هندسة الزراعات المحمية والتحكم البيئي PDF

# هندسة الزراعات المحمية والتحكم البيئي ## Engineering of protected Agricultures and Environmental Control ### إعداد أ.د. محمود زكى العطار **أستاذ الهندسة الزراعية** **قسم الهندسة الزراعية** **كلية الزراعة - جامعة عين شمس** ## هندسة الزراعات المحمية والتحكم البيئي (هـ ن د ٤٠٥) يهدف مقرر هندسة...

# هندسة الزراعات المحمية والتحكم البيئي ## Engineering of protected Agricultures and Environmental Control ### إعداد أ.د. محمود زكى العطار **أستاذ الهندسة الزراعية** **قسم الهندسة الزراعية** **كلية الزراعة - جامعة عين شمس** ## هندسة الزراعات المحمية والتحكم البيئي (هـ ن د ٤٠٥) يهدف مقرر هندسة الزراعات المحمية والتحكم البيئي عموما إلى: - إلى التعريف بأنواع وتصاميم منشآت الزراعات المحمية. كذا العوامل الزراعية البيئية داخل المنشآت - ونظم وطرق التحكم في التهوية، درجة الحرارة، ثاني أكسيد الكربون، الضوء، أنظمة الري للزراعات المحمية، الرطوبة النسبية بالإضافة إلى نظام الحركة للمعدات والعاملين. - التعريف بالنظم المغلقة للزراعة المائية داخل الصوب. ## أهمية الزراعات المحمية ودورها في مواجهة التغيرات المناخية والتحديات البيئية ### أهم مظاهر التقلبات المناخية على النبات | مضاهر التقلبات المناخية | تأثيراتها على النبات | | ------------------------ | ------------------- | | ارتباك لعمليات امتصاص العناصر والبناء الضوئي بسبب زيادة البخر نتح الفجائي | | | ارتباك أكبر في إفراز وحركة الهرمونات النباتية | | | زيادة إفراز هرمون الإيثلين " (الذي عبارة عن غاز يتكون نتيجة للتفاعلات البيولوجية في النبات وينطلق في الأنسجة النباتية والتي يحدث عندما تتعرض لهذا الهرمون تفاعلات تؤدى إلى تغيرات في النمو، واستجابات فسيولوجية في النبات) | | ### زيادة المتوسط الحسابي والمعياري **توزيع المناخ التقليدي:** يمثل توزيع المناخ السابق، حيث يتم توزيع درجات الحرارة عادةً حول متوسط معين. لاحظ أن هناك توازن نسبي بين الطقس البارد والحار مع معظم الأيام تكون قريبة من "المتوسط". **توزيع التغيرات المناخية:** يُظهر التوزيع الجديد، الذي يشير إلى "مناخ جديد"، زيادة في المتوسط وزيادة في تباين درجات الحرارة. تمثل هذه الزيادة في درجات الحرارة تحولا عامًا نحو الطقس الحار. ## المتطلبات النباتية في ضوء التغيرات المناخية والتحديات البيئية ### أهم مظاهر التقلبات المناخية على النبات - **تغير المناخ يزيد من احتمال الأيام الحارة:** الانتقال إلى اليمين في التوزيع يعني أن الطقس الحار سيصبح أكثر شيوعًا، مع أيام أكثر سخونة من المعتاد. - **انخفاض محدود في الأيام الباردة:** بينما يتغير المناخ، فإن عدد الأيام الباردة قد ينخفض بشكل طفيف، ولكنه ليس كبيرًا بالمقارنة مع الزيادة في الأيام الحارة. - **التأثير الأكبر في الطرف الحار:** كما هو موضح، فإن التأثير الأكثر وضوحًا في الطرف الحار من الطيف، حيث سنشهد المزيد من الأيام الحارة للغاية وارتفاعًا في تسجيل درجات حرارة قياسية. ### التغيرات المناخية لها تأثير كبير على الزراعة، ويتجلى ذلك في أرقام وإحصائيات مختلفة، نذكر منها: - **الإنتاج الزراعي العالمي:** من المتوقع أن يؤدي تغير المناخ إلى انخفاض الإنتاج الزراعي بنسبة تصل إلى ١٠ - ٢٥٪ في المناطق المدارية وشبه المدارية بحلول عام ٢٠٥٠ بسبب الجفاف، ارتفاع