Spectral quality effects of five different light-emitting diodes and a fluorescent light on the growth and quality of tree seedlings during the cultivation phase and their field performance

Abstract

The major advantage of LED technology compared to the conventional lighting sources such as fluorescent or incandescent lamps is the possibility to isolate and mix specific wavelengths that are more effective in promoting consistent and healthy plant growth. LEDs can alter a plant’s strategy for energy use during photosynthesis by transmitting different information from the spectrum. Consequently, LED lights are such a durable, reliable, and highly efficient artificial lighting source, to facilitate indoor plant cultivation. This thesis explores the effects of LED lighting of continuous spectrum in comparison to fluorescent conventional light on the morphological, physiological and phytochemical level of nine broadleaved species by conducting indoor experimental cycles for each of them separately. Results depict enhancement of specific variables in all three levels of forest tree seedlings growth that were triggered by specific LED light qualities and outperformed those obtained by the fluorescent conventional light. Seedling performance in the planting site depends on its growth potential and the degree to which conditions in the area allow this potential to be expressed. Thus, the initial growth potential of forest tree seedlings prior to any kind of transplantation, such as at the nursery or in the field, is pivotal for a successful establishment and long-term survival of artificial regeneration. In order to test the effectiveness of the enhanced growth traits during indoor cultivation, yearly nursery experimental cycles were performed for selected forest tree species by evaluating several seedling quality traits. Thus the beneficial indoor LED pre-cultivation of the seedlings appeared to hold true and still be detectable under natural light conditions. Overall this thesis proposes the introduction of these findings regarding the indoor cultivation of forest tree species to be coupled effectively in nursery industrialized seedling production.

Το κυριότερο πλεονέκτημα των λαμπτήρων LED, συγκριτικά με τους συμβατικούς τύπους φωτισμού, συνίσταται στη δυνατότητα απομόνωσης και ανάμειξης επιλεγμένων μηκών κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Επομένως, τα φώτα LED παρέχουν τη δυνατότητα διαμόρφωσης του εκπεμπόμενου φάσματος άρα της ποιότητας ακτινοβολίας που πρόκειται να διατεθεί στα φυτά, τα οποία διαμέσου κατάλληλων φωτοϋποδοχέων, αξιοποιούν τις πληροφορίες της. Συνεπώς, τα φώτα LED αποτελούν την πλέον εύχρηστη, αξιόπιστη και αποδοτική πηγή τεχνητής ακτινοβολίας για την καλλιέργεια φυτών σε θαλάμους αύξησης ελεγχόμενων συνθηκών. Η προκείμενη διδακτορική διατριβή διερευνά τις επιδράσεις διαφορετικών ποιοτήτων ακινοβολιών LED συνεχούς (πολυχρωματικού) φάσματος, συγκριτικά με εκείνες του συμβατικού φωτισμού του φθορισμού σε μορφολογικό, φυσιολογικό και φυτοχημικό επίπεδο, των φυταρίων εννέα πλατύφυλλων δασοπονικών ειδών, διεξάγωντας ξεχωριστούς κύκλους πειραμάτων σε θαλάμους αύξησης ελεγχόμενων συνθηκών. Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν την ενίσχυση συγκεκριμένων χαρακτηριστικών των φυταρίων και στα τρία επίπεδα μετρήσεων, τα οποία προκλήθηκαν από την επίδραση συγκεκριμένων ποιοτήτων ακτινοβολιών LED, και υπερτερούν έναντι αυτών του φθορισμού. Η επιτυχία φύτευσης, εξαρτάται από την ευρωστία του φυτευτικού υλικού αλλά και από τις επικρατούσες συνθήκες αύξησης του σταθμού αναγέννησης. Συνεπώς, η ύπαρξη υψηλής ποιότητας του αναγεννητικού υλικού, θεωρείται καθοριστικής σημασίας, κατά τη μεταφύτευση στο φυτώριο πόσο μάλλον στο πεδίο, ώστε να διασφαλιστεί τόσο η μέγιστη επιτυχής εγκατάσταση όσο και η μακροχρόνια επιβίωσή της τεχνητής αναγέννησης. Επομένως, για να επιβεβαιωθεί η αποτελεσματικότητα της πρότερης καλλιέργειας των φυταρίων εντός των θαλάμων αύξησης, πραγματοποιήθηκαν περαιτέρω ετήσιοι κύκλοι πειραμάτων παρακολούθησης της ανάπτυξης επιλεγμένων δασοπονικών ειδών σε συνθήκες φυτωρίου, με βάση την αξιολόγηση ποιοτικών μορφολογικών χαρακτηριστικών τους. Πράγματι, μετά το πέρας των προαναφερθέντων πειραμάτων επιβεβαιώθηκε η θετική επίδραση των ακτινοβολιών LED στα ποιοτικά χαρακτηριστικά αύξησης των φυταρίων, τα οποία και συνέχισαν να είναι ορατά κατά περιπτώσεις αλλά και ενισχύθηκαν ακόμη περισσότερο και μετά την έκθεση τους στο ηλιακό φως. Εν κατακλείδι, η παρούσα διδακτορική διατριβή προτείνει την εισαγωγή και τον συγκερασμό των νέων τεχνολογικών καινοτομιών που αφορούν στην καλλιέργεια δασοπονικών ειδών σε κλειστούς θαλάμους αύξησης, στη μέχρι τώρα παραδοσιακή φυτωριακή παραγωγή μεγάλης κλίμακας.