[Abstrakt] Na základe veľkého množstva experimentálnych údajov tento článok rozoberá niekoľko dôležitých otázok pri výbere kvality svetla v závodoch na výrobu rastlín, vrátane výberu svetelných zdrojov, vplyvu červeného, ​​modrého a žltého svetla a výberu spektrálnych rozsahov, s cieľom poskytnúť prehľad o kvalite svetla v závodoch na výrobu rastlín. Určenie stratégie prispôsobovania poskytuje niektoré praktické riešenia, ktoré možno použiť ako referenciu.
Výber svetelného zdroja

Rastlinné továrne vo všeobecnosti používajú LED svetlá. Je to preto, že LED svetlá sa vyznačujú vysokou svetelnou účinnosťou, nízkou spotrebou energie, menším generovaním tepla, dlhou životnosťou a nastaviteľnou intenzitou svetla a spektrom, čo nielenže spĺňa požiadavky na rast rastlín a efektívnu akumuláciu materiálu, ale aj šetrí energiu, znižuje generovanie tepla a náklady na elektrinu. LED pestovateľské svetlá možno ďalej rozdeliť na jednočipové širokospektrálne LED svetlá na všeobecné použitie, jednočipové širokospektrálne LED svetlá určené pre konkrétne rastliny a viacčipové kombinované nastaviteľné LED svetlá. Cena posledných dvoch druhov LED svetiel určených pre konkrétne rastliny je vo všeobecnosti viac ako 5-krát vyššia ako cena bežných LED svetiel, preto by sa mali rôzne svetelné zdroje vyberať podľa rôznych účelov. Vo veľkých rastlinných továrňach sa typy rastlín, ktoré pestujú, menia s dopytom na trhu. Aby sa znížili stavebné náklady a výrazne sa neovplyvnila efektivita výroby, autor odporúča používať širokospektrálne LED čipy na všeobecné osvetlenie ako zdroj svetla. V prípade malých závodov, ak sú typy rastlín relatívne fixné, je možné ako zdroj svetla použiť širokospektrálne LED čipy na osvetlenie špecifických rastlín alebo všeobecné osvetlenie. Ak sa má študovať vplyv svetla na rast rastlín a akumuláciu účinných látok, aby sa v budúcnosti zabezpečila najlepšia svetelná receptúra ​​pre veľkovýrobu, je možné použiť viacčipovú kombináciu LED svetiel s nastaviteľným spektrom na zmenu faktorov, ako je intenzita svetla, spektrum a doba svietenia, aby sa dosiahla najlepšia svetelná receptúra ​​pre každú rastlinu, a tým sa vytvoril základ pre veľkovýrobu.

Červené a modré svetlo

Pokiaľ ide o špecifické experimentálne výsledky, keď je obsah červeného svetla (R) vyšší ako obsah modrého svetla (B) (hlávkový šalát R:B = 6:2 a 7:3; špenát R:B = 4:1; sadenice tekvíc R:B = 7:3; sadenice uhoriek R:B = 7:3), experiment ukázal, že obsah biomasy (vrátane výšky rastliny nadzemnej časti, maximálnej plochy listov, čerstvej hmotnosti a suchej hmotnosti atď.) bol vyšší, ale priemer stonky a silný index sadeníc rastlín boli väčšie, keď bol obsah modrého svetla vyšší ako obsah červeného svetla. Z biochemických ukazovateľov je obsah červeného svetla vyšší ako modrý vo všeobecnosti prospešný pre zvýšenie obsahu rozpustného cukru v rastlinách. Pre akumuláciu VC, rozpustných bielkovín, chlorofylu a karotenoidov v rastlinách je však výhodnejšie použiť LED osvetlenie s vyšším obsahom modrého svetla ako červeného svetla a obsah malondialdehydu je za týchto svetelných podmienok tiež relatívne nízky.

Keďže sa závod na pestovanie rastlín používa hlavne na pestovanie listovej zeleniny alebo na priemyselné pestovanie sadeníc, z vyššie uvedených výsledkov možno vyvodiť záver, že za predpokladu zvýšenia výnosu a zohľadnenia kvality je vhodné použiť ako zdroj svetla LED čipy s vyšším obsahom červeného svetla ako modrého svetla. Lepší pomer je R:B = 7:3. Navyše, takýto pomer červeného a modrého svetla je v podstate použiteľný pre všetky druhy listovej zeleniny alebo sadeníc a neexistujú žiadne špecifické požiadavky pre rôzne rastliny.