درجات الحرارة، وتغير أنماط هطول الأمطار. - **الزيادة في موجات الحرارة:** في عام ۲۰۱۹ ، شهدت المناطق الزراعية الرئيسية في العالم زيادة في موجات الحرارة بنسبة ٣٠٪ مقارنة بالأعوام السابقة، مما أدى إلى تقليص مواسم الزراعة وتضرر المحاصيل. - **فقدان التنوع البيولوجي:** التغيرات المناخية تهدد بفقدان 50-70٪ من تنوع المحاصيل الطبيعية بحلول نهاية القرن الحالي، مما يهدد الإمدادات الغذائية العالمية. - **زيادة الانبعاثات من الزراعة:** يُساهم القطاع الزراعي بحوالي ٢٤٪ من إجمالي الانبعاثات الغازية العالمية، مما يجعله من القطاعات الأكثر تأثراً ومساهمة في التغير المناخي في نفس الوقت. - **الخسائر الاقتصادية:** تشير التقديرات إلى أن الزراعة العالمية قد تخسر حوالي 1.5 تريليون دولار بحلول عام ٢٠٣٠ نتيجة لتأثيرات التغير المناخي مثل الجفاف، التصحر، والفيضانات. ## الزراعات المحمية **الزراعات المحمية هي نظام زراعي يستخدم لحماية النباتات من الظروف المناخية غير الملائمة عبر استخدام البيوت الزجاجية أو البلاستيكية وغيرها من الهياكل المغطاة. تتيح هذه التقنيات التحكم في درجة الحرارة الرطوبة، الإضاءة، وكمية المياه، مما يسمح بإنتاج المحاصيل الزراعية على مدار العام، بغض النظر عن المواسم أو الظروف المناخية الخارجية. تساعد الزراعات المحمية على زيادة الإنتاجية، تحسين جودة المحاصيل， وتقليل استخدام المبيدات الحشرية، مما يساهم في تعزيز الأمن الغذائي وتحقيق استدامة زراعية أفضل.** ### ”تكنولوجيا الزراعات المحمية هي علم توفير ظروف بيئية مواتية للإنتاج النباتي". ## الزراعات التقليدية والزراعات المحمية | الميزة | الزراعات التقليدية | الزراعات المحمية | | ------- | ----------------- | ---------------- | | الظروف البيئية | هناك طرق محدودة تتيح تحكم جزئي ببيئة الزراعة | يمكن التحكم الكامل بظروف وبيئة الزراعة | | وسط الزراعة | التربة تستخدم للدعم والتغذية وللري | يمكن اختيار وسط الزراعة حسب الرغبة بما يناسب الزراعة | | الري | تزيد نسبة الفاقد بزيادة البخر من سطح النبات أو بالتسرب خصوصًا إذا ما استخدمت الطرق التقليدية | تقل معدلات البخر من سطح النبات ويمكن التحكم في فاقد الرى وتقليل كميات المياه المطلوبة للزراعة | | الآفات | أقل قدرة للتحكم في انتشار الآفات وتزيد معدلات التلوث للبيئة المحيطة | تمثل منطقة معزولة يمكن التحكم في انتشار الآفات وتقل المخاطر البيئية | | التسميد | أعلى قدرة في التحكم بتوزيع الأسمدة المستخدمة وتقل نسب التسميد | أقل قدرة للتحكم في توزيع الأسمدة و تكثر نسبة الفاقد | | الإنتاج | لانخفاض كفاءة التوزيع في عناصر الإنتاج بالزراعات التقليدية.. يتأثر الإنتاج وتختلف نوعيات المنتج ودرجات جودته بشده | الزيادة وارتفاع كفاءة التوزيع والتحكم في الظروف البيئية تتميز المنتجات لهذه الزراعة بالتجانس ومواكبة الخصائص التسويقية المطلوبة وقلة نسبة الفاقد | ## فوائد الزراعات المحمية - زيادة الإنتاج الزراعي بنحو ثمانية أمثال الزراعات التقليدية (٧-١٠ أمثال) - تحقيق الاستقرار في صناعة الزراعة - الإنتاج النباتي في غير مواسم زراعتها التقليدية (على مدار العام) - إنتاج شتلات مبكرة للزراعة في الأراضي التقليدية - زيادة الإنتاج بتكثيف عدد النباتات لوحدة التربة المستخدمة - إنتاج ثمار ذات مواصفات تسويقية عالية - تقليل استهلاك المياه ومعظمة الإنتاج - التحكم في الظروف