמרחקים שונים.

ככל שנתרחק ממקור התאורה השטח בו יפגעו הפוטונים יגדל בחזקת יחס המרחק, כלומר אם נתרחק פי שתיים, שטח הכיסוי יגדל פי 4, אם נתרחק פי 3, שטח הכיסוי יגדל פי 9, כך גם צפיפות הפוטונים (PPFD) הפוגע בעלי הצמח יקטן באותו האופן, כלומר פי ריבוע יחס המרחק.
למשל אם נתרחק פי שניים ממקור התאורה, קריאת הPPFD תקטן פי ארבע ואם נתרחק פי שלוש, הקריאה תקטן פי 9 – תהליך זה נקרא “חוק ריבוע ההפכים” אולי יצא לכם ללמוד עליו בשיעורי הפיזיקה בבית ספר.

החשיבות של כל זה עבורנו, היא שכאשר אנו באים לחשב את כמות התאורה הנחוצה עבור חלל הגידול שלנו, יש לקחת בחשבון את המרחק התלייה של גופי התאורה מהצמחים עצמם. מנורה בעלת PPFD מסוים במרחק תליה של מטר, תרד לעוצמת הארה של 25% בלבד במרחק של 2 מטר, ל11.11% עוצמה במרחק של 3 מטר, ול6.25% עוצמת הארה בלבד במרחק של 4 מטר, בהשוואה לקריאה המקורית (במרחק של מטר מהצמח).

דוגמא לנתוני PPFD המתקבלים מספק המנורות, שימו לב שעוצמות הPPFD משתנות בהתאם לגובה תליה

ככל שהאור קרוב יותר, כך יותר “חלקיקי אור” (פוטונים) נוחתים על עלי הצמחים. הרחקת המנורה לו במקצת יכולה להשפיע רבות על רמות הPPFD שהצמחים שלכם מקבלים ויש לקחת את זה בחשבון כאשר בוחרים תאורה מתאימה לחלל הגידול שלנו.

לשימושכם טבלה המציגה את צרכי הPPFD של צמחי מזון שונים:

סוג צמח מינ’ PPFD (μmol/m² מקס’ PPFD (μmol/m² ממוצע PPFD (μmol/m²
עגבניה 170 200 185
פלפל 70 130 100
מלפפון 100 200 150
קנביס רפואי בתקופת צמיחה 280 400 350
קנביס רפואי בתקופת פריחה 650 1100
*ללא תוספת CO2
850
סחלבים 80 130 105
ורדים 170 200 182
חסה 200 295 250
פטרוזיליה 200 320 270
תרד 295 385 340
תותים

3. אינטגרל הארה יומי – DLI – Daily Light Integral

אז כפי שאמרנו PPFD הינה מדידה של עוצמת אור בנקודה מסוימת, אבל מה שבאמת מעניין את הצמחים הוא סך כל ‘חלקיקי האור’ הנוחתים על העלים ביממה, או במילים אחרות, סך כל הפוטונים האקטיבים פוטוסינטתית הנקלטים ע”י עלי הצמח במהלך מחזור ההארה היומי.
וכאן אנחנו מגיעים לנתון השלישי שלנו אשר מודד את סך האור המועבר לצמח מדי יממה, ניתן לראות בו כ’מינון תאורה יומי’ הנדרש על ידי הצמח.
הסה”כ הזה ידוע בשמו המקוצר DLI או Daily light integral, והוא נמדד במולים למטר מרובע ליממה (mol/m2/d).

ברור שאם משאירים את האורות דולקים זמן רב יותר, הצמחים יספגו יותר אור, כלומר מנורות המפיקות רמות PPFD גבוהות הדולקות על פני זמן הארה (Photoperiod) קצר יותר, יכולות לספק את אותו הDLI כמו מנורות בעלות רמות PPFD נמוכות יותר הדולקות על פני זמן הארה ארוך יותר.

