[Absztrakt] Nagyszámú kísérleti adat alapján ez a cikk számos fontos kérdést tárgyal az üzemek fényminőségének kiválasztásával kapcsolatban, beleértve a fényforrások kiválasztását, a vörös, kék és sárga fény hatásait, valamint a spektrális tartományok kiválasztását, annak érdekében, hogy betekintést nyújtson az üzemek fényminőségébe. Az illesztési stratégia meghatározása néhány gyakorlati megoldást kínál, amelyek referenciaként használhatók.
Fényforrás kiválasztása

A növénytermesztő üzemek általában LED-lámpákat használnak. Ez azért van, mert a LED-lámpák nagy fényhasznosítással, alacsony energiafogyasztással, kisebb hőtermeléssel, hosszú élettartammal, valamint állítható fényintenzitással és spektrummal rendelkeznek, ami nemcsak a növények növekedésének és a hatékony anyagfelhalmozódásnak a követelményeit elégíti ki, hanem energiát is takarít meg, csökkenti a hőtermelést és az áramköltségeket. A LED-es termesztőlámpák tovább oszthatók általános célú, egychipes, széles spektrumú LED-lámpákra, egychipes, növényspecifikus, széles spektrumú LED-lámpákra és többchipes, kombinált, állítható spektrumú LED-lámpákra. Az utóbbi két növényspecifikus LED-lámpa ára általában több mint ötszöröse a hagyományos LED-lámpákénak, ezért a különböző céloknak megfelelően különböző fényforrásokat kell választani. Nagy növénygyártó üzemek esetében a termesztett növények típusa a piaci kereslettel együtt változik. Az építési költségek csökkentése és a termelési hatékonyság jelentős befolyásolásának elkerülése érdekében a szerző széles spektrumú LED-chipek használatát javasolja általános világításhoz világítási forrásként. Kis növénygyártó üzemek esetében, ha a növények típusa viszonylag állandó, a magas termelési hatékonyság és minőség elérése érdekében az építési költségek jelentős növelése nélkül, széles spektrumú LED-chipek használhatók világítási forrásként növényspecifikus vagy általános világításhoz. Ha a fény növények növekedésére és a hatóanyagok felhalmozódására gyakorolt ​​hatását kívánjuk vizsgálni, hogy a jövőben a legjobb fényformulát biztosítsuk a nagyüzemi termeléshez, akkor a több chipes, állítható spektrumú LED-lámpák kombinációja használható olyan tényezők megváltoztatására, mint a fényintenzitás, a spektrum és a világítási idő, hogy minden növény számára a legjobb fényformulát kapjuk, ezáltal megalapozva a nagyüzemi termelést.

A vörös és kék fény

Ami a konkrét kísérleti eredményeket illeti, amikor a vörös fény (R) tartalma magasabb volt, mint a kék fényé (B) (saláta R:B = 6:2 és 7:3; spenót R:B = 4:1; tökpalánták R:B = 7:3; uborkapalánták R:B = 7:3), a kísérlet kimutatta, hogy a biomassza-tartalom (beleértve a növény föld feletti részének magasságát, a maximális levélfelületet, a friss tömeget és a száraz tömeget stb.) magasabb volt, de a növények szárának átmérője és erős csíraszáma nagyobb volt, amikor a kék fény tartalma magasabb volt, mint a vörös fényé. A biokémiai indikátorok esetében a kék fénynél magasabb vörös fénytartalom általában előnyös a növények oldható cukortartalmának növekedéséhez. A VC, az oldható fehérje, a klorofill és a karotinoidok növényekben történő felhalmozódása szempontjából azonban előnyösebb a magasabb kék fénytartalmú LED-világítás használata, mint a vörös fényé, és a malondialdehid-tartalom is viszonylag alacsony ilyen fényviszonyok mellett.

