[Santrauka] Remiantis daugybe eksperimentinių duomenų, šiame straipsnyje aptariami keli svarbūs klausimai, susiję su šviesos kokybės parinkimu gamyklose, įskaitant šviesos šaltinių parinkimą, raudonos, mėlynos ir geltonos šviesos poveikį bei spektrinių diapazonų parinkimą, siekiant pateikti įžvalgų apie šviesos kokybę gamyklose. Atitikimo strategijos nustatymas pateikia keletą praktinių sprendimų, kuriuos galima naudoti kaip nuorodą.
Šviesos šaltinio pasirinkimas

Augalų gamyklose paprastai naudojami LED šviestuvai. Taip yra todėl, kad LED šviestuvai pasižymi dideliu šviesos efektyvumu, mažu energijos suvartojimu, mažesniu šilumos išsiskyrimu, ilgu tarnavimo laiku ir reguliuojamu šviesos intensyvumu bei spektru, todėl jie ne tik atitinka augalų augimo ir efektyvaus medžiagų kaupimo reikalavimus, bet ir taupo energiją, mažina šilumos išsiskyrimą bei elektros energijos sąnaudas. LED auginimo šviestuvai gali būti toliau skirstomi į vieno lusto plataus spektro LED šviestuvus, skirtus bendrai paskirčiai, vieno lusto plataus spektro LED šviestuvus, skirtus konkrečiam augalui, ir kelių lustų kombinuotus reguliuojamo spektro LED šviestuvus. Pastarųjų dviejų rūšių augalams skirtų LED šviestuvų kaina paprastai yra daugiau nei 5 kartus didesnė nei įprastų LED šviestuvų, todėl skirtingus šviesos šaltinius reikėtų rinktis pagal skirtingus tikslus. Didelėse augalų gamyklose auginamų augalų rūšys keičiasi atsižvelgiant į rinkos paklausą. Siekiant sumažinti statybos sąnaudas ir reikšmingai nepaveikti gamybos efektyvumo, autorius rekomenduoja kaip apšvietimo šaltinį naudoti plataus spektro LED lustus bendram apšvietimui. Mažose augalų gamyklose, jei augalų rūšys yra gana fiksuotos, norint pasiekti aukštą gamybos efektyvumą ir kokybę žymiai nepadidinant statybos sąnaudų, kaip apšvietimo šaltinį galima naudoti plataus spektro LED lustus, skirtus konkrečiam augalui arba bendram apšvietimui. Jei norima ištirti šviesos poveikį augalų augimui ir veiksmingųjų medžiagų kaupimuisi, kad ateityje būtų galima sukurti geriausią šviesos formulę didelio masto gamybai, daugiasluoksnis reguliuojamo spektro LED šviestuvų derinys gali būti naudojamas tokiems veiksniams kaip šviesos intensyvumas, spektras ir šviesos laikas keisti, kad kiekvienam augalui būtų gauta geriausia šviesos formulė, taip sukuriant pagrindą didelio masto gamybai.

Raudona ir mėlyna šviesa

Kalbant apie konkrečius eksperimentinius rezultatus, kai raudonos šviesos (R) kiekis yra didesnis nei mėlynos šviesos (B) (salotų R:B = 6:2 ir 7:3; špinatų R:B = 4:1; moliūgų daigų R:B = 7:3; agurkų daigų R:B = 7:3), eksperimentas parodė, kad biomasės kiekis (įskaitant augalo antžeminės dalies aukštį, maksimalų lapų plotą, žaliosios ir sausosios masės svorį ir kt.) buvo didesnis, tačiau augalų stiebo skersmuo ir stiprus daigų indeksas buvo didesni, kai mėlynos šviesos kiekis buvo didesnis nei raudonos šviesos. Biocheminiams rodikliams didesnis raudonos šviesos kiekis nei mėlynos šviesos paprastai yra naudingas tirpaus cukraus kiekio augaluose didinimui. Tačiau VC, tirpių baltymų, chlorofilo ir karotinoidų kaupimui augaluose naudingiau naudoti LED apšvietimą, kuriame mėlynos šviesos kiekis yra didesnis nei raudonos šviesos, o malondialdehido kiekis tokiomis apšvietimo sąlygomis taip pat yra santykinai mažas.