البيئية المحيطة بالمحصول لحماية النبات من التغير المفاجئ في الظروف البيئية المحيطة - السيطرة على الآفات وتقليل الآثار البيئية بالمقارنة بالزراعات التقليدية ## مكانة الزراعات المحمية بين التكنولوجيات الأكثر نموا خلال المراحل المقبلة - المواد ذاتية التجميع - العلاج بالجينات - الموصلات الفائقة - الأعضاء الصناعية - **الزراعات المحمية** - تكنولوجيات الفضاء - القطار <start_of_image> Schematic representation of the protected agriculture system showing inputs, processes and outputs. The system boundary is the protective covering of protected agriculture. ## حدود النظام بنظم الزراعات المحمية هي أغطيتها باختلاف أنواعها، حيث يتم من خلالها تبادل مدخلات ومخرجات نظام الإنتاج النباتي في الزراعات المحمية ### المدخلات - ١- الضوء - ٢- درجة الحرارة - ٣- الرطوبة - ٤- التسميد - ٥- الري - ٦. التهوية ضبط الغازات (ثاني أكسيد الكربون CO2 ) ### المعالجة - 1- العمليات الزراعية ### المراقبة والتحكم - ١- التحكم في المدخلات الإنتاجية - ٢ - التحكم في العمليات الزراعية - ٣- المراقبة والتحكم في الآفات والأمراض ## العوامل ## التصميمية الأساسية للزراعة بالبيوت المحمية ### ١- الإضاءة : - **الضوء الطبيعي:** النباتات تحتاج إلى ضوء الشمس للقيام بعملية التمثيل الضوئي. يجب أن تصمم البيوت المحمية للسماح بدخول أكبر قدر من الضوء الطبيعي. - **الضوء الاصطناعي:** في حالة نقص الضوء الطبيعي، يمكن استخدام إضاءة اصطناعية مثل مصابيح LED لتعويض النقص， وخاصة خلال فصل الشتاء أو في الليل. ### ٢- درجة الحرارة - **التحكم في درجة الحرارة:** النباتات تحتاج إلى درجات حرارة محددة لتنمو بشكل سليم. يجب أن تكون البيوت المحمية مجهزة بأنظمة لتسخين وتبريد الهواء للحفاظ على درجات حرارة مناسبة لكل نوع من المحاصيل. - **التدفئة:** لضمان درجات حرارة مناسبة في الأجواء الباردة، يمكن استخدام أنظمة تدفئة مثل السخانات أو الأنابيب الحرارية. - **التبريد:** في الأجواء الحارة، يجب استخدام أنظمة تبريد مثل المراوح أو أنظمة التبريد بالتبخير لمنع ارتفاع درجة الحرارة بشكل مضر. ### 3- الرطوبة - **مستويات الرطوبة:** النباتات تحتاج إلى رطوبة متوازنة في الجو والتربة. يُفضّل استخدام أنظمة للتحكم في الرطوبة مثل مرطبات الهواء أو إزالة الرطوبة حسب الحاجة. - **الرطوبة الجوية:** يجب الحفاظ على مستوى الرطوبة المناسب لتجنب جفاف النباتات أو تعرضها لأمراض فطرية نتيجة الرطوبة الزائدة. - **الري المناسب:** يُستخدم الري بالتنقيط أو الري الأوتوماتيكي لتوفير الرطوبة الكافية للتربة أو للبيئات المائية (مثل الزراعة المائية). ### 4- التسميد - **المغذيات:** تحتاج النباتات إلى مجموعة من العناصر الغذائية، مثل النيتروجين، الفوسفور، والبوتاسيوم، والتي يجب أن تتوفر بشكل متوازن. - **إضافة المغذيات للتربة:** في الزراعة التقليدية في البيوت المحمية، يمكن تحسين التربة باستخدام الأسمدة العضوية أو الكيميائية. - **المحاليل الغذائية:** في الأنظمة المائية (الهيدروبونيك)، يتم توفير العناصر الغذائية عبر محلول مائي يحتوي على كافة المغذيات الضرورية. ### 5- التهوية - **التهوية الجيدة:** النباتات تحتاج إلى تهوية مناسبة لضمان وجود كمية كافية من الأكسجين وثاني أكسيد الكربون. نافذ قابلة للتحكم تساعد النوافذ والفتحات في ضبط مستوى التهوية