Mivel a növénygyárat főként leveles zöldségek termesztésére vagy ipari palántanevelésre használják, a fenti eredményekből arra lehet következtetni, hogy a terményhozás növelése és a minőség figyelembevételével célszerűbb olyan LED-chipeket használni fényforrásként, amelyek vörös fénytartalma magasabb, mint kék fényé. A jobb arány az R:B = 7:3. Ráadásul a vörös és kék fény ilyen aránya alapvetően mindenféle leveles zöldségre vagy palántára alkalmazható, és nincsenek külön követelmények a különböző növényekre vonatkozóan.

Vörös és kék hullámhossz-választás

A fotoszintézis során a fényenergiát főként a klorofill a és a klorofill b nyeli el. Az alábbi ábra a klorofill a és a klorofill b abszorpciós spektrumát mutatja, ahol a zöld spektrális vonal a klorofill a abszorpciós spektruma, a kék spektrális vonal pedig a klorofill b abszorpciós spektruma. Az ábrán látható, hogy mind a klorofill a-nak, mind a klorofill b-nek két abszorpciós csúcsa van, az egyik a kék fény, a másik a vörös fény tartományában található. A klorofill a és a klorofill b két abszorpciós csúcsa azonban kissé eltér egymástól. Pontosabban, a klorofill a két csúcs hullámhossza 430 nm, illetve 662 nm, a klorofill b két csúcs hullámhossza pedig 453 nm, illetve 642 nm. Ez a négy hullámhosszérték nem változik a különböző növényeknél, így a fényforrás vörös és kék hullámhosszának kiválasztása sem változik a különböző növényfajoknál.

A klorofill a és klorofill b abszorpciós spektrumai

Egy hagyományos, széles spektrumú LED-es világítás használható az üzem fényforrásaként, amennyiben a vörös és kék fény lefedi a klorofill a és a klorofill b két csúcshullámhosszát, azaz a vörös fény hullámhossztartománya általában 620-680 nm, míg a kék fény hullámhossztartománya 400-480 nm. A vörös és kék fény hullámhossztartománya azonban nem lehet túl széles, mert nemcsak fényenergiát pazarol, hanem más hatásokkal is járhat.

Ha a gyár fényforrásaként piros, sárga és kék chipekből álló LED-lámpát használnak, a vörös fény csúcshullámhosszát a klorofill a csúcshullámhosszára, azaz 660 nm-re, a kék fény csúcshullámhosszát pedig a klorofill b csúcshullámhosszára, azaz 450 nm-re kell állítani.

A sárga és zöld fény szerepe

Megfelelőbb, ha a vörös, zöld és kék fény aránya R:G:B=6:1:3. Ami a zöld fény csúcshullámhosszának meghatározását illeti, mivel az főként szabályozó szerepet játszik a növények növekedésének folyamatában, annak elég 530 és 550 nm között lennie.

Összefoglalás

Ez a cikk elméleti és gyakorlati szempontból tárgyalja a növénygyárak fényminőségének kiválasztási stratégiáját, beleértve a LED-es fényforrás vörös és kék fényének hullámhossz-tartományának kiválasztását, valamint a sárga és zöld fény szerepét és arányát. A növénynövekedés folyamatában átfogóan figyelembe kell venni a fényintenzitás, a fényminőség és a fényidő három tényezőjének ésszerű illeszkedését, valamint ezeknek a tápanyagokkal, a hőmérséklettel és páratartalommal, valamint a CO2-koncentrációval való kapcsolatát. A tényleges termelés szempontjából, akár széles spektrumú, akár több chipes kombinációjú, hangolható spektrumú LED-lámpát tervezünk használni, a hullámhosszak aránya az elsődleges szempont, mivel a fényminőség mellett más tényezők is valós időben állíthatók be működés közben. Ezért a növénygyárak tervezési szakaszában a legfontosabb szempont a fényminőség kiválasztása kell, hogy legyen.

Szerző: Yong Xu

Cikk forrása: Wechat fiók az Agricultural Engineering Technology-tól (üvegházi kertészet)

Hivatkozás: Yong Xu,Fényminőség-kiválasztási stratégia növénytermesztő üzemekben [J]. Mezőgazdasági Gépészettudományok, 2022, 42(4): 22-25.