Stres termiczny pod osłonami (cz. 1). Jak przewidywać stres termiczny i radiacyjny?

Stres cieplny i stres wysokiej wilgotności

Czym jest VPD i dlaczego jest ważniejsze niż sama temperatura?

Gospodarstwa coraz częściej wdrażają systemy monitoringu i prognozowania warunków stresowych w uprawach pod osłonami. Jednym z najważniejszych wskaźników wykorzystywanych w takich rozwiązaniach jest VPD (Vapour Pressure Deficit), czyli deficyt ciśnienia pary wodnej. To właśnie on pozwala precyzyjnie określić, kiedy rośliny zaczynają odczuwać stres cieplny lub stres wynikający z nadmiernej wilgotności.

Deficyt ciśnienia pary wodnej określa różnicę pomiędzy ilością pary wodnej, jaką powietrze mogłoby maksymalnie zawierać w danej temperaturze, a ilością pary wodnej rzeczywiście obecną w atmosferze. Im wyższa temperatura i niższa wilgotność względna, tym wyższe VPD. Im niższa temperatura i wyższa wilgotność, tym VPD spada.

Z punktu widzenia roślin VPD opisuje siłę, z jaką atmosfera „wyciąga” wodę z liści. Jest to parametr znacznie lepiej powiązany z fizjologią roślin niż sama wilgotność względna, ponieważ bezpośrednio steruje intensywnością transpiracji i zachowaniem aparatów szparkowych. W praktyce oznacza to, że dwie identyczne temperatury mogą wywoływać zupełnie inny poziom stresu u roślin — wszystko zależy od wilgotności powietrza i wartości VPD.

Jak VPD wpływa na fotosyntezę i rozwój roślin?

Transpiracja, fotosynteza, pobieranie składników pokarmowych i regulacja temperatury liści są ze sobą ściśle powiązane i wszystkie zależą od pracy aparatów szparkowych. Aparaty szparkowe otwierają się, aby do wnętrza liścia mógł dostać się CO2, który stanowi podstawowy budulec suchej masy roślin. Jednocześnie przez te same struktury ucieka woda w postaci pary wodnej. VPD decyduje o tym, czy aparaty szparkowe pozostają otwarte, czy też roślina uruchamia mechanizmy obronne.

Zbyt wysokie VPD – stres cieplny: Przy zbyt wysokim VPD transpiracja staje się bardzo intensywna, co grozi szybkim odwodnieniem. Roślina reaguje zamykaniem aparatów szparkowych, ograniczając straty wody, ale jednocześnie drastycznie obniżając tempo fotosyntezy.

Zbyt niskie VPD – stres wysokiej wilgotności: Przy zbyt niskim VPD aparaty szparkowe pozostają wprawdzie otwarte, lecz transpiracja jest tak słaba, że zaburzony zostaje transport wody i składników mineralnych, a mikroklimat liścia sprzyja infekcjom chorobowym.

Jak interpretować wartości VPD w uprawie?

Bardzo niskie VPD <0,5 kPa – stres wysokiej wilgotności. Przy VPD poniżej 0,5 kPa powietrze jest silnie nasycone parą wodną. Transpiracja jest ograniczona, co prowadzi do słabego transportu wapnia, potasu i innych kationów. W takich warunkach częściej obserwuje się:

• tipburn,
• ordzawienia,
• zaburzenia jakości owoców,
• wzrost presji chorób grzybowych i bakteryjnych.

Stres wysokiej wilgotności jest szczególnie istotny w uprawach pod osłonami, tunelach foliowych i w systemach hydroponicznych.

Optymalny zakres VPD 0,5–2,0 kPa. Zakres ten uznawany jest za optymalny dla większości roślin. W tym zakresie: transpiracja i fotosynteza pozostają w równowadze, aparaty szparkowe są aktywne, rośliny efektywnie pobierają wodę i składniki pokarmowe, uzyskiwany jest najwyższy potencjał wzrostu i plonowania. To właśnie utrzymanie uprawy jak najdłużej w tym zakresie jest celem nowoczesnych systemów uprawy pod osłonami – tak aby produktywność była jak największa.