الطبيعية. - **المراوح وأنظمة التهوية:** تستخدم لتوفير التهوية الكافية في الأيام الحارة أو في الأجواء المغلقة. ### 6- الصرف - **نظام الصرف الجيد:** يجب أن تكون التربة أو البيئات الزراعية الأخرى في البيوت المحمية مزودة بنظام صرف فعال لتجنب تراكم المياه الذي قد يؤدي إلى تعفن الجذور. - **الصرف السليم للتربة:** يجب أن تكون التربة قادرة على تصريف المياه الزائدة بسرعة. - **الصرف في الأنظمة المائية:** في الزراعة المائية، يجب توفير أنظمة لتدوير المياه وتصريفها بشكل سليم. ### 7- التحكم في الآفات والأمراض - **الوقاية من الآفات:** من الضروري استخدام شبكات أو مواد حاجزة لمنع دخول الحشرات الضارة. - **نظام الرصد البيولوجي:** يمكن استخدام التقنيات الحيوية لرصد الآفات وتحديد أي مشكلات في وقت مبكر. - **المكافحة البيولوجية والكيميائية:** يمكن استخدام الأعداء الطبيعيين للآفات (مثل الحشرات النافعة) أو المبيدات الآمنة لضبط الآفات. ### 8- نظام الزراعة - **نوع الزراعة:** يجب اختيار النظام الزراعي الأنسب لاحتياجات النباتات مثل: - **الزراعة المائية :** الزراعة المائية Hydroponics لنمو النباتات في بيئة مائية بدون تربة، باستخدام مغذيات مضافة للماء. - **الزراعة الهوائية :** الزراعة الهوائية Aeroponics لتوفير المغذيات مباشرة إلى جذور النباتات عبر الرش. - **الزراعة التقليدية في التربة:** تتطلب تربة جيدة التهوية ومزودة بالأسمدة اللازمة. ### 9- التحكم في ثاني أكسيد الكربون CO2 - **تعلب تركيز ثاني أكسيد الكربون CO2 عنصر مهم في عملية التمثيل الضوئي في بعض الأحيان، قد يتم إضافة CO2 بشكل اصطناعي إلى البيئة الداخلية لزيادة كفاءة التمثيل الضوئي وتسريع نمو النباتات.** ### 10- المراقبة والتكنولوجيا - **أنظمة المراقبة الذكية:** يتم استخدام أجهزة استشعار لقياس درجة الحرارة، الرطوبة، مستويات المغذيات، والضوء لضمان أن الظروف البيئية تتناسب مع احتياجات النباتات. - **التقنيات الرقمية:** تُستخدم أنظمة التحكم الآلي وتقنيات الزراعة الذكية (مثل إنترنت الأشياء IoT لمراقبة وتعديل البيئة بشكل دقيق حسب الاحتياجات. # ١- الأشعة الضوئية للإنتاج النباتي ## الخصائص الهندسية لطيف الأشعة الفوتونية الفعالة للبناء الضوئي - Photo-Synthetically Active Radiation (PAR) | الخصائص الهندسية | المعنى | | ----------------------- | -------- | | الطيف الفوتوني PAR- quality | يشير إلى نوعية الضوء، | | كثافة الفوتونات PAR - quantity | يشير إلى مقدار الضوء | | مجموع الاحتياج اليومي للنبات من الفوتونات PAR - Daily Light Integral (DLI) | يشير إلى مجموع كمية ضوء (التي تتراوح بين 380-740 نانو متر) التي يحتاجها النبات كل يوم. | | طول فترة الإضاءة المتاحة اليومية PAR - photoperiod | | ## أن أنواع عمليات البناء الضوئي في النبات - **عملية הבנייה фотосинтеза في النباتات هي عملية حيوية يقوم بها النبات لتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية في صورة جلوكوز، باستخدام ثاني أكسيد الكربون والماء. يمكن تصنيف عمليات البناء الضوئي إلى ثلاثة أنواع رئيسية بناءً على الطريقة التي يتم بها تثبيت الكربون:** - **البناء الضوئي من نوع ** C3. - **البناء الضوئي من نوع ** C4. - **البناء الضوئي من نوع ** CAM. | نوع البناء الضوئي | الوصف | | ----------------------- | -------- | | C3 | | | C4 | | | CAM | | ## المتطلبات النباتية من الضوء في الزراعات المحمية **البناء الضوئي هو العملية التي تستخدمها النباتات، والطحالب، وبعض البكتيريا لتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية (جلوكوز)، مع إنتاج الأكسجين كناتج ثانوي. تحدث هذه العملية بشكل رئيسي في الأوراق في البلاستيدات الخضراء التي تحتوي على صبغة الكلوروفيل. وتتم خلال** - **امتصاص الضوء:** يحدث البناء الضوئي في أجزاء محددة من الخلية تسمى البلاستيدات الخضراء الكلوروفيل الموجود في البلاستيدات الخضراء يمتص ضوء الشمس (بالأساس الضوء الأزرق والأحمر)، مما يجعل الأوراق تظهر باللون الأخضر. ## تأثير طيف الأشعة الكهرومغناطيسية في نطاق فوق البنفسجي البعيدة UV-C (280 - 100 nm) - تؤثر الأشعة فوق البنفسجية في النطاق UV-C بالضرر والسمية على النباتات (تحرق انسجه النبات) عند تعرض النباتات لأكثر من خمسة عشرة دقيقة في الأسبوع - ويتأثر النمو النباتي عند تعرضه لجرعات من الأشعة UV-C لأقل من خمسة عشرة دقيقة في الأسبوع : - فيقصر ارتفاعه - ويزيد من تفرعه -ويزيد عدد الأزهار في عدد من الأنواع النباتية. ## تأثير طيف الأشعة الكهرومغناطيسية في نطاق فوق البنفسجي المتوسطة UV-B (280 - 315 nm) - **الأشعة فوق البنفسجية المتوسطة UV-B تمثل جزء من الأشعة الضارة والسامة وتعتمد في تأثيرها على فترة التعرض， التي تظهر في شحوب لون النبات.** - **وتزيد بعض العوامل البيئية من تأثيرها على النبات بارتفاع درجات الحرارة والجفاف، وتتخذ النباتات مجموعة من الإجراءات الطبيعية للوقاية من التأثيرات الضارة للطاقة التي يحملها هذا الطيف من الأشعة.** - **فتزيد النباتات من إنتاجِ الفينولاتِ المتعددةِ flavonoids ومركباتها لتشكل عازل طبيعي يقلل من التأثيرات الضارة** ## تأثير طيف الأشعة الكهرومغناطيسية في نطاق فوق البنفسجي القريبة UV-A (315 - 400 nm) - تعزز عمليات البناء الضوئي في وجود الأشعة فوق البنفسجية UV-A للنباتات ولا تسهم فيه. - وبشكل غير مباشر تؤثر على النباتات من خلال تأثرها بالإصابات الحشرية والفيروسية المنقولة بواسطتها. ## تأثير طيف الأشعة الكهر <start_of_image> . المغناطيسية في نطاق الأزرق Blue (400 - 500 nm) - النباتات عموما غير متحركة، ولكنها تتلقى وتقيم وتترجم الإشارات البيئية من محتوى التربة والرطوبة وطيف الضوء ودرجة الحرارة， لكي تستشعر النباتات أن هناك سماء صافية، فإنها تتلقى إشارات من أطياف الموجات القصيرة، - **على سبيل المثال، الأشعة فوق البنفسجية والضوء الأزرق في السماء الصافية تعني "بيئة خالية من المنافسة" للنباتات. لذلك، لا يوجد ضغط على النباتات لبدء التكاثر (إنتاج البذور) أو النمو نحو الضوء. هذا يعني أنه عندما تزرع النباتات تحت طيف غني بالأشعة فوق البنفسجية والأزرق، فإنها تميل إلى أن يكون لها - اوراق سميكة - و مساحات أوراق صغيرة - وأجزاء داخلية قصيرة . - **الضوء الأزرق منظما للنمو لأنه يشارك في العديد من الاستجابات الحرجة للنبات مثل :** - ١- الانتحاء الضوئي Phototropism (Phototropic growth), - ٢ - والتشكل الضوئي، - ٣- وفتحة الثغور - ٤ - وتطور البلاستيدات الخضراء - ه - وتمدد الأوراق. ## ١- تأثير طيف الأشعة الكهرومغناطيسية في نطاق الأزرق 500 - 400) والبناء الضوئي - **يقع الضوء الأزرق عريض النطاق (٤٠٠-٥٠٠ نانومتر) على نهاية الطول الموجي القصير / طاقة الفوتون العالية للطيف نطاق البناء الضوئي نحو ٢٦٠ كيلو جول / مول. الأزرق وهو أقل كفاءة بنسبة ٢٥٪ من اللون الأحمر في منحنى الكفاءة للأطياف الكهرومغناطيسية الفعالة في البناء الضوئي.