W skrócie

Światło dostarcza roślinom energii potrzebnej do produkcji biomasy i tworzenia plonu. Liczba słonecznych godzin opisuje tylko część warunków, ponieważ nie mówi, ile energii dotarło do łanu ani jak skutecznie rośliny ją wykorzystały. Informacje o usłonecznieniu najlepiej zestawiać z pomiarem promieniowania, przebiegiem pogody oraz obserwacjami wykonanymi na polu.

• Światło napędza fotosyntezę i produkcję asymilatów.
• Długotrwałe zacienienie ogranicza rozwój organów plonotwórczych.
• W centralnej Polsce w czerwcu docierało średnio około 20,3 MJ/m² promieniowania słonecznego na dobę.
• Silne nasłonecznienie nie poprawi wzrostu roślin cierpiących z powodu niedoboru wody.

Spis treści

Co światło robi w roślinie?

Rośliny wykorzystują energię świetlną do przekształcania dwutlenku węgla i wody w związki organiczne. Powstające podczas fotosyntezy węglowodany są następnie kierowane do rozwijających się liści, pędów, korzeni, nasion, bulw i owoców. Dłuższy okres słabego oświetlenia oznacza mniejszą produkcję asymilatów, z których roślina buduje plon.

Znaczenie ma nie tylko ilość światła nad polem, lecz również zdolność uprawy do jego przechwycenia. Równy i zdrowy łan wykorzystuje dostępne promieniowanie inaczej niż plantacja zachwaszczona, wylegnięta albo przerzedzona. W sadzie o oświetleniu owoców decyduje budowa korony, a w szklarni także przepuszczalność pokrycia i rozmieszczenie roślin.

Fotosynteza nie zwiększa się bez końca wraz z natężeniem światła. Po osiągnięciu poziomu wysycenia kolejne porcje promieniowania przynoszą coraz mniejszy efekt. Przy przegrzaniu liści lub ograniczonym pobieraniu wody część energii zostaje rozproszona zamiast wykorzystana do produkcji biomasy.

Ile promieniowania dociera do upraw w Polsce?

Ilość energii słonecznej wyraźnie zmienia się w ciągu roku i między kolejnymi sezonami. Punktem odniesienia mogą być pomiary wykonane w Koniczynce koło Torunia, na obszarze o rolniczym charakterze. Marek Kejna i Joanna Uscka-Kowalkowska przeanalizowali tam wyniki z lat 2003–2016.

Średnia roczna suma promieniowania całkowitego wyniosła 3 816,0 MJ/m². Najwyższą wartość miesięczną odnotowano w czerwcu: średnio 608,3 MJ/m². Po podzieleniu tej wartości przez 30 dni otrzymujemy około 20,3 MJ/m² na dobę.

Wyniki dotyczą jednej lokalizacji i wieloletniego okresu pomiarowego, dlatego nie opisują jednakowo każdego regionu Polski. Dobrze pokazują natomiast skalę energii docierającej latem do powierzchni pola i mogą służyć jako punkt odniesienia podczas porównywania miesięcy oraz sezonów.

Pełne wyniki przedstawiono w publikacji „Solar radiation variability at Koniczynka near Toruń (Central Poland) in the years 2003–2016” .

Czym są PAR i DLI?

Promieniowanie fotosyntetycznie czynne (Photosynthetically Active Radiation, PAR) obejmuje fale o długości 400–700 nm, które rośliny wykorzystują podczas fotosyntezy. PAR nie jest tym samym co całkowite promieniowanie słoneczne mierzone przez standardowy pyranometr.

Metodyka FAO WaPOR z maja 2017 r. przyjmuje współczynnik 0,48 jako udział PAR w całkowitym promieniowaniu krótkofalowym. Jest to założenie zastosowane w konkretnym modelu. Przy średniej czerwcowej wynoszącej 20,3 MJ/m² na dobę odpowiadałoby to orientacyjnie około 9,7 MJ/m² energii w zakresie PAR.

Metodę opisano w dokumencie „Database methodology: Level 1 data. WaPOR beta release” .

Dzienna całka światła (Daily Light Integral, DLI) określa liczbę moli fotonów PAR docierających do powierzchni w ciągu doby. Jednostką jest mol/m²/dobę. Wartość DLI łączy natężenie światła z czasem jego trwania, dlatego w produkcji pod osłonami dostarcza więcej informacji niż pojedynczy pomiar wykonany w południe.

Jak ilość światła wpływa na wzrost i plon?

