[Sažetak] Na osnovu velikog broja eksperimentalnih podataka, ovaj članak razmatra nekoliko važnih pitanja u odabiru kvaliteta svjetlosti u fabrikama biljaka, uključujući odabir izvora svjetlosti, efekte crvene, plave i žute svjetlosti i odabir spektralnih raspona, kako bi se pružio uvid u kvalitet svjetlosti u fabrikama biljaka. Određivanje strategije usklađivanja pruža neka praktična rješenja koja se mogu koristiti kao referenca.
Izbor izvora svjetlosti

Fabrike biljaka uglavnom koriste LED svjetla. To je zato što LED svjetla imaju karakteristike visoke svjetlosne efikasnosti, niske potrošnje energije, manjeg stvaranja toplote, dugog vijeka trajanja i podesivog intenziteta i spektra svjetlosti, što ne samo da može zadovoljiti zahtjeve rasta biljaka i efikasne akumulacije materijala, već i uštedjeti energiju, smanjiti stvaranje toplote i troškove električne energije. LED svjetla za uzgoj mogu se dalje podijeliti na jednostruke LED svjetla širokog spektra za opću namjenu, jednostruke LED svjetla širokog spektra specifična za biljke i višestruke kombinovane LED svjetla podesivog spektra. Cijena ove dvije posljednje vrste LED svjetala specifičnih za biljke je uglavnom više od 5 puta veća od cijene običnih LED svjetala, tako da bi se različiti izvori svjetlosti trebali birati prema različitim namjenama. Za velike fabrike biljaka, vrste biljaka koje uzgajaju mijenjaju se s potražnjom na tržištu. Kako bi se smanjili troškovi izgradnje i ne bi značajno utjecalo na efikasnost proizvodnje, autor preporučuje korištenje LED čipova širokog spektra za opću rasvjetu kao izvora svjetlosti. Za male fabrike biljaka, ako su vrste biljaka relativno fiksne, kako bi se postigla visoka efikasnost i kvalitet proizvodnje bez značajnog povećanja troškova izgradnje, kao izvor svjetlosti mogu se koristiti LED čipovi širokog spektra za specifičnu ili opštu rasvjetu biljaka. Ako se želi proučiti uticaj svjetlosti na rast biljaka i akumulaciju efikasnih supstanci, kako bi se u budućnosti obezbijedila najbolja formula svjetlosti za proizvodnju velikih razmjera, višečipna kombinacija LED svjetala podesivog spektra može se koristiti za promjenu faktora kao što su intenzitet svjetlosti, spektar i vrijeme svjetlosti kako bi se dobila najbolja formula svjetlosti za svaku biljku, čime se pruža osnova za proizvodnju velikih razmjera.

Crveno i plavo svjetlo

Što se tiče specifičnih eksperimentalnih rezultata, kada je sadržaj crvene svjetlosti (R) veći od sadržaja plave svjetlosti (B) (zelena salata R:B = 6:2 i 7:3; špinat R:B = 4:1; sadnice tikve R:B = 7:3; sadnice krastavca R:B = 7:3), eksperiment je pokazao da je sadržaj biomase (uključujući visinu biljke nadzemnog dijela, maksimalnu površinu lista, svježu težinu i suhu težinu itd.) bio veći, ali su promjer stabljike i indeks jake sadnice biljaka bili veći kada je sadržaj plave svjetlosti bio veći od sadržaja crvene svjetlosti. Za biohemijske pokazatelje, sadržaj crvene svjetlosti veći od plave svjetlosti općenito je koristan za povećanje sadržaja rastvorljivog šećera u biljkama. Međutim, za akumulaciju VC, rastvorljivih proteina, klorofila i karotenoida u biljkama, povoljnije je koristiti LED rasvjetu s većim sadržajem plave svjetlosti nego crvene svjetlosti, a sadržaj malondialdehida je također relativno nizak pod ovim uvjetima osvjetljenja.