** - **تقود الفوتونات الزرقاء تفاعل البناء الضوئي، على الرغم من أنه من وجهة نظر الطاقة، قد يعتبرها المرء أقل كفاءة من الفوتونات الحمراء لأن طاقتها العالية لا تستخدم بالكامل. يتم فقدان بعض الطاقة بشكل أساسي مقارنة بفوتونات البناء الضوئي ذات الطول الموجي الأطول (الأقل طاقة). ومع ذلك، هناك حاجة إلى الحد الأدنى من شدة الضوء الأزرق على الأقل في تطبيقات الإضاءة أحادية المصدر (الصناعية) لنمو النبات الطبيعي.** - **الضوء الأزرق يحفّز النمو الخضري، تطور الأوراق، ويفعل منظومة البناء الضوئي الثانية PSII عادةً، يساهم الطيف الأزرق بنسبة 15% إلى ۲۰ ٪ في عملية البناء الضوئي الإجمالية.** ## ٢- تأثير طيف الأشعة الكهرومغناطيسية - في نطاق الأزرق 500 - 400) على نمو النبات - **تثبط الإضاءة ذات الطيف الأزرق الأعلى من %٦٪، من عمل هرمون الأوكسين auxins في قمم البراعم النامية (السيادة القمية) والذي يسبب وقف النموات والأفرع الثانوية واستطالة سلاميات النبات الذي تزيد معدلات نموه للأعلى بحثا عن ضوء الشمس فيما يعرف shade-avoidance syndrome متلازمة تجنب الظلل** - **(السرولة Etiolation) ويمنع النمو السريع للنبات وتكون الأوراق والساق النباتية الهزيلة لضعف جدرها الخلوية، كذا يمنع شحوب أوراق النبات الناتج عن انخفاض تركيز صبغة الكلوروفيل ويؤدي** ## ٣- تأثير طيف الأشعة الكهرومغناطيسية في نطاق الأزرق (500mm - **هو مثال على استجابة النمو التكيفية للنباتات وفقا للظروف الضوئية. في النباتات المزهرة ، يتم تحفيز الانتحاء الضوئي بواسطة الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية / الزرقاء (٢٩٠ - ٥٠٠ نانومتر) وبشكل ملحوظ ، يتم استثارة هذه الاستجابة (الانتحاء الضوئي) في مدي واسع من شدة الضوء من ظروف الأزرق الخافت إلى الضوء الأزرق المكثف ليوم مشمس.** ## 4- تأثير طيف الأشعة الكهرومغناطيسية في نطاق الأزرق 500 - 400) على تلون الأوراق - يحفز الإشعاع ذو الأطوال الموجية الأقصر - **الأزرق / الأشعة فوق البنفسجية UV-B** - **إنتاج المركبات التي يمكن أن تؤثر على تلوين الأوراق.** - **على سبيل المثال، في حالة غياب طيف إشعاع أزرق / فوق بنفسجي، قد تتحول النباتات التي لها أوراق أرجوانية في الزراعات الداخلية إلى أوراق خضراء عند زراعتها في الحقل المفتوح.** ## 5- تأثير طيف الأشعة الكهرومغناطيسية في نطاق الأزرق 500 - 400) على البخر نتح - **بالإضافة إلى ذلك، ينظم الضوء الأزرق فتح الثغور، وهي الفتحات الصغيرة على الأوراق التي تتحكم في كل من فقدان الماء وامتصاص ثاني أكسيد الكربون. بشكل عام، هناك حاجة فقط إلى كثافة منخفضة من اللون الأزرق في طيف الضوء لعملية البناء الضوئي التي تعمل بكامل طاقتها. لذلك، عادة ما تشتمل الإضاءة الداخلية (كما هو الحال في الزراعة الرأسية) وإضاءة الزراعات المحمية على اللون الأزرق في الطيف. وعادة ما تكون النباتات المعرضة لطيف الإضاءة الزرقاء أقصر طولا، ولها أوراق خضراء أصغر، وأكثر سمكا، وأغمق، مقارنة بالنباتات التي تزرع بدون ضوء أزرق. وتكون هذه السمات مرغوبة في إنتاج نباتات الزينة، حيث يمكن أن يعمل الضوء الأزرق كمنظمات النمو، والتي تظهر فائدتها مع الإضاءة الصناعية الداخلية** ## 6- تأثير طيف الأشعة الكهرومغناطيسية