VPD 2,5–3,0 kPa – początek stresu cieplnego. W tych warunkach mówimy już o warunkach stresowych. Wyniki badań przeprowadzonych w 2025 roku w Instytucie Ogrodnictwa w Skierniewicach na 4 gatunkach roślin ogrodniczych wykazały, że podwyższona temperatura prowadząca do wzrostu VPD powoduje wyraźny spadek intensywności fotosyntezy. Wykres 1. przedstawia, że po kilku dniach stresu cieplnego natężenie fotosyntezy może być niższe o ok. 35% w porównaniu z warunkami optymalnymi.

Wykres 1. Średnie natężenie fotosyntezy (µmol CO₂ m ^-2 s ^-1 ) z 4 gatunków roślin ogrodniczych (truskawki, ogórki, sałata, kapusta pekińska) po 4 dniach przebywania w warunkach wysokiej temperatury (+32°C) w stosunku do roślin, które rosły w optymalnych warunkach (+21°C). Badania wykonane w Instytucie Ogrodnictwa w 2025 roku.

Konsekwencją tego jest również mniejszy przyrost biomasy. Wykres 2 pokazuje, że już kilka dni z wysoką temperaturą skutkuje spadkiem masy roślin nawet o 30%, mimo braku widocznych objawów uszkodzeń liści.

Wykres 2. Średni przyrost masy z 4 gatunków roślin ogrodniczych (truskawki, ogórki, sałata, kapusta pekińska) po 12 dniach prowadzenia badań w warunkach optymalnych (+21°C). W stosunku do roślin, które rosły w warunkach optymalnych i były przeniesione na 4 dni do warunków wysokiej temperatury (+32°C). Badania wykonane w Instytucie Ogrodnictwa w 2025 roku.

VPD powyżej 3,0 kPa – ekstremalny stres. Przy takim VPD dochodzi do silnego stresu cieplnego. Transpiracja staje się niekontrolowana, aparaty szparkowe ulegają zamknięciu, a rośliny szybko tracą zdolność chłodzenia liści. W takich warunkach, zwłaszcza przy temperaturach rzędu 35°C i niskiej wilgotności, obserwuje się: więdnięcie i uszkodzenia roślin.

Stres radiacyjny (oparzenia)

Gdy VPD przekracza 3,5 kPa, a natężenie promieniowania słonecznego wynosi powyżej 450-500 W/m², znacznie rośnie ryzyko oparzeń owoców oraz powstawania nekroz na liściach. Najbardziej niebezpieczny okres przypada między godziną 11:00 a 16:00, szczególnie przy nagłym pojawieniu się silnego słońca lub podczas intensywnego wietrzenia upraw pod osłonami w warunkach suchego powietrza.

Wraz ze wzrostem VPD zwiększa się gradient parowania, co oznacza, że roślina traci wodę bardzo szybko. Jednocześnie wysoka radiacja dodatkowo przyspiesza ten proces, przez co tempo utraty wody zaczyna przewyższać możliwości jej pobierania przez korzenie. W odpowiedzi uruchamiany jest sygnał hormonalny z udziałem kwasu abscysynowego (ABA). Hormon ten powoduje zamykanie aparatów szparkowych, ograniczenie transpiracji i fotosyntezy oraz chroni roślinę przed kawitacją, czyli przerwaniem ciągłości transportu wody w ksylemie na skutek powstawania pęcherzyków powietrza.

Jest to mechanizm obronny, prowadzi jednak do pewnego paradoksu. Zamknięcie aparatów szparkowych ogranicza utratę wody, ale jednocześnie uniemożliwia chłodzenie rośliny poprzez transpirację. W efekcie temperatura liści i owoców gwałtownie rośnie. To z kolei prowadzi do denaturacji białek, uszkodzenia fotosystemu II (PSII), powstawania reaktywnych form tlenu (ROS), degradacji chlorofilu oraz pojawienia się nekroz na liściach i oparzeń na owocach.

