LED in acquario

Spettro richiesto dalle piante

Abbiamo visto cosa siano e come funzionino i LED, quindi passiamo ad analizzare la luce di cui hanno bisogno le piante, per cercare di verificare la migliore applicazione nei nostri acquari d’acqua dolce.

Questo per cercare di rispondere alla domanda che spesso ci si pone, quando siamo chiamati a valutare l’illuminazione per l’acquario: la luce dei LED va bene per le piante?

Vediamo un po’ le loro necessità, ovvero come la pianta usa la luce che le forniamo.
Qualunque ricerca facciate, il risultato sarà questo:

…ovvero un grafico che mostra in quali punti dello spettro abbiamo il massimo assorbimento dei principali pigmenti: clorofilla A, clorofilla B e carotenoidi.

Come si nota, i pigmenti assorbono soprattutto la luce blu e quella rossa, mentre riflettono la luce verde e quella gialla.
È per questo che la maggior parte delle piante appare di colore verde.

Approfondiamo ulteriormente…

La fotosintesi clorofilliana serve a trasformare la luce in energia utile per la crescita delle piante; questa trasformazione viene svolta dai pigmenti che, da una ricerca più dettagliata, non sono solo quelli già citati.

• Clorofilla A: questo è il pigmento fotosintetico più importante e comune. Partecipa principalmente alla fotosintesi ossigenica, in cui l’ossigeno è il principale sottoprodotto. Tutti gli organismi fotosintetici ossigenici contengono questo tipo di clorofilla e comprendono quasi tutte le piante e la maggior parte dei batteri.
  La clorofilla A è sensibile alla luce fra i 350 nm e i 450 nm (violetto-blu, all’inizio del grafico); poi di nuovo fra i 650 nm e i 680 nm (rosso).

Quindi abbiamo altri pigmenti accessori: assorbono la luce nelle parti dello spettro non coperte dalla clorofilla A per passare l’energia a quest’ultima:

• Clorofilla B: viene utilizzata per integrare lo spettro di assorbimento della clorofilla A; non tutti gli organismi fotosintetici ce l’hanno.
  La clorofilla B è sensibile alla luce fra i 395 e i 490 nm (sempre a sinistra, sul grafico); poi di nuovo dai 620 ai 670 nm (rosso).
• Carotenoidi: sono un gruppo di pigmenti accessori, molto colorati, e sono il motivo per cui le foglie di alcune specie possono tendere al giallo e al rosso.
  Sono presenti in un rapporto 3 a 1 con la clorofilla A; questo maschera in parte la loro colorazione.
  In autunno, le piante caducifoglie degradano la clorofilla A per riconvertirla in enegia di scorta per la ripresa vegetativa primaverile, recuperando anche parte degli elementi di cui questa è composta.
  Tuttavia, i carotenoidi sono più difficili da riconvertire, vengono quindi lasciati nelle foglie; donano quindi il tipico colore autunnale giallo-rossastro, non essendo più mascherati dalla clorofilla A.
  I carotenoidi sono sensibili alla luce tra i 350 nm e i 520 nm (violetto-blu-ciano).
• Clorofilla C: questo pigmento è presente nelle alghe, come le diatomee e le alghe brune; ha picchi di assorbimento concentrati sui 395, 450, 581 e 629 nm (violetto, ciano, giallo e arancio).

Ci sono, infine, altri pigmenti coinvolti nel meccanismo di assorbimento della luce nelle piante, tra i quali:

• le xantofille, di colore giallo;
• la ficoeritrina, di colore rosso, presente in molte alghe rosse;
• le ficocianine, di colore verde-azzurro, presenti nei cianobatteri.

Riassumiamo tutto in un grafico, dove possiamo vedere bene i picchi di assorbimento.

…E come si applica tutto questo ai LED?
Proviamo a sovrapporre a questo grafico lo spettro di emissione dei LED bianchi:

Come si vede, i LED di tonalità bianco naturale e bianco caldo coprono lo spettro di più pigmenti e potrebbero sembrare i LED migliori da usare.
Tuttavia, abbiamo una mancanza grave nel pigmento principale, la clorofilla A.

Viceversa, tutti gli altri pigmenti, come abbiamo detto poco sopra, trasmettono l’energia assorbita alla clorofilla A; dunque potremmo farne a meno, andando a fornire le lunghezze d’onda necessarie direttamente alla clorofilla A.
Questo lo notiamo in molte lampade per l’accrescimento delle piante, che sono costituite solo da LED blu e rossi.
Una prova del funzionamento soddisfacente dei LED è nell’acquario di uno degli autori, dove le piante crescono senza difficoltà e facendo pure pearling.

Un problema che tuttavia si osserva, con l’uso dei LED, è la maggiore difficoltà nel mantenere il colore nelle piante rosse.
Mettiamo due foto della stessa pianta (Ludwigia glandulosa), prima sotto lampade fluorescenti e poi sotto LED.

In effetti, i pigmenti coinvolti nella colorazione rossa sono i carotenoidi e la ficoeritrina, che sono sensibili in punti dove i LED bianchi non emettono molto.

Tuttavia, questi pigmenti sono comunque coperti su vari punti dello spettro dei LED e, inoltre, è da considerare che la penetrazione della luce nell’acqua va scemando spostandosi dalle onde corte (blu) alle onde lunghe (rosso): in pratica, la luce rossa è bloccata dai primi centimetri d’acqua, mentre la luce blu arriva più in profondità. Tale effetto è inoltre aumentato dalle particelle in sospensione e dai sali disciolti in acqua.
Questo spiega anche perché le piante prendano più colore, avvicinandosi alla superficie.

Nel prossimo capitolo faremo un confronto più dettagliato fra lampade fluorescenti e LED.