אך הגדלת ‘אורך היום’ אינה מועילה בהכרח לכל הצמחים וישנם צמחים שזקוקים לשעות חושך בכדי ‘לעבד’ את כל אותן מולקולות מבוססות פחמן שנוצרו בתהליך הפוטוסינתזה, וזו הסיבה לכך שברוב המקרים חשיפת הצמחים לתאורת גידול במשך 24 שעות ביממה לא תגדיל את שיעור הצמיחה ואף תפגע בה.
כמו כן, צמחי מרפא רבים (כדוגמת הקנאביס) דורשים בממוצע כ6 שעות של חושך במהלך השלב הוגטטיבי שלהם ו 12 שעות חושך במהלך מחזור הפריחה בכדי לגדול בצורה טובה ובריאה. שינוי מחזורי האור / חושך של חלל הגידול שלכם יכול לבלבל את הצמחים ולהשפיע על התפתחותם.

לכל צמח יש את דרישות הDLI האופטימליות שלו, אך יש לו גם נקודות מינימום ומקסימום המאפשרות לו לשמר יכולות צמיחה תקינות.
יותר מדי אור יכול לגרום להלבנה ולשריפת עלים מאחר והתהליכים הפנימיים של הצמח אינם מסוגלים להתמודד עם העמסת האור, אך עם מעט מדי אור הצמחים לא יצליחו לגדול בצורה תקינה ובדרך כלל יתחילו להתארך בחיפוש אחריו.

הDLI הממוצע על פני שטח כדור הארץ נע בין 5 ל 60 מול/ למטר מרובע / ל24 שעות (mol/m2/d) בהתאם לעונת השנה, אורך היום, קו הרוחב בו אנו נמצאים וכמובן כמה מעונן באותו היום.
כפי שניתן לראות בטבלה למעלה, עוצמות הארה של שמש יכולות להגיע לPPFD של מעל 2200 מיקרומול בשעות שיא, אך הצמחים שגדלים בחוץ אינם מקבלים את כל אותם ה2200 מיקרומול במהלך כל היום, כפי שניתן לראות בבוקר ובערב קריאות הPPFD הן נמוכות בהרבה, ולכן סביר שהממוצע PPFD היומי לא יגיע אפילו למחצית מהPPFD בשעות השיא.

חשוב לקחת את הפרמטרים האלה בחשבון כאשר בוחרים תאורת LED לגידול צמחים או כל תאורת גידול אחרת, יותר מדי אור זה לא דבר טוב בהכרח, אך כך גם מעט מדי אור.

רוב מגדלי הINDOOR בדרך כלל לא צריכים לדאוג בקשר לDLI, מכיוון שלמרות ההבדל בעוצמות התאורה בין סוגי המנורות, זמן ההארה כבר בדרך כלל מוגדר מראש ועומד על 18 שעות עבור השלב הוגטטיבי ו12 שעות עבור שלב הפריחה והנתון שיש להשלים הוא הPPFD של המנורה בגובה תליה מסויים ע”פ החישוב שהסברנו לעיל.

לעומת זאת מגדלי חממות, בבואם לתכנן את דרישות התאורה שלהם צריכים להתחשב בDLI הממוצע במהלך תקופות שונות בשנה, כאשר עוצמות התאורה, למשל בסוף הסתיו או בחורף, נמוכים בהרבה לעומת עוצמות התאורה בתקופת האביב או הקיץ (לפחות בישראל).
רק לעיתים רחוקות הDLI היומי בחממות עולה על 28 מול / למטר מרובע / ליום, ומכאן הצורך בתאורה משלימה.

מכיוון שהDLI נמדד במול (mol) ל24 שעות והPPFD נמדד במיקרומול (μmol) לשניה, בכדי לחשב את הDLI עלינו להכפיל את ממוצע הPPFD בזמן ההארה (photoperiod) ולחלק ב 1,000,000.

