Pengenalan
Pencahayaan merupakan faktor kritikal dalam pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan akuatik, sama ada pencahayaan semula jadi atau buatan. Spesies yang berbeza mempunyai keperluan yang berbeza berdasarkan keperluan fotosintesis, pigmentasi, dan keadaan persekitaran mereka. Kajian ini menggabungkan penemuan daripada pelbagai penyelidikan untuk memberikan gambaran menyeluruh tentang keadaan pencahayaan optimum untuk pelbagai tumbuhan akuatik.
Keadaan Pencahayaan Semula Jadi
Keamatan Cahaya dan Tempoh Fotokala
Keamatan cahaya semula jadi dan tempoh fotokala mempengaruhi pertumbuhan tumbuhan akuatik secara signifikan. Untuk alga hijau air tawar seperti Tetranephris brasiliensis dan Scenedesmus sp., pertumbuhan optimum berlaku di bawah keamatan cahaya sederhana sebanyak 100 ?mol m?² s?¹ dengan tempoh fotokala 18 jam (Asfouri et al., 2019). Makrofit tenggelam seperti Vallisneria spinulosa mendapat manfaat daripada tempoh pencahayaan yang lebih panjang (18 jam) untuk meningkatkan pertumbuhan dan kecekapan penyingkiran nutrien, walaupun tempoh yang lebih pendek mungkin lebih berkesan untuk pengambilan nitrogen dan fosforus (Wei et al., 2024).
Kualiti dan Panjang Gelombang Cahaya
Kualiti cahaya semula jadi juga memainkan peranan dalam pertumbuhan. Makrofit tenggelam menunjukkan keplastikan yang kuat dalam morfologi dan laluan fotosintesis untuk menyesuaikan diri dengan keadaan cahaya rendah, sering meningkatkan luas daun untuk menangkap lebih banyak tenaga cahaya (Xia et al., 2024). Dalam persekitaran eutrofik, tumbuhan mungkin menggunakan strategi pengelakan, mengutamakan pertumbuhan menegak untuk mencapai keamatan cahaya yang lebih tinggi (Arthaud et al., 2021).
Keadaan Pencahayaan Buatan
Pencahayaan LED
Pencahayaan buatan, terutamanya teknologi LED, menawarkan kawalan tepat terhadap keamatan cahaya, panjang gelombang, dan tempoh fotokala. LED merah dan biru adalah sangat berkesan untuk menggalakkan pertumbuhan pelbagai tumbuhan akuatik. Sebagai contoh, cahaya merah telah ditunjukkan dapat meningkatkan pertumbuhan Vallisneria natans dan Myriophyllum spicatum dalam eksperimen mesokosm, manakala cahaya biru bermanfaat untuk Ceratophyllum demersum (Xu et al., 2021) (Shugurov, 2020).
Pencahayaan Monokromatik
Eksperimen cahaya monokromatik mendedahkan bahawa panjang gelombang biru dan merah secara umumnya lebih berkesan untuk pertumbuhan. Kajian terhadap Echinodorus quadricostatus dan Ceratophyllum demersum menunjukkan pertumbuhan maksimum di bawah cahaya biru, manakala cahaya merah juga berkesan (Shugurov, 2020). Walau bagaimanapun, cahaya hijau dan kuning sering mengakibatkan pertumbuhan minimum atau bahkan kemerosotan pada beberapa spesies, seperti Pistia stratiotes (Shugurov, 2020).
Keamatan dan Tempoh
Keamatan cahaya buatan mesti disesuaikan dengan spesies. Sebagai contoh, Dunaliella salina mendapat manfaat daripada cahaya merah berintensiti tinggi untuk pengeluaran karotenoid, manakala keamatan yang lebih rendah mungkin mencukupi untuk spesies lain (Sui & Harvey, 2021). Pencahayaan berterusan, walaupun pada keamatan yang lebih rendah, boleh meningkatkan pertumbuhan dan kualiti pemakanan dalam tumbuhan seperti Eruca vesicaria (Proietti et al., 2021).
Keperluan Pencahayaan Khusus Mengikut Spesies
Mikroalga
- Dunaliella sp. dan Anabaena sp. berkembang di bawah keamatan cahaya tinggi (8000 lux) dengan cahaya putih, hijau, atau biru (Hotos, 2023).
- Tetranephris brasiliensis dan Scenedesmus sp. tumbuh dengan paling baik di bawah 100 ?mol m?² s?¹ dengan tempoh fotokala 18 jam (Asfouri et al., 2019).
