[Povzetek] Na podlagi velikega števila eksperimentalnih podatkov ta članek obravnava več pomembnih vprašanj pri izbiri kakovosti svetlobe v tovarnah rastlin, vključno z izbiro svetlobnih virov, učinki rdeče, modre in rumene svetlobe ter izbiro spektralnih območij, da bi zagotovil vpogled v kakovost svetlobe v tovarnah rastlin. Določitev strategije ujemanja ponuja nekaj praktičnih rešitev, ki jih je mogoče uporabiti kot referenco.
Izbira svetlobnega vira

Tovarne rastlin običajno uporabljajo LED luči. To je zato, ker imajo LED luči značilnosti visoke svetlobne učinkovitosti, nizke porabe energije, manjšega segrevanja, dolge življenjske dobe ter nastavljive intenzivnosti in spektra svetlobe, kar ne le izpolnjuje zahteve za rast rastlin in učinkovito kopičenje materiala, temveč tudi prihrani energijo, zmanjša proizvodnjo toplote in stroške električne energije. LED luči za gojenje rastlin lahko nadalje razdelimo na enočipne LED luči širokega spektra za splošno uporabo, enočipne LED luči širokega spektra za rastline in veččipne kombinirane LED luči z nastavljivim spektrom. Cena zadnjih dveh vrst LED luči, specifičnih za rastline, je običajno več kot 5-krat višja od cene običajnih LED luči, zato je treba različne vire svetlobe izbrati glede na različne namene. V velikih tovarnah rastlin se vrste rastlin, ki jih gojijo, spreminjajo glede na povpraševanje na trgu. Da bi zmanjšali stroške gradnje in ne bi bistveno vplivali na učinkovitost proizvodnje, avtor priporoča uporabo širokospektralnih LED čipov za splošno razsvetljavo kot vir svetlobe. Za majhne tovarne rastlin, če so vrste rastlin relativno fiksne, se lahko za doseganje visoke proizvodne učinkovitosti in kakovosti brez znatnega povečanja stroškov gradnje kot vir svetlobe uporabijo širokospektralni LED čipi za osvetlitev, specifično za rastline, ali splošno osvetlitev. Če želimo preučiti vpliv svetlobe na rast rastlin in kopičenje učinkovitih snovi, da bi v prihodnosti zagotovili najboljšo svetlobno formulo za obsežno proizvodnjo, se lahko uporabi veččipna kombinacija LED luči z nastavljivim spektrom za spreminjanje dejavnikov, kot so intenzivnost svetlobe, spekter in čas svetlobe, da se doseže najboljša svetlobna formula za vsako rastlino, kar zagotavlja osnovo za obsežno proizvodnjo.

Rdeča in modra luč

Kar zadeva specifične eksperimentalne rezultate, je poskus pokazal, da je bila vsebnost biomase (vključno z višino rastline v nadzemnem delu, največjo površino listov, svežo in suho težo itd.) višja, vendar sta bila premer stebla in indeks rasti rastlin večji, ko je bila vsebnost modre svetlobe višja od vsebnosti rdeče svetlobe. Za biokemične kazalnike je vsebnost rdeče svetlobe, višja od modre, na splošno koristna za povečanje vsebnosti topnega sladkorja v rastlinah. Vendar pa je za kopičenje VC, topnih beljakovin, klorofila in karotenoidov v rastlinah ugodnejša uporaba LED osvetlitve z višjo vsebnostjo modre svetlobe kot rdeče, vsebnost malondialdehida pa je v teh svetlobnih pogojih relativno nizka.

Ker se tovarna rastlin uporablja predvsem za gojenje listnate zelenjave ali za industrijsko vzgojo sadik, lahko iz zgornjih rezultatov sklepamo, da je pod pogojem povečanja pridelka in upoštevanja kakovosti primerno uporabiti LED čipe z višjo vsebnostjo rdeče svetlobe kot modre svetlobe kot vir svetlobe. Boljše razmerje je R:B = 7:3. Poleg tega je takšno razmerje rdeče in modre svetlobe v osnovi uporabno za vse vrste listnate zelenjave ali sadik in ni posebnih zahtev za različne rastline.

