A Química em Estufas Sombreadas
Prof. Dénis van Rensburg (Tradução Ricardo Cruz)
Introdução
É a química do que acontece em nossas estufas sombreadas que, no fundo, possui um enorme efeito no sucesso em nosso cultivo de orquídeas. Química tem a ver com as reações e reagentes (substâncias). Mas todas as reações químicas são de um modo ou outro afetados pela temperatura e/ou a luz. Se estas duas variáveis podem ser controladas em nosso orquidário elas podem, e certamente terão, um efeito marcante nas substâncias e reações que determinam a qualidade das plantas.
O Papel da Luz (ou Radiação) no crescimento das Orquídeas
As plantas verdes possuem uma espantosa habilidade de fabricar seu próprio alimento através do processo da fotossíntese. É sobre este processo básico que o mundo inteiro das criaturas vivas depende para sua própria alimentação, seja diretamente ou pela ingestão de plantas, ou indiretamente se alimentando de organismos que tenham se alimentado das plantas verdes. O processo da fotossíntese, ou a manufatura de alimento usando a energia da luz do sol, é frequentemente expresso por uma equação química simples (veja acima).
As plantas verdes possuem a capacidade única de utilizar o gás carbônico (CO2) da atmosfera, mais água (H2O), e, na presença de uma fonte de energia (luz solar) e clorofila (nas folhas das plantas), produzir glicose (C6H12O6, uma espécie de açúcar que é o alimento básico das plantas, e doar oxigênio (O2) à atmosfera como um subproduto. O processo da fotossíntese é muito mais complexo do que a equação possa sugerir, e um livro texto publicado em 1922, contando toda a história, gastou 22 páginas para fazê-lo.
O fato importante não é o que as plantas comem – nós não podemos “alimentá-las”. Elas fabricam seu próprio alimento, começando com a glicose produzida durante a fotossíntese, e usam sais minerais nos fertilizantes (ou os sais minerais que ocorrem naturalmente, no ambiente ou substrato) para completar a fabricação do alimento, para construir partes das plantas e para executar processos metabólicos. Uma distinção crítica entre comida e nutrientes minerais, ambos necessários às plantas e animais, é que comida fornece energia aos organismos, e minerais não fornecem.
Gás carbônico e água são dois dos principais nutrientes das plantas e para que as plantas “comam” ou absorvam esses nutrientes, a luz solar (ou energia que é contida na luz solar) é absolutamente necessária. A luz solar contém muitos comprimentos de onda ou pacotes de energia. Como um rádio ou TV que só funcionam se sintonizados a certo comprimento de onda (ou pacote de energia), também as plantas somente reagem a certo comprimento de onda e usam essa energia específica para manufaturar alimento através da fotossíntese. Toda outra luz (comprimento de onda) é totalmente sem utilidade para as plantas e podem até ser danosas. Na Figura 1, todos os comprimentos de onda encontrados na luz solar são mostrados. Essa faixa de comprimento de onda é geralmente referida como “espectro eletromagnético”. Nessa figura pode ser notado que a luz do sol, que ilumina nossos orquidários, além da luz ordinária e “visível”, também contém Raios-X, micro-ondas, ondas de rádio, etc.
Devido ao fato que oxigênio é produzido enquanto as plantas realizam fotossíntese, é relativamente fácil determinar quais são os comprimentos de onda presentes na luz que são de fato preferidos pelas plantas. Tudo que é necessário fazer é expor a planta a cada um dos diferentes comprimentos de onda, e medir o oxigênio produzido. Caso nenhum oxigênio seja produzido, este comprimento de onda específico não tem efeito na química da planta.
A Figura 2 mostra um gráfico de quanto oxigênio produzido versus comprimento de onda na faixa da luz “visível”. A fotossíntese parece ser muito alta na faixa dos comprimentos de onda “azul” e “vermelha” e muito menos efetiva na região “verde” e ausente em todas as outras regiões de comprimento de onda.
