[Резюме] Въз основа на голям брой експериментални данни, тази статия разглежда няколко важни въпроса при избора на качество на светлината в заводите за производство на растения, включително избора на източници на светлина, ефектите на червената, синята и жълтата светлина и избора на спектрални диапазони, за да се даде представа за качеството на светлината в заводите за производство на растения. Определянето на стратегия за съвпадение предоставя някои практически решения, които могат да се използват за справка.
Избор на източник на светлина

Фабриките за растения обикновено използват LED светлини. Това е така, защото LED светлините имат характеристиките на висока светлинна ефективност, ниска консумация на енергия, по-малко генериране на топлина, дълъг живот и регулируем интензитет и спектър на светлината, което не само отговаря на изискванията за растеж на растенията и ефективно натрупване на материал, но и пести енергия, намалява генерирането на топлина и разходите за електроенергия. LED лампите за отглеждане на растения могат да бъдат допълнително разделени на едночипови широкоспектърни LED светлини за общо предназначение, едночипови широкоспектърни LED светлини, специфични за растенията, и многочипови комбинирани LED светлини с регулируем спектър. Цената на последните два вида специфични за растенията LED светлини обикновено е повече от 5 пъти по-висока от тази на обикновените LED светлини, така че различните източници на светлина трябва да се избират според различните цели. За големите фабрики за растения видовете растения, които отглеждат, се променят в зависимост от пазарното търсене. За да се намалят строителните разходи и да не се повлияе значително на ефективността на производството, авторът препоръчва използването на широкоспектърни LED чипове за общо осветление като източник на светлина. За малки фабрики за растения, ако видовете растения са относително фиксирани, за да се постигне висока производствена ефективност и качество, без значително увеличаване на строителните разходи, като източник на светлина могат да се използват широкоспектърни LED чипове за специфично за растенията или общо осветление. Ако е необходимо да се изследва ефектът на светлината върху растежа на растенията и натрупването на ефективни вещества, за да се осигури най-добрата светлинна формула за мащабно производство в бъдеще, може да се използва многочипова комбинация от LED светлини с регулируем спектър, за да се променят фактори като интензитет на светлината, спектър и време на светене, за да се получи най-добрата светлинна формула за всяко растение, като по този начин се осигури основа за мащабно производство.

Червената и синята светлина

Що се отнася до специфичните експериментални резултати, когато съдържанието на червена светлина (R) е по-високо от това на синя светлина (B) (маруля R:B = 6:2 и 7:3; спанак R:B = 4:1; разсад от тикви R:B = 7:3; разсад от краставици R:B = 7:3), експериментът показа, че съдържанието на биомаса (включително височината на растението на надземната част, максималната листна площ, свежо тегло и сухо тегло и др.) е по-високо, но диаметърът на стъблото и индексът на силна разсадна плътност на растенията са по-големи, когато съдържанието на синя светлина е по-високо от това на червената светлина. По отношение на биохимичните показатели, съдържанието на червена светлина, по-високо от синята светлина, обикновено е благоприятно за увеличаване на съдържанието на разтворима захар в растенията. Въпреки това, за натрупването на вискозен хлорид (VC), разтворим протеин, хлорофил и каротеноиди в растенията е по-изгодно да се използва LED осветление с по-високо съдържание на синя светлина, отколкото на червена светлина, а съдържанието на малонов диалдехид също е относително ниско при тези условия на осветление.

Тъй като заводът за растения се използва главно за отглеждане на листни зеленчуци или за промишлено отглеждане на разсад, от горните резултати може да се заключи, че с цел увеличаване на добива и отчитане на качеството е подходящо да се използват LED чипове с по-високо съдържание на червена светлина, отколкото синя светлина, като източник на светлина. По-добро съотношение е R:B = 7:3. Нещо повече, такова съотношение на червена и синя светлина е приложимо за всички видове листни зеленчуци или разсад и няма специфични изисквания за различните растения.

Избор на дължина на вълната на червено и синьо

По време на фотосинтезата светлинната енергия се абсорбира главно чрез хлорофил a и хлорофил b. Фигурата по-долу показва абсорбционните спектри на хлорофил a и хлорофил b, където зелената спектрална линия е абсорбционният спектър на хлорофил a, а синята спектрална линия е абсорбционният спектър на хлорофил b. От фигурата може да се види, че както хлорофил a, така и хлорофил b имат два абсорбционни пика, единият в синята област, а другият в червената област. Но двата абсорбционни пика на хлорофил a и хлорофил b са леко различни. За да бъдем точни, двете пикови дължини на вълните на хлорофил a са съответно 430 nm и 662 nm, а двете пикови дължини на вълните на хлорофил b са съответно 453 nm и 642 nm. Тези четири стойности на дължините на вълните няма да се променят при различните растения, така че изборът на червени и сини дължини на вълните в светлинния източник няма да се променя при различните растителни видове.

Абсорбционни спектри на хлорофил а и хлорофил b

Като източник на светлина за завода може да се използва обикновено LED осветление с широк спектър, стига червената и синята светлина да покриват двата пикови диапазона на дължините на вълните на хлорофил а и хлорофил b, т.е. диапазонът на дължината на вълната на червената светлина обикновено е 620~680 nm, докато диапазонът на дължината на вълната на синята светлина е от 400 до 480 nm. Диапазонът на дължината на вълната на червената и синята светлина обаче не трябва да бъде твърде широк, защото това не само води до разхищение на светлинна енергия, но може да има и други въздействия.

Ако като източник на светлина в завода за растения се използва LED светлина, съставена от червени, жълти и сини чипове, пиковата дължина на вълната на червената светлина трябва да бъде настроена на пиковата дължина на вълната на хлорофил а, т.е. на 660 nm, а пиковата дължина на вълната на синята светлина трябва да бъде настроена на пиковата дължина на вълната на хлорофил b, т.е. на 450 nm.

Ролята на жълтата и зелената светлина

По-подходящо е съотношението на червената, зелената и синята светлина да е R:G:B=6:1:3. Що се отнася до определянето на пиковата дължина на вълната на зелената светлина, тъй като тя играе основно регулаторна роля в процеса на растеж на растенията, тя трябва да бъде само между 530 и 550 nm.

Обобщение

Тази статия разглежда стратегията за избор на качество на светлината в заводите за растения, както от теоретичен, така и от практически аспект, включително избора на диапазона на дължината на вълната на червената и синята светлина в LED светлинния източник и ролята и съотношението на жълтата и зелената светлина. В процеса на растеж на растенията, разумното съчетание между трите фактора: интензитет на светлината, качество на светлината и време на осветяване, както и връзката им с хранителните вещества, температурата и влажността, и концентрацията на CO2, също трябва да се обмисли цялостно. За реалното производство, независимо дали планирате да използвате широкоспектърна или многочипова комбинирана LED светлина с регулируем спектър, съотношението на дължините на вълните е основното съображение, тъй като в допълнение към качеството на светлината, други фактори могат да се регулират в реално време по време на работа. Следователно, най-важното съображение на етапа на проектиране на заводите за растения трябва да бъде изборът на качество на светлината.

Автор: Yong Xu

Източник на статията: WeChat акаунт на Agricultural Engineering Technology (оранжерийно градинарство)

Справка: Yong Xu,Стратегия за избор на качество на светлината в заводи за растения [J]. Селскостопанска техника, 2022, 42(4): 22-25.