Izbira valovne dolžine rdeče in modre

Med fotosintezo se svetlobna energija absorbira predvsem skozi klorofil a in klorofil b. Spodnja slika prikazuje absorpcijske spektre klorofila a in klorofila b, kjer je zelena spektralna črta absorpcijski spekter klorofila a, modra spektralna črta pa absorpcijski spekter klorofila b. Iz slike je razvidno, da imata tako klorofil a kot klorofil b dva absorpcijska vrhova, enega v modrem območju svetlobe in drugega v rdečem območju svetlobe. Vendar se absorpcijska vrhova klorofila a in klorofila b nekoliko razlikujeta. Natančneje, valovni dolžini vrhov klorofila a sta 430 nm oziroma 662 nm, valovni dolžini vrhov klorofila b pa 453 nm oziroma 642 nm. Te štiri vrednosti valovnih dolžin se ne bodo spreminjale pri različnih rastlinah, zato se tudi izbira rdeče in modre valovne dolžine v svetlobnem viru ne bo spreminjala pri različnih rastlinskih vrstah.

Absorpcijski spektri klorofila a in klorofila b

Kot vir svetlobe v tovarni se lahko uporabi navadna LED-razsvetljava s širokim spektrom, če rdeča in modra svetloba pokrivata obe najvišji valovni dolžini klorofila a in klorofila b, kar pomeni, da je valovno dolžinsko območje rdeče svetlobe običajno 620–680 nm, medtem ko je valovno dolžinsko območje modre svetlobe od 400 do 480 nm. Vendar valovno dolžinsko območje rdeče in modre svetlobe ne sme biti preširoko, saj ne le izgublja svetlobno energijo, ampak ima lahko tudi druge učinke.

Če se kot vir svetlobe v tovarni rastlin uporablja LED-luč, sestavljena iz rdečih, rumenih in modrih čipov, je treba najvišjo valovno dolžino rdeče svetlobe nastaviti na najvišjo valovno dolžino klorofila a, to je na 660 nm, najvišjo valovno dolžino modre svetlobe pa na najvišjo valovno dolžino klorofila b, to je na 450 nm.

Vloga rumene in zelene svetlobe

Primerneje je, če je razmerje med rdečo, zeleno in modro svetlobo R:G:B=6:1:3. Kar zadeva določanje valovne dolžine vrha zelene svetlobe, mora biti ta med 530 in 550 nm, saj ima ta predvsem regulatorno vlogo v procesu rasti rastlin.

Povzetek

Ta članek obravnava strategijo izbire kakovosti svetlobe v tovarnah rastlin tako s teoretičnega kot praktičnega vidika, vključno z izbiro valovnega območja rdeče in modre svetlobe v LED svetlobnem viru ter vlogo in razmerjem med rumeno in zeleno svetlobo. V procesu rasti rastlin je treba celovito upoštevati tudi razumno ujemanje med tremi dejavniki: intenzivnostjo svetlobe, kakovostjo svetlobe in trajanjem svetlobe ter njihov odnos s hranili, temperaturo in vlažnostjo ter koncentracijo CO2. Za dejansko proizvodnjo, ne glede na to, ali nameravate uporabiti širokospektralno ali veččipno kombinacijo nastavljivega spektra LED luči, je razmerje valovnih dolžin primarni dejavnik, saj je poleg kakovosti svetlobe mogoče med delovanjem v realnem času prilagajati tudi druge dejavnike. Zato mora biti najpomembnejši dejavnik v fazi načrtovanja tovarn rastlin izbira kakovosti svetlobe.

Avtor: Yong Xu

Vir članka: WeChat račun za kmetijsko inženirsko tehnologijo (vrtnarjenje v rastlinjakih)

Referenca: Yong Xu,Strategija izbire kakovosti svetlobe v rastlinskih obratih [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022, 42(4): 22–25.