אם אתם מתגעגעים לבית הספר יש לנו נוסחא שתעשה לכם קצת נעים על הלב ותסייע לחשב את הDLI מתוך נתוני הPPFD הזמינים לכם:

נוסחת חישוב DLI ע”ב הPPFD

DLI = PPFD x (3600 שניות x photoperiod) / 1,000,000
PPFD: umol/m2/s
שעה 1 = 3600 שניות (זמן הארה נמדד בשעות)
1,000,000 מיקרומול (μmol) = אחד מול (mole)

לדוגמא : 750umol/m2/s x (3600s x 12h) / 1,000,000 = 32.4 moles/d

נוסחת חישוב PPFD ע”ב הDLI

PPFD = DLI (mol) / photoperiod / 60 שניות 60 / דקות x 1,000,000 = PPFD µmol/m²
DLI: mol/m2/d
שעה = 60 דקות, דקה = 60 שניות

לדוגמא: 17mol/m2/d / 16h / 60m / 60s x 1,000,000 = 295.1µmol/m²

כמות הפוטונים הכללית המגיעה לעלי הצמח בזמן הארה מסוים, כלומר DLI, הוא הגורם המכריע בכמה מהר ובאיזו יעילות יצליחו אותם צמחים לייצר סוכרים, לגדל תאים חדשים או במילים אחרות – לצמוח.
ברגע שאנו יודעים את הDLI המועדף על הצמחים או האצות שלנו, ניתן בקלות לאפיין את מערכת התאורה שתספק את כמות האור הנדרשת, תכנון פרמטר התאורה בכל חלל גידול מתחיל בהגדרת הDLI הנדרש!

ערכי DLI אופייניים לסוגי גידולים נפוצים

במידה וערכי הDLI של הצמח הספציפי אותו תרצו לגדל אינם ידועים לכם, ניתן להיעזר בערכים הממוצעים המופיעים מטה.

גידול בחממה:

צמיחה וגטטיבית (חסות\תבלינים) – מינימום 13-17mol / למטר מרובע / ליממה
פירות וירקות / הפרחה (פלפלים, עגבניות, קנביס רפואי) – 20-40mol / למטר מרובע / ליממה

גידול INDOOR:

מיקרוגרינים (microgreens) – מינימום 6-12mol / למטר מרובע / ליממה
צמיחה וגטטיבית (חסות\תבלינים) – מינימום 12-17mol / למטר מרובע / ליממה
פירות וירקות / הפרחה (פלפלים, עגבניות, קנביס רפואי) – 15-40mol / למטר מרובע / ליממה

לסיכום

אם הייתם מספיק מרוכזים ונחושים והצלחתם להגיע עד לכאן הרשו לנו קודם כל להצדיע לכם ולומר כל הכבוד! אנו יודעים שעל אף שהיה נחמד אם הבנה של תחום מנורות הגידול היה פשוט וקל ולא דורש מאיתנו לחזור לימי החטיבה והתיכון זה היה עדיף, אבל המציאות היא כזו שישנה המון דיסאינפורמציה, גם (ואולי בעיקר?) אצל אנשי המקצוע ומוכרני ההידרו שמבלבלים אתכם עם נתונים שאינם רלוונטים ולא מובילים אתכם לתוצאות הגידול שקיוויתם להשיג.

במקרה של תאורת הגידול אין יותר מדי מקום לפרשנויות, מדובר על מדע אובייקטיבי שלאחר שהובן הופך פשוט ואינטואיטיבי ועתה, לאחר שהבנתם מה כן ולא חשוב בבחינת מנורות הגידול, יש לכם את כל הכלים לבצע בחירה מודעת ואפקטיבית של מנורת הגידול האידאלית עבורכם.


מנורות הגידול המומלצות על ידי NATURE TECH

לאחר בחינה מדוקדקת, בדיקות מעבדה ומחקר שביצענו כאן בנייצ’ר טק, בחרנו לעבוד אך ורק עם מנורות שאנו בטוחים ביעילותן ותפוקתן, כמו בצריכה האנרגטית הנמוכה שלהן.

לחצו כאן לצפייה במנורות

3 תגובות

  1. קניתי מנורת גידול מהידרושופ שהמוכר המליץ עליה כי הייתה 600w אבל היא מגדלת ממש בקושי. עכשיו אני מבין למה. בחיים לא ראיתי נתוני ppfd על מנורות, או שלא שמתי לב?

  2. אני עושה עבודת מחקר למכללה בנושא והכתבה הזאת עזרה לי מאוד, תודה רבה על המאמץ!

השאר תגובה