Este efeito da luz na fotossíntese ou no crescimento da planta foi deduzido pela cor verde das folhas. A cor de um objeto aumenta quando este objeto reflete aqueles comprimentos de onda presentes na luz visível que ele não quer ou não pode usar. Se passarmos a luz da parte visível do espectro por um prisma, poderemos “ver” todas as cores dos componentes da chamada “luz branca”. A cor vermelha possui ligeiramente menos energia que a verde, enquanto que os componentes da luz azul ou violeta possuem a energia mais alta (menor comprimento de onda) na “luz branca” (veja Figura 3).
Embora um objeto como uma maçã seja aparente a nossos olhos como amarela, isso se dá porque ela absorve todas as outras cores e somente reflete a luz que ela não deseja – o amarelo (veja Figura 4). Um objeto aparenta ser vermelho a nossos olhos porque ele absorve ou “gosta” de todas as outras cores, mas “odeia” vermelho e então o reflete. Um objeto branco reflete todas as cores e então aparenta ser branco, enquanto objetos pretos aparentam a cor preta porque absorve todas as cores. Então, falando estritamente, o preto não é uma cor! (veja Figura 5). Pelo mesmo argumento, as plantas verdes odeiam luz verde, e, portanto, elas refletem a luz verde e aparentam serem verdes ao olho humano.
Isto traz um aspecto interessante quando se trata da escolha da malha de cobertura para nossas orquídeas – verde parece não ser a escolha ideal, mas talvez o azul ou vermelho, quando olhamos para a curva de produção de oxigênio.
Por razões além do escopo deste artigo, a energia da radiação é inversamente proporcional ao comprimento de onda, donde a luz UV (Ultravioleta) possui mais energia que a luz branca ou a luz visível, e causa mais dano aos plásticos, à pele humana e outras substâncias. Também existe mais energia na luz “azul” que na “vermelha”, e a luz azul ou sombrite azul deveriam, em teoria, produzir mais calor nas plantas num orquidário que a luz ou sombrite similar vermelho. A luz infravermelha (IV) possui baixa energia, mas a energia é suficiente para causar calor se absorvida. Devido a seu conteúdo em água, a maioria das plantas são refletoras efetivas da luz infravermelha, e não são grandemente afetadas por ela.
Quando um sombrite com baixa porcentagem de sombreamento é usado, a cor da malha não é muito importante, porque uma quantidade mais do que adequada de luz branca irá atingir a planta para a fotossíntese – mas com uma alta percentagem de sombreamento, a cor da tela de sombrite entra no jogo.
Klein, Edsall e Gentile (1965) publicaram um trabalho interessante sobre os efeitos da luz quase ultravioleta e verde no crescimento das plantas, não especificamente em orquídeas, mas não há razão porque os resultados não sejam aplicáveis. As conclusões alcançadas é que os comprimentos de onda quase ultravioleta e verde são capazes de suprimir o crescimento das plantas, que não recebam níveis de suprimento adequado daqueles comprimentos de onda. necessários para a fotossíntese e desenvolvimento normal. Consequentemente, a remoção seletiva dos comprimentos de onda quase ultravioleta e verde da luz branca, gerou crescimento aumentado.
Destes experimentos científicos é evidente que o sombrite verde não deveria, rotineiramente, ser usado como cobertura de orquidários. E, devido à reflectância total das variedades de sombrite branco (NT – bege, cinza-claro, etc), uma malha com uma porcentagem de sombra maior que a normal deve ser usada quando o sombrite é branco (NT – ou suas variedades).
A quantidade da luz pura do sol (na região visível) necessária para que as orquídeas fabriquem sua comida, sempre foi um fator desconhecido e geralmente é obtida por tentativa e erro. Nos experimentos conduzidos por Williams et al. em 1983, usando o Paphiopedilum insigne com uma temperatura na folha de 20ºC, foi descoberto que um valor menor que 10% da luz do sol pleno, promoveu a fotossíntese máxima.
O Efeito da Temperatura na Fotossíntese
O efeito da temperatura na fotossíntese é uma consideração importante. Embora uma reação fotoquímica não seja dependente da temperatura, a razão da fotossíntese aumenta com o aumento da temperatura. A Figura 6 mostra esse efeito.
