[Анотація] На основі великої кількості експериментальних даних у цій статті обговорюються кілька важливих питань вибору якості освітлення на заводах з виробництва рослин, включаючи вибір джерел світла, вплив червоного, синього та жовтого світла, а також вибір спектральних діапазонів, щоб отримати уявлення про якість освітлення на заводах з виробництва рослин. Визначення стратегії узгодження пропонує деякі практичні рішення, які можна використовувати для довідки.
Вибір джерела світла

На заводах з виробництва рослин зазвичай використовуються світлодіодні лампи. Це пояснюється тим, що світлодіодні лампи мають такі характеристики, як висока світлова ефективність, низьке енергоспоживання, менше тепловиділення, тривалий термін служби та регульована інтенсивність і спектр світла, що не тільки задовольняє вимоги росту рослин та ефективного накопичення матеріалу, але й економить енергію, зменшує тепловиділення та витрати на електроенергію. Світлодіодні лампи для вирощування рослин можна додатково розділити на одночіпові світлодіодні лампи широкого спектру загального призначення, одночіпові світлодіодні лампи широкого спектру, спеціально розроблені для рослин, та багаточіпові комбіновані світлодіодні лампи з регульованим спектром. Ціна на два останні види світлодіодних ламп, спеціально розроблених для рослин, зазвичай більш ніж у 5 разів вища, ніж на звичайні світлодіодні лампи, тому різні джерела світла слід вибирати відповідно до різних цілей. На великих заводах типи рослин, які вони вирощують, змінюються залежно від ринкового попиту. Щоб зменшити витрати на будівництво та не суттєво не впливати на ефективність виробництва, автор рекомендує використовувати світлодіодні чіпи широкого спектру для загального освітлення як джерело світла. Для невеликих заводів з виробництва рослин, якщо типи рослин відносно фіксовані, для досягнення високої ефективності та якості виробництва без значного збільшення вартості будівництва, як джерело освітлення можна використовувати світлодіодні чіпи широкого спектру для освітлення окремих рослин або загального освітлення. Якщо потрібно дослідити вплив світла на ріст рослин та накопичення ефективних речовин, щоб забезпечити найкращу формулу світла для великомасштабного виробництва в майбутньому, можна використовувати багаточіпову комбінацію світлодіодних ламп з регульованим спектром для зміни таких факторів, як інтенсивність світла, спектр та тривалість світла, щоб отримати найкращу формулу світла для кожної рослини, що забезпечить основу для великомасштабного виробництва.

Червоне та синє світло

Що стосується конкретних експериментальних результатів, то коли вміст червоного світла (R) вищий, ніж вміст синього світла (B) (салат R:B = 6:2 та 7:3; шпинат R:B = 4:1; розсада гарбузів R:B = 7:3; розсада огірка R:B = 7:3), експеримент показав, що вміст біомаси (включаючи висоту рослини надземної частини, максимальну площу листя, свіжу та суху вагу тощо) був вищим, але діаметр стебла та індекс стійкості розсади рослин були більшими, коли вміст синього світла був вищим, ніж вміст червоного світла. Щодо біохімічних показників, вміст червоного світла, вищий за синій, зазвичай сприяє збільшенню вмісту розчинного цукру в рослинах. Однак для накопичення VC, розчинного білка, хлорофілу та каротиноїдів у рослинах вигідніше використовувати світлодіодне освітлення з вищим вмістом синього світла, ніж червоного, а вміст малонового діальдегіду також відносно низький за цих умов освітлення.

Оскільки заводські установки в основному використовуються для вирощування листових овочів або для промислового вирощування розсади, з наведених вище результатів можна зробити висновок, що з метою підвищення врожайності та врахування якості, як джерело світла доцільно використовувати світлодіодні чіпи з вищим вмістом червоного світла, ніж синього. Кращим співвідношенням є R:B = 7:3. Більше того, таке співвідношення червоного та синього світла в основному застосовне до всіх видів листових овочів або розсади, і немає жодних особливих вимог для різних рослин.

Вибір довжини хвилі червоного та синього кольорів

Під час фотосинтезу світлова енергія поглинається переважно хлорофілом a та хлорофілом b. На рисунку нижче показано спектри поглинання хлорофілу a та хлорофілу b, де зелена спектральна лінія – це спектр поглинання хлорофілу a, а синя спектральна лінія – спектр поглинання хлорофілу b. З рисунка видно, що як хлорофіл a, так і хлорофіл b мають два піки поглинання: один у синій області світла, а інший – у червоній області світла. Але ці два піки поглинання хлорофілу a та хлорофілу b дещо відрізняються. Точніше, дві довжини хвиль піків хлорофілу a становлять 430 нм та 662 нм відповідно, а дві довжини хвиль хлорофілу b – 453 нм та 642 нм відповідно. Ці чотири значення довжин хвиль не змінюються залежно від рослини, тому вибір червоної та синьої довжин хвиль у джерелі світла не змінюється залежно від виду рослин.

Спектри поглинання хлорофілу a та хлорофілу b

Звичайне світлодіодне освітлення широкого спектру може бути використане як джерело світла для рослин, за умови, що червоне та синє світло охоплюють дві пікові довжини хвиль хлорофілу а та хлорофілу b, тобто діапазон довжин хвиль червоного світла зазвичай становить 620~680 нм, тоді як діапазон довжин хвиль синього світла становить від 400 до 480 нм. Однак діапазон довжин хвиль червоного та синього світла не повинен бути занадто широким, оскільки це не тільки призводить до марнування світлової енергії, але й може мати інші наслідки.

Якщо як джерело світла на заводі використовується світлодіодний світильник, що складається з червоних, жовтих та синіх чіпів, пікову довжину хвилі червоного світла слід встановити на пікову довжину хвилі хлорофілу a, тобто на 660 нм, а пікову довжину хвилі синього світла слід встановити на пікову довжину хвилі хлорофілу b, тобто на 450 нм.

Роль жовтого та зеленого світла

Більш доцільно, коли співвідношення червоного, зеленого та синього світла становить R:G:B=6:1:3. Що стосується визначення пікової довжини хвилі зеленого світла, оскільки воно в основному відіграє регуляторну роль у процесі росту рослин, їй потрібно лише мати діапазон від 530 до 550 нм.

Короткий зміст

У цій статті розглядається стратегія вибору якості освітлення на заводах з виробництва рослин як з теоретичного, так і з практичного боку, включаючи вибір діапазону довжин хвиль червоного та синього світла у світлодіодному джерелі світла, а також роль і співвідношення жовтого та зеленого світла. У процесі росту рослин також слід всебічно враховувати розумне узгодження трьох факторів: інтенсивності світла, якості світла та тривалості освітлення, а також їх зв'язок з поживними речовинами, температурою та вологістю, а також концентрацією CO2. Для фактичного виробництва, незалежно від того, чи плануєте ви використовувати широкоспектровий чи багаточіповий комбінований світлодіодний світильник з налаштовуваним спектром, співвідношення довжин хвиль є першочерговим фактором, оскільки, окрім якості світла, інші фактори можна регулювати в режимі реального часу під час роботи. Тому найважливішим фактором на етапі проектування заводів має бути вибір якості світла.

Автор: Юн Сю

Джерело статті: обліковий запис Wechat про технології сільськогосподарської техніки (тепличне садівництво)

Довідка: Yong Xu,Стратегія вибору якості освітлення на рослинних заводах [J]. Сільськогосподарські технології машинобудування, 2022, 42(4): 22-25.