Skutki niedoboru światła zależą od fazy rozwojowej. Słabe oświetlenie na początku wegetacji ogranicza rozwój powierzchni liści, która w kolejnych tygodniach odpowiada za przechwytywanie promieniowania. Jeżeli pochmurny okres przypada na kwitnienie albo intensywny rozwój organów plonotwórczych, do owoców, ziarna, bulw lub korzeni trafia mniej asymilatów.

Sałata przy zmiennym DLI

Andres M. Mayorga-Gomez, Marc W. van Iersel i Rhuanito Soranz Ferrarezi badali dwie odmiany sałaty przy różnych sposobach rozłożenia światła w kolejnych dniach. Kontrola otrzymywała stałe DLI wynoszące średnio 14,88 mol/m²/dobę. W wariancie T1 dzień o DLI 22,53 mol/m² następował po dniu o wartości 7,53 mol/m², a średnia dla tego układu wynosiła 15,03 mol/m²/dobę.

Doświadczenie prowadzono przy fotoperiodzie wynoszącym 20 godzin. Końcowa sucha masa części nadziemnej osiągnęła w wariancie T1 wartość 3,40 g na roślinę, wobec 3,91 g w kontroli. Oznaczało to spadek o 13%, potwierdzony statystycznie przy p = 0,022.

Świeża masa wyniosła odpowiednio 73,00 i 80,00 g, lecz różnica nie była istotna statystycznie. Pozostałe układy, w których po dniu z wysokim DLI występowało od dwóch do pięciu dni z umiarkowanie niższymi wartościami, nie obniżyły suchej masy w taki sam sposób.

Badanie przeprowadzono w komorze wzrostowej. Jego wyniki pokazują reakcję sałaty w ściśle kontrolowanym środowisku i nie powinny być automatycznie przeliczane na straty plonu na otwartym polu.

Kompaktowe odmiany pomidora

Stephanie Cruz i Celina Gómez badały kompaktowe odmiany pomidora przeznaczone do uprawy wewnętrznej. W doświadczeniu zastosowano DLI 10,4; 13,8 oraz 18,4 mol/m²/dobę. Wartość pośrednią 13,8 mol/m²/dobę uzyskiwano w dwóch wariantach różniących się fotoperiodem i natężeniem światła.

Wyższe wartości DLI zazwyczaj ograniczały część wzrostu wegetatywnego, dzięki czemu rośliny miały bardziej zwarty pokrój, a jednocześnie zwiększały plon owoców. Eksperyment nie wyznaczał optymalnego DLI dla towarowej produkcji pomidora szklarniowego. Wyników nie należy zatem przedstawiać jako uniwersalnego zalecenia dla innych odmian i systemów uprawy.

Doświetlanie pomidora szklarniowego

Elisa Appolloni, Francesco Orsini, Giuseppina Pennisi, Xavier Gabarrell Durany, Ivan Paucek i Giorgio Gianquinto przeanalizowali 31 publikacji dotyczących dodatkowego oświetlenia LED pomidora szklarniowego. Główna analiza obejmowała 100 obserwacji.

Metaanaliza wykazała średni wzrost plonu o 40% w porównaniu z kontrolą, którą stanowiło światło słoneczne albo światło słoneczne połączone z lampami HPS. Wynik był istotny statystycznie przy p < 0,001, lecz rezultaty poszczególnych doświadczeń nie były jednakowe.

Część wariantów nie przyniosła poprawy, a w niektórych plon był równy lub niższy niż w kontroli. Wartość 40% opisuje średni efekt w określonych warunkach szklarniowych. Nie dotyczy naturalnego usłonecznienia upraw polowych i nie jest obietnicą wyniku dla każdego obiektu.

Kiedy światła jest za mało lub za dużo?

Rośliny rozwijające się przy długotrwałym niedoborze światła często tworzą wydłużone i słabsze pędy. Liście mogą być cieńsze, jaśniejsze i mniej odporne na stres. W uprawach pod osłonami taki obraz pojawia się między innymi przy zbyt gęstym ustawieniu roślin albo silnym zabrudzeniu pokrycia.

Na polu zacienienie powodują chwasty, wylegnięty łan, drzewa rosnące przy granicy działki i nierównomierna obsada. W sadzie pomiar wykonany nad koronami nie pokazuje, ile światła dociera do ich wnętrza. Rozkład promieniowania zależy tam od rozstawy drzew, sposobu formowania i wykonanego cięcia.

Podczas pogodnych i gorących dni promieniowanie zwiększa temperaturę liści oraz owoców. Jeżeli podaż wody nie nadąża za transpiracją, roślina zamyka aparaty szparkowe i pobiera mniej dwutlenku węgla. Tempo fotosyntezy spada, a odsłonięte owoce mogą zostać uszkodzone przez oparzenia słoneczne.