Fot. 1. Burak cukrowy – po lewej rośliny utrzymywane w warunkach optymalnych, temperatura 21°C. Po prawej rośliny utrzymywane w warunkach optymalnych, a następnie przeniesione na 3 dni do warunków stresu cieplnego i stresu radiacyjnego.

 Fot. 2 Pszenica – po lewej rośliny utrzymywane w warunkach optymalnych, temperatura 21°C. Po prawej rośliny utrzymywane w warunkach optymalnych, a następnie przeniesione na 3 dni do warunków stresu cieplnego i radiacyjnego.

Automatyczne monitorowanie warunków stresowych i prognoza ich wystąpienia

Aby skutecznie zabezpieczać się przed stresem cieplnym, radiacyjnym czy wysokiej wilgotności  niezbędny jest dostęp do monitoringu tych zagrożeń – zarówno prognoza ich wystąpienia jak i dane historyczne. Jednym z najlepszych rozwiązań, które dostępne są na rynku dla upraw polowych jest Farm Smart Alert.

Jak widać na wykresie 3 pokazane jest zagrożenie wystąpieniem stresu termicznego w miejscowości Czechy koło Krakowa.

Wykres 3. Dane z wirtualnej stacji pogodowej w miejscowości Czechy koło Krakowa. 4 i 5 maja pokazane ostrzeżenie związane ze stresem termicznym.

Widać, że na początku maja wystąpiły warunki, kiedy VPD wzrosło do poziomu ostrzeżenia. Zapewne wielu od razu powie, a jak to się ma do warunków pod osłonami – w szklarni czy w tunelu. Oczywiście nie będzie mieć to identycznego przełożenia, ale zobaczcie wykres 4, gdzie są dane z tej samej miejscowości ale ze stacji umieszczonej w tunelu zblokowanym.

Wykres 4. VPD z danych ze stacji meteorologicznej umieszczonej w tunelu zblokowanym z uprawą truskawek w miejscowości Czechy koło Krakowa. 4 i 5 maja VPD wykazało warunki dużego stresu roślin.

Widać, że stres termiczny w tunelu był wyższy niż na zewnątrz. Zapewne w szklarniach, które mają lepszą kontrolę klimatu nie będzie takich wysokich poziomów VPD, ale zagrożenie jest.

System Farm Smart Alert umożliwia automatyczne monitorowanie warunków stresowych na zewnątrz w czasie rzeczywistym oraz prognozowanie ryzyka na 2-3 dni do przodu:

• automatycznie oblicza współczynnik VPD (stres cieplny i stres wysokiej wilgotności)
• automatycznie oblicza ryzyko stresu radiacyjnego (oparzenia)
• monitoruje warunki stresowe w czasie rzeczywistym,
• monitoruje i prognozuje promieniowanie słoneczne
• prognozuje ryzyko wystąpienia wszystkich rodzajów stresu,
• wysyła alerty o zbliżających się zagrożeniach,
• pomaga podejmować szybsze decyzje agrotechniczne.

Monitoring warunków stresowych oparty jest na wirtualnej stacji pogodowej, która jest przypisana do konkretnego pola w gospodarstwie. Wirtualna stacja pogodowa wysyła dane dotyczące warunków pogodowych w danym miejscu na bazie danych pogodowych i danych satelitarnych. Wiarygodność tych danych jest na poziomie minimum 95% w stosunku do odczytów z rzeczywistych stacji meteorologicznych. Następnie dzięki opracowanym przez Agro Smart Lab algorytmom obliczane są dane dotyczące warunków stresowych: przymrozki na bazie mokrego termometru, VPD – stres cieplny i stres wysokiej wilgotności, ryzyko wystąpień oparzeń.

Dzięki temu można podejmować szybkie i bardziej precyzyjne decyzje dotyczące ochrony roślin oraz prowadzenia uprawy. W praktyce oznacza to większą kontrolę nad uprawą i mniejsze ryzyko strat wynikających z gwałtownych zmian pogodowych.

Wykres 5. Współczynnik stresu roślin VPD dostępny w systemie Farm Smart Alert.

Wykres 6. Ryzyko wystąpienia oparzeń (VPD + radiacja).