[Rezumat] Bazat pe un număr mare de date experimentale, acest articol discută câteva aspecte importante în selecția calității luminii în fabricile de uzine, inclusiv selecția surselor de lumină, efectele luminii roșii, albastre și galbene și selecția intervalelor spectrale, pentru a oferi informații despre calitatea luminii în fabricile de uzine. Determinarea strategiei de potrivire oferă câteva soluții practice care pot fi utilizate ca referință.
Selectarea sursei de lumină

Fabricile de plante utilizează în general lumini LED. Acest lucru se datorează faptului că luminile LED au caracteristici precum eficiență luminoasă ridicată, consum redus de energie, generare redusă de căldură, durată lungă de viață și intensitate și spectru luminos reglabile, ceea ce nu numai că poate îndeplini cerințele de creștere a plantelor și acumulare eficientă de materiale, dar și economisește energie, reduce generarea de căldură și costurile cu energia electrică. Luminile LED pentru creștere pot fi împărțite în continuare în LED-uri cu spectru larg cu un singur cip pentru uz general, LED-uri cu spectru larg cu un singur cip specifice plantelor și LED-uri cu spectru reglabil combinate cu mai multe cipuri. Prețul ultimelor două tipuri de LED-uri specifice plantelor este, în general, de peste 5 ori mai mare decât cel al LED-urilor obișnuite, așa că ar trebui selectate diferite surse de lumină în funcție de scopuri diferite. Pentru fabricile mari de plante, tipurile de plante pe care le cultivă se schimbă odată cu cererea pieței. Pentru a reduce costurile de construcție și a nu afecta semnificativ eficiența producției, autorul recomandă utilizarea cipurilor LED cu spectru larg pentru iluminatul general ca sursă de iluminare. Pentru fabricile mici, dacă tipurile de instalații sunt relativ fixe, pentru a obține o eficiență ridicată a producției și o calitate ridicată fără a crește semnificativ costul de construcție, se pot utiliza ca sursă de iluminare cipuri LED cu spectru larg pentru iluminat specific plantelor sau general. Dacă se dorește studierea efectului luminii asupra creșterii plantelor și acumulării de substanțe eficiente, astfel încât să se ofere cea mai bună formulă de lumină pentru producția la scară largă în viitor, se poate utiliza o combinație multi-cip de lumini LED cu spectru reglabil pentru a modifica factori precum intensitatea luminii, spectrul și timpul de iluminare pentru a obține cea mai bună formulă de lumină pentru fiecare plantă, oferind astfel baza pentru producția la scară largă.

Lumina roșie și albastră

În ceea ce privește rezultatele experimentale specifice, atunci când conținutul de lumină roșie (R) este mai mare decât cel de lumină albastră (B) (salată verde R:B = 6:2 și 7:3; spanac R:B = 4:1; răsaduri de dovleac R:B = 7:3; răsaduri de castravete R:B = 7:3), experimentul a arătat că și conținutul de biomasă (inclusiv înălțimea părții aeriene a plantei, suprafața maximă a frunzelor, greutatea proaspătă și greutatea uscată etc.) a fost mai mare, dar diametrul tulpinii și indicele de răsad puternic al plantelor au fost mai mari atunci când conținutul de lumină albastră a fost mai mare decât cel al luminii roșii. Pentru indicatorii biochimici, un conținut de lumină roșie mai mare decât cel al luminii albastre este în general benefic pentru creșterea conținutului de zahăr solubil în plante. Cu toate acestea, pentru acumularea de vitamina C, proteine ​​solubile, clorofilă și carotenoizi în plante, este mai avantajos să se utilizeze iluminare LED cu un conținut mai mare de lumină albastră decât lumina roșie, iar conținutul de malondialdehidă este, de asemenea, relativ scăzut în aceste condiții de iluminare.

Întrucât fabrica de plante este utilizată în principal pentru cultivarea legumelor cu frunze sau pentru creșterea industrială a răsadurilor, se poate concluziona din rezultatele de mai sus că, sub premisa creșterii randamentului și ținând cont de calitate, este potrivit să se utilizeze ca sursă de lumină cipuri LED cu un conținut de lumină roșie mai mare decât lumina albastră. Un raport mai bun este R:B = 7:3. Mai mult, un astfel de raport de lumină roșie și albastră este practic aplicabil tuturor tipurilor de legume cu frunze sau răsaduri și nu există cerințe specifice pentru diferite plante.