Makrofit Tenggelam
- Vallisneria spinulosa mendapat manfaat daripada masa pencahayaan yang lebih panjang (18 jam) untuk penyingkiran nutrien dan pertumbuhan (Wei et al., 2024).
- Hydrilla verticillata dan Ceratophyllum demersum menunjukkan ketahanan di strata air tengah dengan keamatan cahaya sederhana (Jin et al., 2020).
Sianobakteria dan Alga Lain
- Phormidium sp. dan Cyanothece sp. mencapai pertumbuhan maksimum di bawah keamatan cahaya putih yang tinggi, dengan cahaya hijau memaksimumkan kandungan klorofil-a (Hotos & Antoniadis, 2022).
- Emiliania huxleyi mendapat manfaat daripada cahaya biru dan merah untuk pengeluaran biomas dan fukosantin (Zhang et al., 2023).
Aplikasi Praktikal dan Cadangan
Pengurusan Akuakultur dan Eutrofikasi
Pencahayaan buatan boleh membantu dalam memulihkan makrofit tenggelam di tasik eutrofik dengan mengimbangi keadaan cahaya rendah. LED merah sangat berkesan untuk spesies seperti Vallisneria natans dan Myriophyllum spicatum (Xu et al., 2021).
Kecekapan Tenaga
LED menawarkan penyelesaian cekap tenaga untuk penanaman tumbuhan akuatik. Sebagai contoh, LED putih lebih ekonomi daripada lampu pendarfluor untuk menanam Ulva prolifera dan Neopyropia yezoensis (Xing et al., 2023).
Pertimbangan Reka Bentuk
Semasa mereka bentuk akuarium atau sistem akuatik, pemilihan spesies tumbuhan berdasarkan tindak balas mereka terhadap panjang gelombang cahaya tertentu adalah penting. Cahaya biru dan merah secara umumnya disyorkan untuk kebanyakan tumbuhan akuatik, walaupun cahaya hijau dan kuning boleh digunakan untuk tujuan estetik (Shugurov, 2020).
Kesimpulan
Keadaan pencahayaan optimum untuk tumbuhan akuatik bergantung pada keperluan khusus spesies, dengan sumber cahaya semula jadi dan buatan masing-masing menawarkan kelebihan unik. Dengan memahami dan mengaplikasikan penemuan ini, penyelidik dan pengamal boleh meningkatkan pertumbuhan tumbuhan, pengambilan nutrien, dan pemulihan ekosistem.
Jadual: Keadaan Pencahayaan Optimum untuk Tumbuhan Akuatik
| Spesies Tumbuhan | Keadaan Pencahayaan Optimum | Petikan |
|---|---|---|
| Dunaliella sp. | Keamatan tinggi (8000 lux) dengan cahaya putih, hijau, atau biru | (Hotos, 2023) |
| Anabaena sp. | Keamatan lebih rendah (2000 lux) dengan cahaya hijau | (Hotos, 2023) |
| Tetranephris brasiliensis | Keamatan sederhana (100 ?mol m?² s?¹) dengan tempoh fotokala 18 jam | (Asfouri et al., 2019) |
| Scenedesmus sp. | Keamatan sederhana (100 ?mol m?² s?¹) dengan tempoh fotokala 18 jam | (Asfouri et al., 2019) |
| Vallisneria spinulosa | Masa pencahayaan lebih panjang (18 jam) untuk penyingkiran nutrien dan pertumbuhan | (Wei et al., 2024) |
| Hydrilla verticillata | Keamatan cahaya sederhana di strata air tengah (kedalaman 30-90 cm) | (Jin et al., 2020) |
| Ceratophyllum demersum | Keamatan cahaya sederhana di strata air tengah (kedalaman 30-90 cm) | (Jin et al., 2020) |
| Phormidium sp. | Keamatan cahaya putih tinggi (8000 lux) untuk pertumbuhan maksimum | (Hotos & Antoniadis, 2022) |
| Cyanothece sp. | Keamatan cahaya putih tinggi (8000 lux) untuk pertumbuhan maksimum | (Hotos & Antoniadis, 2022) |
| Emiliania huxleyi | Cahaya biru dan merah untuk pengeluaran biomas dan fukosantin | (Zhang et al., 2023) |
| Echinodorus quadricostatus | Cahaya biru untuk pertumbuhan maksimum dan parameter morfometrik | (Shugurov, 2020) |
| Pistia stratiotes | Cahaya merah untuk jisim tumbuhan; cahaya hijau dan kuning mungkin merosotkan pertumbuhan | (Shugurov, 2020) |
Rujukan
Asfouri, N. Y., Hamed, M. bey B., Abi-Ayad, S.-M. E.-A., & Lamara, S. A. C. (2019). The Influence of Light Intensity and Photoperiod on the Growth of two Fresh Water Green Algae Tetranephris brasiliensis and Scenedesmus sp Isolated from Estuary. BioTechnology: An Indian Journal.
