[Streszczenie] W niniejszym artykule, opartym na dużej liczbie danych eksperymentalnych, omówiono kilka istotnych kwestii związanych z doborem jakości światła w fabrykach roślin, w tym dobór źródeł światła, wpływ światła czerwonego, niebieskiego i żółtego oraz wybór zakresów widmowych, aby zapewnić wgląd w jakość światła w fabrykach roślin. Określenie strategii dopasowania dostarcza praktycznych rozwiązań, które mogą być wykorzystane jako punkt odniesienia.
Wybór źródła światła

W fabrykach roślin zazwyczaj stosuje się oświetlenie LED. Wynika to z faktu, że oświetlenie LED charakteryzuje się wysoką wydajnością świetlną, niskim zużyciem energii, mniejszym wydzielaniem ciepła, długą żywotnością oraz regulowanym natężeniem i widmem światła, co nie tylko zaspokaja potrzeby wzrostu roślin i efektywnego gromadzenia materiału, ale także pozwala oszczędzać energię, zmniejszać wytwarzanie ciepła i koszty energii elektrycznej. Lampy LED do uprawy można podzielić na jednoprocesorowe oświetlenie LED o szerokim spektrum do zastosowań ogólnych, jednoprocesorowe oświetlenie LED o szerokim spektrum dla konkretnych roślin oraz wieloprocesorowe oświetlenie LED o regulowanym spektrum. Cena dwóch ostatnich rodzajów oświetlenia LED dla konkretnych roślin jest zazwyczaj ponad 5 razy wyższa niż cena zwykłych lamp LED, dlatego należy dobierać różne źródła światła w zależności od ich przeznaczenia. W przypadku dużych fabryk roślin, rodzaje uprawianych roślin zmieniają się wraz z popytem na rynku. Aby obniżyć koszty budowy i nie wpłynąć znacząco na wydajność produkcji, autor zaleca stosowanie jako źródła światła diod LED o szerokim spektrum do oświetlenia ogólnego. W przypadku małych zakładów, jeśli typy roślin są względnie stałe, aby uzyskać wysoką wydajność i jakość produkcji bez znaczącego wzrostu kosztów budowy, jako źródło światła można zastosować diody LED o szerokim spektrum, przeznaczone do oświetlenia specyficznego dla danego zakładu lub ogólnego. Aby zbadać wpływ światła na wzrost roślin i akumulację substancji czynnych, aby zapewnić najlepszą formułę oświetlenia dla przyszłej produkcji na dużą skalę, można zastosować wieloczipową kombinację diod LED o regulowanym spektrum, która pozwala na zmianę takich czynników, jak natężenie światła, widmo i czas świecenia, aby uzyskać najlepszą formułę oświetlenia dla każdego zakładu, co stanowi podstawę dla produkcji na dużą skalę.

Czerwone i niebieskie światło

Jeśli chodzi o konkretne wyniki eksperymentalne, gdy zawartość światła czerwonego (R) jest wyższa niż niebieskiego (B) (sałata R:B = 6:2 i 7:3; szpinak R:B = 4:1; sadzonki dyni R:B = 7:3; sadzonki ogórka R:B = 7:3), eksperyment wykazał, że zawartość biomasy (w tym wysokość rośliny części nadziemnej, maksymalna powierzchnia liści, świeża masa i sucha masa itp.) była wyższa, ale średnica łodygi i silny indeks siewek roślin były większe, gdy zawartość światła niebieskiego była wyższa niż czerwonego. W przypadku wskaźników biochemicznych zawartość światła czerwonego wyższa niż niebieskiego jest ogólnie korzystna dla zwiększenia zawartości cukrów rozpuszczalnych w roślinach. Jednakże, w przypadku akumulacji VC, rozpuszczalnego białka, chlorofilu i karotenoidów w roślinach, korzystniejsze jest stosowanie oświetlenia LED o wyższej zawartości światła niebieskiego niż czerwonego, a zawartość malondialdehydu jest również stosunkowo niska w tych warunkach oświetleniowych.

Ponieważ fabryka roślin jest wykorzystywana głównie do uprawy warzyw liściastych lub przemysłowej hodowli sadzonek, z powyższych wyników można wywnioskować, że w celu zwiększenia plonów i biorąc pod uwagę jakość, korzystne jest stosowanie diod LED o wyższej zawartości światła czerwonego niż niebieskiego jako źródła światła. Lepszym stosunkiem jest R:B = 7:3. Co więcej, taki stosunek światła czerwonego do niebieskiego ma zastosowanie zasadniczo do wszystkich rodzajów warzyw liściastych lub sadzonek i nie ma szczególnych wymagań dla różnych roślin.