Selecția lungimii de undă roșii și albastre

În timpul fotosintezei, energia luminoasă este absorbită în principal prin clorofila a și clorofila b. Figura de mai jos prezintă spectrele de absorbție ale clorofilei a și clorofilei b, unde linia spectrală verde este spectrul de absorbție al clorofilei a, iar linia spectrală albastră este spectrul de absorbție al clorofilei b. Se poate observa din figură că atât clorofila a, cât și clorofila b au două vârfuri de absorbție, unul în regiunea luminii albastre și celălalt în regiunea luminii roșii. Însă cele 2 vârfuri de absorbție ale clorofilei a și clorofilei b sunt ușor diferite. Mai precis, cele două lungimi de undă de vârf ale clorofilei a sunt 430 nm și respectiv 662 nm, iar cele două lungimi de undă de vârf ale clorofilei b sunt 453 nm și respectiv 642 nm. Aceste patru valori ale lungimii de undă nu se vor schimba în funcție de plante, astfel încât selecția lungimilor de undă roșii și albastre din sursa de lumină nu se va schimba în funcție de speciile de plante diferite.

Spectrele de absorbție ale clorofilei a și clorofilei b

O sursă de lumină obișnuită cu LED-uri, cu spectru larg, poate fi utilizată ca sursă de lumină pentru o fabrică, atâta timp cât lumina roșie și albastră pot acoperi cele două lungimi de undă de vârf ale clorofilei a și clorofilei b, adică intervalul de lungimi de undă al luminii roșii este în general de 620~680 nm, în timp ce intervalul de lungimi de undă al luminii albastre este de la 400 la 480 nm. Cu toate acestea, intervalul de lungimi de undă al luminii roșii și albastre nu ar trebui să fie prea larg, deoarece nu numai că risipește energie luminoasă, dar poate avea și alte impacturi.

Dacă se utilizează ca sursă de lumină a fabricii un LED compus din cipuri roșii, galbene și albastre, lungimea de undă de vârf a luminii roșii trebuie setată la lungimea de undă de vârf a clorofilei a, adică la 660 nm, iar lungimea de undă de vârf a luminii albastre trebuie setată la lungimea de undă de vârf a clorofilei b, adică la 450 nm.

Rolul luminii galbene și verzi

Este mai potrivit atunci când raportul dintre lumina roșie, verde și albastră este R:G:B = 6:1:3. În ceea ce privește determinarea lungimii de undă a vârfului luminii verzi, deoarece aceasta joacă în principal un rol de reglare în procesul de creștere a plantelor, aceasta trebuie să fie doar între 530 și 550 nm.

Rezumat

Acest articol discută strategia de selecție a calității luminii în fabricile de plante, atât din aspecte teoretice, cât și practice, inclusiv selecția intervalului de lungimi de undă pentru lumina roșie și albastră în sursa de lumină LED și rolul și raportul dintre lumina galbenă și cea verde. În procesul de creștere a plantelor, ar trebui luată în considerare în mod cuprinzător potrivirea rezonabilă dintre cei trei factori: intensitatea luminii, calitatea luminii și timpul de iluminare, precum și relația acestora cu nutrienții, temperatura și umiditatea, precum și concentrația de CO2. Pentru producția reală, indiferent dacă intenționați să utilizați o lumină LED cu spectru larg sau o combinație multi-cip cu spectru reglabil, raportul lungimilor de undă este principala considerație, deoarece, pe lângă calitatea luminii, alți factori pot fi ajustați în timp real în timpul funcționării. Prin urmare, cea mai importantă considerație în etapa de proiectare a fabricilor de plante ar trebui să fie selecția calității luminii.

Autor: Yong Xu

Sursa articolului: Contul Wechat al Tehnologiei Ingineriei Agricole (horticultură în seră)

Referință: Yong Xu,Strategia de selecție a calității luminii în fabricile de plante [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022, 42(4): 22-25.