Granica między korzystnym a nadmiernym nasłonecznieniem nie jest jednakowa dla wszystkich upraw. Zmienia się wraz z gatunkiem, odmianą, fazą rozwojową i budową łanu. Dane ze stacji pomagają wybrać miejsce i termin lustracji, lecz nie zastępują oceny wykonanej bezpośrednio na plantacji.

Jak interpretować dane o usłonecznieniu i promieniowaniu?

Analizę najlepiej rozpocząć od sum dobowych i tygodniowych. Pojedynczy wysoki odczyt ma mniejsze znaczenie niż zmiana utrzymująca się przez kilka kolejnych dni. Na wykresie warto zaznaczyć terminy wschodów, kwitnienia, zawiązywania owoców, wypełniania ziarna oraz zabiegów wpływających na budowę łanu lub korony.

Kolejnym krokiem jest zestawienie danych pogodowych z obserwacjami. Zdjęcia roślin, notatki z lustracji i historia wykonanych prac pomagają ustalić, czy problem występował na całym polu, przy jego granicy, wewnątrz korony czy w jednym fragmencie plantacji.

Długość dnia, usłonecznienie i promieniowanie całkowite opisują trzy różne cechy warunków świetlnych. Godziny wschodu i zachodu wyznaczają czas trwania dnia. Usłonecznienie określa, jak długo docierało bezpośrednie światło słoneczne, natomiast promieniowanie całkowite informuje o ilości energii padającej na powierzchnię.

Więcej o różnicach między prognozą regionalną a pomiarem wykonywanym w gospodarstwie opisuje artykuł „Stacja meteo czy prognoza z telefonu?” .

Rozwiązania FarmPortal do monitorowania pogody i usłonecznienia

Wirtualna stacja meteo FarmPortal

Wirtualna stacja meteo FarmPortal przypisuje prognozę i dane pogodowe do współrzędnych konkretnego pola. Użytkownik może analizować między innymi nasłonecznienie, zachmurzenie, indeks UV, godziny wschodu i zachodu słońca, opad oraz ewapotranspirację bez montowania własnego urządzenia pomiarowego.

FarmPortal Basic

FarmPortal Basic wiąże dane pogodowe z polem, aktywną uprawą, obserwacjami i historią wykonanych prac. Zmianę warunków można dzięki temu analizować jako część konkretnego sezonu, zamiast przeglądać wykres oderwany od informacji o sytuacji na plantacji.

Fizyczna stacja meteorologiczna

W gospodarstwach, w których mikroklimat wyraźnie różni się między polami lub kwaterami, przydatny jest pomiar wykonywany na miejscu. METOS 5 300 MWS mierzy promieniowanie słoneczne, opad, temperaturę, wilgotność powietrza, zwilżenie liści oraz prędkość i kierunek wiatru. Dane mogą być wykorzystywane także do obliczania ewapotranspiracji i oceny lokalnych warunków pogodowych.

Nie każda stacja meteorologiczna jest wyposażona w pyranometr. Przed wyborem zestawu trzeba sprawdzić listę czujników oraz ustalić, do jakich decyzji dane będą wykorzystywane. Pomaga w tym poradnik o doborze stacji meteo do rodzaju produkcji .

Przy planowaniu nawadniania dane o świetle warto uzupełnić informacją o dostępności wody w profilu glebowym. Zasady wyboru urządzenia opisano w artykule „Jak dobrać czujnik wilgotności gleby do swojej uprawy?” .

Jak wykorzystać te informacje w gospodarstwie?

Na początku wystarczy porównywać sumy dobowe i tygodniowe dla najważniejszych etapów rozwoju uprawy. Kolejnym krokiem jest dodawanie do historii pola obserwacji, zdjęć oraz terminów prac, które zmieniają budowę łanu lub dostęp roślin do światła.

W sadzie szczególnej uwagi wymaga wnętrze korony. W tunelu i szklarni przydatny może być pomiar PAR oraz obliczanie DLI. Na otwartym polu większe znaczenie ma przebieg promieniowania w kolejnych dniach, stan powierzchni liści i równomierność łanu.

Dobry monitoring powinien prowadzić do konkretnej decyzji: które pole trzeba obejrzeć, gdzie pojawiło się nietypowe zacienienie i czy nadchodząca zmiana pogody wymaga wcześniejszej kontroli uprawy. Dane mają skrócić drogę od pierwszego sygnału do działania.