Arthaud, F., Toury, J., Romestaing, C., & Bornette, G. (2021). Photosynthetic and morphological traits control aquatic plant distribution according to light stress. Evolutionary Ecology. https://doi.org/10.1007/S10682-021-10134-9
Hotos, G. N. (2023). Quantity and Quality of Light on Growth and Pigment Content of Dunaliella sp. and Anabaena sp. Cultures and the Use of Their Absorption Spectra as a Proxy Method for Assessment. Journal of Marine Science and Engineering. https://doi.org/10.3390/jmse11091673
Hotos, G. N., & Antoniadis, T. (2022). Growth, Phycobiliproteins, Chlorophyll and Carotenoids Content of the Marine Cyanobacteria Phormidium sp. And Cyanothece sp. As Affected by White and Colored Artificial Light in Batch Cultures. https://doi.org/10.20944/preprints202201.0437.v1
Jin, S., Ibrahim, M., Muhammad, S., Khan, S., & Li, G. (2020). Light intensity effects on the growth and biomass production of submerged macrophytes in different water strata. Arabian Journal of Geosciences. https://doi.org/10.1007/S12517-020-05924-4
Proietti, S., Moscatello, S., Riccio, F., Downey, P., & Battistelli, A. (2021). Continuous Lighting Promotes Plant Growth, Light Conversion Efficiency, and Nutritional Quality of Eruca vesicaria (L.) Cav. in Controlled Environment With Minor Effects Due to Light Quality. Frontiers in Plant Science. https://doi.org/10.3389/FPLS.2021.730119
Shugurov, O. (2020). The influence of monochromatic light with different wavelengths on the growth of aquarium plants. https://doi.org/10.15587/2519-8025.2020.202116
Sui, Y., & Harvey, P. J. (2021). Effect of Light Intensity and Wavelength on Biomass Growth and Protein and Amino Acid Composition of Dunaliella salina. Foods. https://doi.org/10.3390/FOODS10051018
Wei, M., Zhao, J., Zhou, X., Li, F., Zhao, M., Zheng, X., Tang, Y., Yang, C., Jin, Z., & Wu, S. (2024). Effects of Underwater Lighting Time on the Growth of Vallisneria spinulosa Yan and Its Water Restoration Process. Water. https://doi.org/10.3390/w16243697
Xia, M., Chen, Y., Chen, Y., Wang, X., Sun, Z., Zhao, X., Li, G., Yang, J., & Hou, H.-W. (2024). Mechanism of rapid adaptive responses of macrophytes Vallisneria denseserrulata (Makino) to varying visible light transmittance: A mesocosm study. https://doi.org/10.22541/au.171541663.35346900/v1
Xing, Q., Park, J., Lee, H. J., Yarish, C., & Kim, J. K. (2023). Effects of different artificial photosynthetically active radiation (PAR) sources and intensity on the growth and nutrient uptake in Ulva prolifera and Neopyropia yezoensis. Algal Research-Biomass Biofuels and Bioproducts. https://doi.org/10.1016/j.algal.2023.103151
Xu, C., Xu, C., Wang, H.-J., Wang, H.-J., Li, Y., Xu, C., Yu, Q., Liu, M., Zhang, M., Wang, H., Hamilton, D. P., & Jeppesen, E. (2021). Can artificial light promote submerged macrophyte growth in summer. Aquatic Ecology. https://doi.org/10.1007/S10452-021-09899-6
Zhang, J., Wang, Q., Gong, Q., & Gao, X. (2023). Effect of Light Wavelength on Biomass, Growth, Photosynthesis and Pigment Content of Emiliania huxleyi (Isochrysidales, Cocco-Lithophyceae). Journal of Marine Science and Engineering. https://doi.org/10.3390/jmse11020456
Number of View :47