Kadangi augalų fabrikas daugiausia naudojamas lapinėms daržovėms auginti arba pramoniniam daigų auginimui, remiantis aukščiau pateiktais rezultatais galima daryti išvadą, kad siekiant padidinti derlių ir atsižvelgiant į kokybę, kaip šviesos šaltinį tinka naudoti LED lustus, kuriuose raudonos šviesos kiekis yra didesnis nei mėlynos. Geresnis santykis yra R:B = 7:3. Be to, toks raudonos ir mėlynos šviesos santykis iš esmės taikomas visų rūšių lapinėms daržovėms ar daigams, ir nėra jokių specialių reikalavimų skirtingiems augalams.

Raudonos ir mėlynos bangos ilgio pasirinkimas

Fotosintezės metu šviesos energija daugiausia sugeriama per chlorofilą a ir chlorofilą b. Žemiau pateiktame paveikslėlyje parodyti chlorofilo a ir chlorofilo b sugerties spektrai, kur žalia spektro linija yra chlorofilo a sugerties spektras, o mėlyna spektro linija – chlorofilo b sugerties spektras. Iš paveikslo matyti, kad ir chlorofilas a, ir chlorofilas b turi du sugerties pikus: vieną mėlynos šviesos srityje, o kitą – raudonos šviesos srityje. Tačiau du chlorofilo a ir chlorofilo b sugerties pikai šiek tiek skiriasi. Tiksliau sakant, du chlorofilo a piko bangos ilgiai yra atitinkamai 430 nm ir 662 nm, o du chlorofilo b piko bangos ilgiai yra atitinkamai 453 nm ir 642 nm. Šios keturios bangos ilgių vertės nesikeis skirtingiems augalams, todėl raudonos ir mėlynos bangos ilgių pasirinkimas šviesos šaltinyje nesikeis skirtingoms augalų rūšims.

Chlorofilo a ir chlorofilo b absorbcijos spektrai

Gamyklos šviesos šaltiniu gali būti naudojamas įprastas plataus spektro LED apšvietimas, jei raudona ir mėlyna šviesa gali aprėpti du chlorofilo a ir chlorofilo b piko bangos ilgius, t. y. raudonos šviesos bangos ilgių diapazonas paprastai yra 620–680 nm, o mėlynos šviesos – nuo ​​400 iki 480 nm. Tačiau raudonos ir mėlynos šviesos bangos ilgių diapazonas neturėtų būti per platus, nes tai ne tik eikvoja šviesos energiją, bet ir gali turėti kitokį poveikį.

Jei gamyklos šviesos šaltinis yra LED lemputė, sudaryta iš raudonų, geltonų ir mėlynų lustų, raudonos šviesos didžiausias bangos ilgis turėtų būti nustatytas pagal chlorofilo a didžiausią bangos ilgį, t. y. ties 660 nm, o mėlynos šviesos didžiausias bangos ilgis turėtų būti nustatytas pagal chlorofilo b didžiausią bangos ilgį, t. y. ties 450 nm.

Geltonos ir žalios šviesos vaidmuo

Tinkamiau, kai raudonos, žalios ir mėlynos šviesos santykis yra R:G:B = 6:1:3. Kalbant apie žalios šviesos smailės bangos ilgio nustatymą, kadangi jis daugiausia atlieka reguliacinį vaidmenį augalų augimo procese, jam tereikia 530–550 nm.

Santrauka

Šiame straipsnyje aptariama šviesos kokybės parinkimo strategija augalų gamyklose tiek teoriniu, tiek praktiniu požiūriu, įskaitant raudonos ir mėlynos šviesos bangos ilgių diapazono pasirinkimą LED šviesos šaltinyje bei geltonos ir žalios šviesos vaidmenį ir santykį. Augalų augimo procese taip pat reikėtų išsamiai apsvarstyti trijų veiksnių – šviesos intensyvumo, šviesos kokybės ir šviesos trukmės – pagrįstą atitikimą bei jų ryšį su maistinėmis medžiagomis, temperatūra ir drėgme bei CO2 koncentracija. Faktinėje gamyboje, nesvarbu, ar planuojate naudoti plataus spektro, ar daugialustę kombinuotą reguliuojamo spektro LED šviesą, bangos ilgių santykis yra pagrindinis dėmuo, nes, be šviesos kokybės, realiuoju laiku eksploatacijos metu galima reguliuoti ir kitus veiksnius. Todėl svarbiausias dėmuo augalų gamyklų projektavimo etape turėtų būti šviesos kokybės parinkimas.

Autorius: Yong Xu

Straipsnio šaltinis: „Wechat“ paskyra apie žemės ūkio inžinerijos technologijas (šiltnamių sodininkystė)

Nuoroda: Yong Xu,Šviesos kokybės atrankos strategija augalų gamyklose [J]. Žemės ūkio inžinerijos technologijos, 2022, 42(4): 22–25.