Przykład interpretacji danych z gospodarstwa

Po kilku pochmurnych dniach prognoza dla gospodarstwa warzywniczego zapowiada wzrost promieniowania i temperatury. Zarządca porównuje sumy dobowe z wcześniejszym tygodniem, sprawdza stan roślin na dwóch polach i zauważa, że jedno z nich szybciej traci wodę z wierzchniej warstwy gleby.

Zamiast zwiększać dawkę na całym areale, kontroluje wilgotność w strefie korzeniowej oraz drożność instalacji na polu reagującym szybciej. Dane o nasłonecznieniu wskazują miejsce i termin lustracji. Nie wyznaczają samodzielnie dawki nawodnienia.

Komentarz autorki

Kiedy patrzę na wykres promieniowania, najpierw sprawdzam, co w tym samym czasie działo się na polu. Sam odczyt nie pokaże, czy łan był równy, gleba zaczęła przesychać albo część plantacji znalazła się w cieniu. Dopiero zestawienie wykresu ze zdjęciami i notatkami daje wniosek, który rzeczywiście przydaje się w gospodarstwie.

Pojedynczy rekord zwykle niewiele wyjaśnia. Znacznie ciekawszy jest przebieg kilku kolejnych dni i reakcja roślin w konkretnej fazie rozwojowej. Taką historię warto zachować przy polu, ponieważ później pomaga zrozumieć różnice między sezonami.

FAQ

Czy wartości w MJ/m² można bezpośrednio przeliczyć na DLI?

Nie istnieje jeden dokładny przelicznik odpowiedni dla wszystkich warunków. MJ/m² opisuje energię promieniowania, natomiast DLI określa liczbę moli fotonów PAR docierających w ciągu doby. Zależność między tymi jednostkami zmienia się wraz z widmem światła. Dokładny pomiar DLI wymaga czujnika kwantowego rejestrującego PPFD.

Gdzie zamontować czujnik promieniowania słonecznego?

Pyranometr powinien mieć niezasłonięty widok nieba i być wypoziomowany zgodnie z instrukcją producenta. W jego pobliżu nie powinny znajdować się drzewa, maszty, budynki ani inne elementy rzucające okresowy cień. Powierzchnię sensora trzeba regularnie kontrolować i czyścić, ponieważ kurz, pył oraz ptasie odchody zaniżają odczyty.

Czy jedna stacja pogodowa wystarczy dla całego gospodarstwa?

Jedna stacja może dobrze opisywać zwarty areał o podobnym ukształtowaniu terenu. W gospodarstwach z rozproszonymi polami, obniżeniami terenu, sadami i obiektami tunelowymi różnice mikroklimatyczne bywają znaczne. Rozwiązaniem może być kilka punktów pomiarowych albo połączenie stacji fizycznej ze stacjami wirtualnymi przypisanymi do poszczególnych pól.

Czy pomiar nad sadem pokazuje ilość światła wewnątrz korony?

Czujnik znajdujący się nad koronami mierzy promieniowanie docierające do powierzchni sadu, lecz nie opisuje jego rozkładu między liśćmi i owocami. Wnętrze korony trzeba ocenić podczas lustracji lub za pomocą punktowych pomiarów PAR. Informacja ta przydaje się przy planowaniu cięcia oraz ocenie wybarwienia owoców.

Jak często analizować dane o promieniowaniu?

Do bieżącego monitoringu przydatne są sumy dobowe i średnie obejmujące kilka kolejnych dni. Przy ocenie wpływu światła na rozwój roślin lepiej porównywać całe fazy, na przykład kwitnienie, zawiązywanie owoców albo wypełnianie ziarna. Dane godzinowe mają większe znaczenie przy analizie przegrzewania, oparzeń i działania instalacji cieniujących.

Słownik pojęć

Usłonecznienie

Czas występowania bezpośredniego promieniowania słonecznego w danym miejscu, zwykle podawany w godzinach.

Promieniowanie fotosyntetycznie czynne (PAR)

Promieniowanie o długości fal 400–700 nm wykorzystywane przez rośliny podczas fotosyntezy.

Dzienna całka światła (DLI)

Łączna liczba moli fotonów PAR docierających do powierzchni w ciągu doby, wyrażana w mol/m²/dobę.

PPFD

Gęstość strumienia fotonów fotosyntetycznych, czyli liczba fotonów PAR docierających do powierzchni w ciągu sekundy.

Promieniowanie całkowite

Suma promieniowania bezpośredniego i rozproszonego docierającego do poziomej powierzchni.

Ewapotranspiracja

Łączna utrata wody przez parowanie z powierzchni gleby i transpirację roślin.