Enquanto a fotossíntese no total (bruta) aumenta com a temperatura, o mesmo ocorre com a respiração, mas enquanto a razão da fotossíntese tende a estabilizar-se em torno de 25ºC, a respiração continua a aumentar rapidamente acima dessa temperatura. Consequentemente, o balanço resultante da fotossíntese (a produção dos compostos de energia menos seu uso pela respiração incluindo a foto respiração) deve ser continuamente ser considerada. Tal pode ser ainda melhor compreendido se adicionarmos uma outra curva no gráfico da Figura 6, combinando a taxa da respiração em conjunto com a temperatura (veja Figura 7). A respiração aumenta fortemente com a temperatura (o mesmo com nós humanos) e a temperaturas acima de 35°C, toda a produção de alimento fabricado é usada para sustentar a respiração. Em temperaturas acima de 35°C, as plantas usam mais alimento do que produzem para respirar, o que leva a uma deterioração e por fim a morte (se tais condições, naturalmente, forem mantidas por um longo tempo).
Em seu habitat natural, as plantas estão sujeitas à diferenciais de temperatura entre o dia e a noite, e é importante imitar tais condições tanto quanto possível. A fotossíntese é efetuada tanto pela temperatura quanto pela intensidade da luz. Tão logo se torne muito quente, a taxa da fotossíntese, e por conseqüência o crescimento, aumentam com o aumento da temperatura, mas somente enquanto houver luz suficiente (e gás carbônico). Então tanto não existe nenhuma razão para aumentar a temperatura do orquidário acima de 25°C se não existir luz suficiente, quanto será definitivamente prejudicial, pois a taxa de fotossíntese irá cair, mesmo a 25°C, abaixo da taxa de respiração.
Tecnicamente falando, quando os ganhos devidos à fotossíntese se igualarem às perdas devidas à respiração, isto é chamado de “ponto de compensação”. O valor prático para avaliar isso, é que, se durante a noite as temperaturas forem elevadas, as plantas irão gradualmente esvaziar suas reservas de glicose e amido, já que as perdas causadas pela respiração irão rotineiramente exceder os ganhos devidos à fotossíntese durante o dia.
Radiação Difusa e Valores do Albedo
(NT – O albedo de um objeto é a razão entre a quantidade de radiação solar refletida pelo objeto e a quantidade total que ele recebe. Um objeto com um alto albedo é mais brilhante do que um objeto com um baixo albedo. Um objeto branco, completamente refletor, tem um albedo 1,0 enquanto que um objeto preto, sem refletividade, tem um albedo 0,0 (zero).
Radiação difusa ou celeste é a radiação que alcança a superfície do solo após ser desviada dos raios diretos, por moléculas na atmosfera, ou refletida por nuvens ou outros objetos. Em dias claros, ela aumenta com elevação do sol até 30 graus acima do horizonte, mas após isto permanece constante. É a radiação difusa que fornece luz às regiões sombreadas.
A radiação difusa é muito importante em locais de alta latitude, onde as baixas elevações solares reduzem a energia solar direta devido à passagem por uma camada atmosférica mais espessa, o que causa mais absorção de energia. Por exemplo, na Inglaterra a radiação difusa pode contribuir com 50 a 100% da radiação usada pelas plantas. Isto gerou a criação da típica estufa inglesa de vidro, onde existe um máximo de vidro em paredes e teto para captar essa radiação multi-direcional.
Na África do Sul, a proporção de radiação difusa é muito mais baixa, mas nós continuamos a construir estufas de vidro no estilo Ingês-Europeu, para depois cobri-las com sombrite para reduzir a radiação direta intensa nos vidros… O que é ainda pior do que usarmos sombrite verde.
A Figura 8 mostra as várias incidências numa folha horizontal, e estas são:
- radiação direta do Sol (SA)
- radiação difusa do céu (SD) – em dias nublados esta pode ser a fonte da luz
- ambas as radiações de luz difusa e direta refletidas pelo solo: R (SA + SD), onde R é a reflectância do solo, ou albedo. O valore do albedo pode ser de grande ajuda quando tivermos no orquidário um problema de muita ou pouca luz.
A unidade correta para a medição da energia da radiação é em lumem por metro quadrado (lux). Devido que a unidade foot-candle faz mais sentido para mim e devido a meu fotômetro ser calibrado em foot-candle, usarei essa unidade em desacordo com o sistema SI.