Wybór długości fali czerwonej i niebieskiej

Podczas fotosyntezy energia świetlna jest absorbowana głównie przez chlorofil a i chlorofil b. Poniższy rysunek przedstawia widma absorpcyjne chlorofilu a i chlorofilu b, gdzie zielona linia widmowa to widmo absorpcyjne chlorofilu a, a niebieska linia widmowa to widmo absorpcyjne chlorofilu b. Z rysunku wynika, że ​​zarówno chlorofil a, jak i chlorofil b mają dwa piki absorpcyjne, jeden w obszarze światła niebieskiego, a drugi w obszarze światła czerwonego. Jednak dwa piki absorpcyjne chlorofilu a i chlorofilu b nieznacznie się różnią. Dokładniej, dwie długości fal szczytowych chlorofilu a wynoszą odpowiednio 430 nm i 662 nm, a dwie długości fal szczytowych chlorofilu b wynoszą odpowiednio 453 nm i 642 nm. Te cztery wartości długości fal nie zmienią się w przypadku różnych roślin, więc wybór długości fal czerwonej i niebieskiej w źródle światła nie zmieni się w przypadku różnych gatunków roślin.

Widma absorpcyjne chlorofilu a i chlorofilu b

Zwykłe oświetlenie LED o szerokim spektrum może być wykorzystane jako źródło światła w fabryce roślin, pod warunkiem, że czerwone i niebieskie światło pokrywają dwie długości fal szczytowych chlorofilu a i chlorofilu b, tj. zakres długości fal światła czerwonego wynosi zazwyczaj 620–680 nm, a niebieskiego – 400–480 nm. Jednakże zakres długości fal światła czerwonego i niebieskiego nie powinien być zbyt szeroki, ponieważ nie tylko marnuje to energię świetlną, ale może również mieć inne skutki.

Jeżeli jako źródło światła w fabryce roślin stosuje się diodę LED składającą się z czerwonych, żółtych i niebieskich chipów, szczytowa długość fali czerwonego światła powinna być ustawiona na wartość szczytowej długości fali chlorofilu a, czyli na 660 nm, a szczytowa długość fali niebieskiego światła powinna być ustawiona na wartość szczytowej długości fali chlorofilu b, czyli na 450 nm.

Rola światła żółtego i zielonego

Bardziej odpowiednie jest, gdy stosunek światła czerwonego, zielonego i niebieskiego wynosi R:G:B=6:1:3. Jeśli chodzi o określenie długości fali szczytowej zielonego światła, ponieważ odgrywa ono głównie rolę regulacyjną w procesie wzrostu roślin, wystarczy, że będzie się mieścić w przedziale 530–550 nm.

Streszczenie

W tym artykule omówiono strategię doboru jakości światła w fabrykach roślin, zarówno z teoretycznego, jak i praktycznego punktu widzenia, w tym wybór zakresu długości fal światła czerwonego i niebieskiego w źródle światła LED oraz rolę i stosunek światła żółtego do zielonego. W procesie wzrostu roślin, rozsądne dopasowanie między trzema czynnikami: intensywnością światła, jakością światła i czasem świecenia, a także ich związkiem ze składnikami odżywczymi, temperaturą i wilgotnością oraz stężeniem CO2, powinno być również kompleksowo rozważone. W przypadku rzeczywistej produkcji, niezależnie od tego, czy planujesz użyć światła LED o szerokim spektrum, czy też kombinacji wielu chipów o regulowanym spektrum, stosunek długości fal jest najważniejszym czynnikiem, ponieważ oprócz jakości światła, inne czynniki mogą być regulowane w czasie rzeczywistym podczas pracy. Dlatego najważniejszym czynnikiem na etapie projektowania fabryk roślin powinien być dobór jakości światła.

Autor: Yong Xu

Źródło artykułu: Konto WeChat poświęcone technologii inżynierii rolniczej (ogrodnictwo szklarniowe)

Odniesienie: Yong Xu,Strategia selekcji jakości światła w fabrykach roślin [J]. Inżynieria Rolnicza, 2022, 42(4): 22-25.