Výber červenej a modrej vlnovej dĺžky

Počas fotosyntézy sa svetelná energia absorbuje prevažne prostredníctvom chlorofylu a a chlorofylu b. Obrázok nižšie zobrazuje absorpčné spektrá chlorofylu a a chlorofylu b, kde zelená spektrálna čiara predstavuje absorpčné spektrum chlorofylu a a modrá spektrálna čiara predstavuje absorpčné spektrum chlorofylu b. Z obrázku je vidieť, že chlorofyl a aj chlorofyl b majú dva absorpčné píky, jeden v modrej oblasti svetla a druhý v červenej oblasti svetla. Tieto dva absorpčné píky chlorofylu a a chlorofylu b sa však mierne líšia. Presnejšie povedané, dve vrcholové vlnové dĺžky chlorofylu a sú 430 nm a 662 nm a dve vrcholové vlnové dĺžky chlorofylu b sú 453 nm a 642 nm. Tieto štyri hodnoty vlnových dĺžok sa nemenia v závislosti od rastliny, takže výber červenej a modrej vlnovej dĺžky vo svetelnom zdroji sa nemení v závislosti od druhu rastliny.

Absorpčné spektrá chlorofylu a a chlorofylu b

Ako zdroj svetla v závode možno použiť bežné LED osvetlenie so širokým spektrom, pokiaľ červené a modré svetlo pokrývajú dva maximálne vlnové dĺžky chlorofylu a a chlorofylu b, čo znamená, že rozsah vlnových dĺžok červeného svetla je vo všeobecnosti 620 ~ 680 nm, zatiaľ čo rozsah vlnových dĺžok modrého svetla je od 400 do 480 nm. Rozsah vlnových dĺžok červeného a modrého svetla by však nemal byť príliš široký, pretože nielenže plytvá svetelnou energiou, ale môže mať aj iné účinky.

Ak sa ako zdroj svetla v závode na výrobu rastlín použije LED svetlo zložené z červených, žltých a modrých čipov, maximálna vlnová dĺžka červeného svetla by mala byť nastavená na maximálnu vlnovú dĺžku chlorofylu a, teda na 660 nm, a maximálna vlnová dĺžka modrého svetla by mala byť nastavená na maximálnu vlnovú dĺžku chlorofylu b, teda na 450 nm.

Úloha žltého a zeleného svetla

Vhodnejšie je, keď pomer červeného, ​​zeleného a modrého svetla je R:G:B=6:1:3. Pokiaľ ide o určenie maximálnej vlnovej dĺžky zeleného svetla, keďže hrá hlavne regulačnú úlohu v procese rastu rastlín, stačí, ak je medzi 530 a 550 nm.

Zhrnutie

Tento článok rozoberá stratégiu výberu kvality svetla v závodoch na výrobu rastlín z teoretického aj praktického hľadiska, vrátane výberu rozsahu vlnových dĺžok červeného a modrého svetla v LED svetelnom zdroji a úlohy a pomeru žltého a zeleného svetla. V procese rastu rastlín by sa malo komplexne zvážiť aj primerané zladenie medzi tromi faktormi: intenzitou svetla, kvalitou svetla a dobou svietenia, a ich vzťahom k živinám, teplote a vlhkosti a koncentrácii CO2. Pre skutočnú výrobu, či už plánujete použiť širokospektrálne alebo viacčipové kombinované LED svetlo s laditeľným spektrom, je pomer vlnových dĺžok primárnym faktorom, pretože okrem kvality svetla je možné počas prevádzky v reálnom čase upravovať aj ďalšie faktory. Preto by najdôležitejším faktorom vo fáze návrhu závodov na výrobu rastlín mal byť výber kvality svetla.

Autor: Yong Xu

Zdroj článku: WeChat účet spoločnosti Agricultural Engineering Technology (skleníkové záhradníctvo)

Referencia: Yong Xu,Stratégia výberu kvality svetla v rastlinných továrňach [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022, 42(4): 22-25.