في نطاق الأزرق 500 - 400) على التزهير - **1- تأثير كثافة الطيف الأزرق - المنخفض ( 1-2 μmol/m2 s ) على الإزهار:** -- لا ينظم الطيف في النطاق الأزرق المنخفض الكثافة إزهار flowering -- معظم المحاصيل الحساسة لطول الفترة الزمنية للتعرض photoperiod. - **2- تأثير كثافة الطيف الأزرق 1 المرتفع ( 20 μmol/m² s ) على الإزهار :** -- وعند كثافة أعلى ( umol/m2(20) )، يمكن للضوء الأزرق أن: -- يعزز إزهار نباتات النهار الطويل ( long-day plant (LDP -- يمنع إزهار نباتات النهار القصير ( Short-Day Plant (SDP. ## 7- تأثيرات طيف الأشعة الحمراء والحمراء البعيدة على الإنتاج النباتي - **يتأثر نمو النباتات بنوعية الأطياف الضوئية التي تسقط عليها ومحتواها النسبي من تلك الأطياف والتي تترجم الأوضاع البيئية المحيطة بالنبات ويؤدي إلى تفاعله معه، فعلى سبيل المثال تؤثر الشدة النسبية للطيف الأحمر red بطول ٦٥٥-٦٦٥ نانومتر والأحمر في النطاق البعيد - ( Far infrared (FIR بطول ٣٧٥- ٧٢٥ نانومتر بطرق مختلفة على النبات.** - **و تعتمد فائدة الأشعة تحت الحمراء أو ضررها على البيئة المحيطة والتحكم في كميتها . يمكن أن تكون مفيدة جدًا في تحقيق نمو متوازن للنباتات إذا كانت تستخدم بكمية مناسبة لضبط الحرارة وتسهيل العمليات الفسيولوجية، ولكنها قد تكون ضارة إذا كانت كميتها كبيرة بشكل مفرط في البيئات الحارة، حيث تؤدي إلى إجهاد حراري وزيادة معدلات النتح وفقدان الماء.** ## تأثيرات طيف الأشعة الحمراء والحمراء البعيدة على النمو - **1- زيادة الطيف الأحمر البعيد للطيف الأحمر FIRR** - **عمل على تفعيل** - **Shade Avoidance Syndrome (SAS( آلية تجنب الظل** - **يكتشف الفيتوكروم هذا التغير في نسبة الضوء الأحمر إلى الأحمر البعيد، وهو ما يُشير للنبات بوجود نباتات أخرى تحجب الضوء. عند اكتشاف الظل، تبدأ النباتات في تنفيذ مجموعة من التغيرات لتجنب نقص الضوء الناتج عن وجود نباتات أخرى تحجب أشعة الشمس. وعندما تتعرض النباتات للظل، تستجيب من خلال سلسلة من التغيرات الفسيولوجية والمورفولوجية تهدف إلى زيادة فرصها في الحصول على الضوء. هذه الاستجابة معروفة باسم تجنب الظل أو Shade Avoidance Syndrome (SAS). تمتلك النباتات مستقبلات ضوئية， مثل الفيتوكروم， التي تكتشف التغيرات في نوعية الضوء. عندما تتعرض النباتات للظل، يقل الضوء الأحمر بنسبة كبيرة مقارنة بالضوء الأحمر البعيد far-red، لأن الأوراق العلوية للنباتات الأخرى تمتص معظم الضوء الأحمر وتسمح بمرور الضوء الأحمر البعيد** - **الآثار السلبية لنقص الضوء:** - **1. إطالة السيقان والأوراق** - **2. تأخير تشكل الأوراق** - **3. زيادة الميل إلى النمو العمودي:** - **يلعب هرمون الأوكسين دورًا رئيسيًا في هذه العملية. عند اكتشاف الظل، يتم زيادة إنتاج وتوزيع الأوكسين في النبات، مما يحفز إطالة السيقان والأوراق.** - **يمكن لغياب الإضاءة بالطيف الأزرق أو انخفاض نسبتها لأقل من ٦٪ تنشيط هرمون الأوكسين auxins في قمم البراعم النامية ويسري مرورا بالأجزاء النباتية أسفل منها ويعمل على تفعيل آلية تجنب الظل ( SAS ) )** - **هرمونات أخرى مثل الجبرلينات والإيثيلين قد تشارك أيضًا في تعزيز استجابة تجنب الظل، حيث تساهم في تمدد الأنسجة النباتية.** ## 2- بزيادة اللون الأحمر إلى الأحمر البعيد FIRR - **يؤدي إلى عكس مسار النمو النباتي لزيادة نسبة الطيف الأحمر في النطاق البعيد بالنسبة للطيف الأحمر.