(NT: 1 foot candle = 10,76 Lux, que seria a medida internacional do sistema métrico. 1 Lux refere-se à intensidade da luz que uma fonte padrão de 1 lumen exerce numa superfície de 1 metro quadrado. 1 foot candle é a medida equivalente da intensidade da luz numa área de 1 pé quadrado).
Apenas para dar uma idéia dos valores do albedo envolvido em um dia claro, sem muita poluição, com um ângulo alto do sol (temperatura quente ou tropical) e com poucas nuvens, nós teremos: SA =10.000 foot candles; SD=1.370 foot candles e R (SA + SD) = 1.580 foot candles.
A razão da fotossíntese é proporcional à intensidade da luz recebida por uma planta, até um máximo de 5.000 foot candle. À 5.000 foot candle, a maioria das plantas estão a 100% de energia fotossintética e a intensidade da luz acima desse valor é de pouco ou nenhum benefício, e pode somente causar aumento de calor, exaustão e desidratação desigual da planta. A intensidade da luz a sol pleno num dia claro, é de aproximadamente 10.000 foot candle – onde 1 foot candle é a quantidade de luz que uma vela (= 1 lumen) fornece a uma distância de um pé. A 5.000 foot candles a maioria das plantas comuns de exterior estão a 100% de eficiência e os níveis de luz acima disso somente podem levar ao aumento de calor, exaustão da planta e desidratação desigual da planta.
Fotoperiodismo
As plantas em nossa zona temperada ( NT – refere-se aqui à África do Sul, equivalente à região entre os paralelos compreendida mais ou menos do Rio de Janeiro ao Rio Grande do Sul) podem ser categorizadas entre plantas diurnas, neutras ou de dias longos. A linha de divisão entre as durações do dia favorece o crescimento vegetativo e isto causa o que, para sementes e flores é chamado de período de “luz crítica”. Para a maioria das espécies, o período de luz crítica é entre 11 e 16 horas.
A intensidade da luz e duração da exposição combinadas nos faz saber a quantidade de luz recebida pela planta. A intensidade de 1.000 foot candle geralmente é a intensidade mínima de luz para plantas comuns e a quantidade mínima necessária é de 15.000 foot candle por hora (a intensidade da luz multiplicada pela duração da exposição em horas).
Os períodos relativos da iluminação diurna e de escuridão controlam a floração de muitos tipos de plantas; Este fenômeno é chamado de fotoperiodismo. Donde fotoperiodismo é a extensão do tempo em que a planta é exposta à luz. Algumas plantas, como certas variedades de crisântemo, bico-de-papagaio (poinsétia) e ipoméia são plantas de dias curtos e florescem na natureza somente quando os dias são curtos e as noites longas. Certas variedades de espinafre, beterraba, cevada e begônias de raízes tuberosas são exemplos de plantas de dias longos, que florescem na natureza somente quando os dias são longos e as noites curtas. A floração de muitos outros tipos de plantas é acelerada, mas não é absolutamente controlada pela duração apropriada da duração do dia.
A formação de bulbos e tubérculos também é controlada pela duração do dia. As begônias de raízes tuberosas, que são plantas que precisam de dias longos para florir, produzem tubérculos em dias curtos e não longos. Cebolas, por outro lado, produzem bulbos em dias longos e não quando os dias são mais curtos.
De um modo geral, as orquídeas necessitam entre 38.000 a 15.000 foot candles por hora para crescer adequadamente. Desde que a luz não seja excessivamente “verde” e contenha comprimentos de onda azuis e vermelhos suficientes, necessários para a fotossíntese, orquídeas como Vanda e Cattleya irão prosperar nas regiões de alta iluminação em foot candle por hora e os Paphiopedilum nas regiões mais baixas.
Pesquisa recente feita dos Estados Unidos revelou que as exigências ótimas das Phalaenopsis ficavam entre 1.000 e 1.500 foot candle, com inibição notável no crescimento e floração começando a intensidades de luz de 2.000 foot candles para mais. Cultivando Phalaenopsis sob as condições “ideais” de luz, mencionadas acima (enquanto mantendo temperaturas entre 20 e 30°C), foi reduzida a duração do período juvenil da planta entre 1 a 1,5 anos, seguido da retirada dos frascos de cultura in-vitro (o período juvenil normal é de 3 a 4 anos).
O efeito de iluminação pobre ou baixa no crescimento de Phalaenopsis (intensidades de luz entre 400 a 800 foot candles, ao meio-dia de um dia ensolarado) também foi pesquisado. Plantas cultivadas sob tais condições mostraram um atraso na emissão de hastes e floração, bem como uma menor contagem de flores do que aquelas cultivadas sob 1.300 a 1.600 foot candles. Alem disso, plantas sob baixa iluminação exibiram significativo menor peso de suas folhas e de raízes do que o grupo de controle.
Fazendo maior uso da Radiação Difusa e Refletida em seu Orquidário
Em um dia ensolarado, a contribuição relativa da luz difusa (SD) é de 13,3% em relação à luz direta (SA) e a contribuição da reflectância (albedo) é de 15,8% da SA.
Em um dia nublado, o valor do albedo pode ser tão alto quanto 40% da radiação “direta”. Descobri que, em dias nublados, e pela manhã ou à tardinha, a contribuição da luz refletida sobre minhas orquídeas (relativas à radiação incidente) é mais que o triplo dos valores de um dia ensolarado, e quase o dobro em relação à luz difusa.
Muitas folhas não são horizontais, donde elas apresentam uma área efetiva de exposição menor à radiação direta. Isto significa que elas absorvem menos radiação que uma folha horizontal. A absorção da radiação difusa e refletida permanece aproximadamente a mesma, seja a folha horizontal ou não. Nós devemos tentar e usar essas duas fontes de radiação, difusa e refletida, mais efetivamente em nossos orquidários, porque elas alcançam a área disponível total das folhas. Devemos considerar isto quando ao comprar vasos plásticos para nossas plantas e considerar a pintura de nossas paredes e materiais para o piso. Por exemplo, vasos brancos irão refletir toda a luz e irão contribuir significativamente os valores da luz difusa, enquanto vasos pretos irão significativamente reduzir a radiação difusa, porque eles absorvem a luz. Vasos verdes irão aumentar os comprimentos de onda indesejáveis e insalubres da radiação refletida.
Estes fatos são apenas possibilidades interessantes. Se você possui um problema de iluminação em seu orquidário (muito pouca luz), o uso de uma cobertura de piso de maior reflectância (albedo), vasos brancos e tinta branca irão assegurar que a luz que erra as orquídeas e atinge o piso, vasos e outras superfícies, possa então ser utilizada pelas plantas como radiação refletida. Tendo em mente que as duas cores que as orquídeas adoram são o azul e o vermelho, e que vermelho causa menos calor que o azul, então um piso de tijolos ou lajotas vermelhos irá contribuir com uma melhor fotossíntese e saúde das plantas. A luz vermelha é o tipo mais eficiente de luz para inibir o elongamento de hastes e promover expansão das folhas. A luz vermelha-extrema (infravermelha) imediatamente seguida pela vermelha, restringe os efeitos potenciais da irradiação vermelha e as hastes tornam-se elongadas novamente. O uso de tinta branca em paredes e bancadas irá aumentar a quantidade de radiação refletida para as plantas, enquanto o uso de tinta vermelha terá o mesmo efeito, porém resultará em menor aquecimento do orquidário.
Em muitos casos na África do Sul, o problema não é a falta de luz, mas o aquecimento causado por muita luz entrando nos orquidários. Nesses casos, a redução da radiação solar direta, SA, pela cobertura com sombrite bem fechado terá um efeito marcante. A redução do albedo também trará um efeito e nesse caso um piso asfáltico ou um piso com solo de cor escura pode ser vantajoso. Pessoalmente sinto que a radiação refletida multilateral é um grande trunfo num orquidário e se pudermos utilizar essa fonte de luz pelo uso de materiais corretos e com a cor correta desses materiais, teremos um efeito positivo no crescimento, floração e saúde geral das plantas.
Pela tradução, Ricardo Cruz
Orquidário comercial – O sombreamento é fornecido por sombrite
Habitat sob sol direto
Habitat na zona média das árvores
Vemos aqui a tonalidade das folhas de uma planta que cresce no solo da floresta
friorquideas 