** - **وجدير بالذكر أن استجابات النبات ليست خطية مع نسبة الأحمر إلى الأحمر في النطاق البعيد. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي انخفاض طفيف في كمية الطيف الأحمر إلى قدر كبير من استطالة الساق، في حين قد تكون هناك حاجة إلى انخفاض كبير في طيف اللون الأحمر النطاق البعيد لتحقيق التأثير العكسي. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن النباتات يمكن أن تختلف في استجابتها للضوء في نطاق الطيف الأحمر والأحمر البعيد.** ## 3- الاستخدام النسبي المتوازن - **يؤدي الاستخدام للطيف الأحمر إلى الأحمر في النطاق البعيد FIR : R بنسبة ١:١.٢ أو حسب نوع النبات) إلى نمو النباتات نموا صحيحا مرغوبا للمنتجين. ** ## تأثيرات طيف الأشعة الحمراء والحمراء البعيدة على الإنتاج النباتي - **1- الضوء الأحمر هو الأكثر كفاءة في تحفيز عملية البناء الضوئي، إذ يفعل منظومة البناء الضوئي الثانية PSII ويُساهم بشكل كبير في إنتاج الطاقة. يساهم عادة بنسبة تتراوح بين ٥٠% إلى ٧٠٪ من إجمالي عملية البناء الضوئي.** - **2 - حفّز المنظومة الضوئية الأولى PSI، مما يعزز إنتاجية البناء الضوئي عند دمجه مع الأحمر (تأثير إيمرسون). يساهم بنسبة أقل، حيث يُقدّر أن يُضيف حوالي ١٠٪ إلى ١٥٪ من الكفاءة عند استخدامه مع الأحمر.** - **في نبات الخس فقط تؤدي زيادة الأحمر في النطاق البعيد بنسبة ٪۱۰ فقط إلى زيادة حجم أو <start_of_image> .راق الخس دون الاستطالة.** ## تأثير طيف الأشعة الكهرومغناطيسية - **في نطاق الأخضر (570-495) على البناء الضوئي** - **الطيف الأخضر (الضوء الذي يتراوح طوله الموجي بين ٤٩٥-٥٧٠ ١.التأثير على كفاءة عملية البناء الضوئي والإنتاجية:** - **الضوء الأخضر يخترق الأوراق بعمق أكبر مقارنة بالضوء الأزرق أو الأحمر، وذلك بسبب امتصاصه الأقل في الطبقات الخارجية من الورقة. وهذا يمكنه الوصول إلى الخلايا الموجودة في الأعماق الداخلية للورقة بواسطة صبغات أخرى حيث يكون الامتصاص أقل للضوء الأزرق والأحمر.** - **٢. هذا الاختراق العميق يساعد على تنشيط عملية البناء الضوئي في الطبقات السفلى من الأوراق، وهو أمر مهم خصوصًا في الأوراق الكثيفة أو عندما تكون طبقات الأوراق العلوية قد امتصت الكثير من الضوء الأحمر والأزرق.** - **التأثير على الإزهار ومعدلات النمو والعمليات الفسيولوجية:** - **بعض الدراسات تشير إلى أن الضوء الأخضر قد يكون له تأثيرات غير مباشرة على الإشارات الضوئية التي تؤثر على عمليات مثل الإزهار وتوجيه النمو. النباتات تستخدم عدة أطياف من الضوء لتنظيم نموها وتطورها، ويُعتقد أن الضوء الأخضر يلعب دورًا في ضبط بعض العمليات الفسيولوجية.** - **الدراسات الحديثة تشير إلى أن إضافة ١٠-٢٠٪ من الضوء الأخضر إلى مزيج من الأحمر والأزرق يمكن أن يزيد من الكفاءة الإجمالية للبناء الضوئي بنسبة تصل إلى 5% إلى ١٠٪، وذلك بسبب زيادة نفاذية الضوء الأخضر إلى الأجزاء الداخلية من الورقة، مما يُعزّز من إنتاج الطاقة.** ## تأثير طيف الأشعة الكهرومغناطيسية على الإنتاجية - **1- الأزرق: يساهم بنسبة ١٥ إلى ٢٠٪ في الإنتاجية.** - **2- الأحمر: يساهم بنسبة 50% إلى 70%.** - **3 الأحمر البعيد يُضيف ١٠ ٪ إلى ١٥ ٪ عند دمجه مع الأحمر.** - **4 الأخضر: يُساهم بنسبة 5 ٪ إلى ٣٠ ٪** - **5. دمج الطيف الأخضر مع الأطياف الأخرى، ويمكن أن يزيد الكفاءة الإجمالية بنسبة 5 ٪ إلى ١٠