Budući da se fabrika biljaka uglavnom koristi za uzgoj lisnatog povrća ili za industrijski uzgoj rasada, iz gore navedenih rezultata može se zaključiti da je, pod pretpostavkom povećanja prinosa i uzimajući u obzir kvalitet, prikladno koristiti LED čipove sa većim sadržajem crvene svjetlosti nego plave svjetlosti kao izvor svjetlosti. Bolji odnos je R:B = 7:3. Štaviše, takav odnos crvene i plave svjetlosti je u osnovi primjenjiv na sve vrste lisnatog povrća ili rasada, i ne postoje specifični zahtjevi za različite biljke.

Izbor crvene i plave talasne dužine

Tokom fotosinteze, svjetlosna energija se uglavnom apsorbira kroz hlorofil a i hlorofil b. Donja slika prikazuje apsorpcijske spektre hlorofila a i hlorofila b, gdje je zelena spektralna linija apsorpcijski spektar hlorofila a, a plava spektralna linija apsorpcijski spektar hlorofila b. Iz slike se može vidjeti da i hlorofil a i hlorofil b imaju dva apsorpcijska vrha, jedan u području plavog svjetla, a drugi u području crvenog svjetla. Međutim, dva apsorpcijska vrha hlorofila a i hlorofila b se malo razlikuju. Preciznije, dvije vršne talasne dužine hlorofila a su 430 nm i 662 nm, respektivno, a dvije vršne talasne dužine hlorofila b su 453 nm i 642 nm, respektivno. Ove četiri vrijednosti talasnih dužina neće se mijenjati kod različitih biljaka, tako da se izbor crvene i plave talasne dužine u izvoru svjetlosti neće mijenjati kod različitih biljnih vrsta.

Apsorpcijski spektri klorofila a i klorofila b

Obična LED rasvjeta širokog spektra može se koristiti kao izvor svjetlosti u fabrikama biljaka, sve dok crvena i plava svjetlost mogu pokriti dvije vršne talasne dužine hlorofila a i hlorofila b, odnosno, raspon talasnih dužina crvene svjetlosti je uglavnom 620~680 nm, dok je raspon talasnih dužina plave svjetlosti od 400 do 480 nm. Međutim, raspon talasnih dužina crvene i plave svjetlosti ne bi trebao biti preširok jer ne samo da rasipa svjetlosnu energiju, već može imati i druge uticaje.

Ako se kao izvor svjetlosti u fabriku biljaka koristi LED svjetlo sastavljeno od crvenih, žutih i plavih čipova, vršna talasna dužina crvene svjetlosti treba biti postavljena na vršnu talasnu dužinu hlorofila a, odnosno na 660 nm, a vršna talasna dužina plave svjetlosti treba biti postavljena na vršnu talasnu dužinu hlorofila b, odnosno na 450 nm.

Uloga žute i zelene svjetlosti

Prikladnije je kada je odnos crvene, zelene i plave svjetlosti R:G:B=6:1:3. Što se tiče određivanja vršne talasne dužine zelene svjetlosti, budući da ona uglavnom igra regulatornu ulogu u procesu rasta biljaka, potrebno je da bude samo između 530 i 550 nm.

Sažetak

Ovaj članak razmatra strategiju odabira kvaliteta svjetlosti u fabrikama biljaka, kako sa teorijskog tako i sa praktičnog aspekta, uključujući odabir raspona valnih dužina crvene i plave svjetlosti u LED izvoru svjetlosti, te ulogu i omjer žute i zelene svjetlosti. U procesu rasta biljaka, treba sveobuhvatno razmotriti i razumno usklađivanje tri faktora: intenzitet svjetlosti, kvalitet svjetlosti i trajanje osvjetljenja, te njihov odnos s hranjivim tvarima, temperaturom i vlagom te koncentracijom CO2. Za stvarnu proizvodnju, bez obzira planirate li koristiti LED svjetlo širokog spektra ili višečipnu kombinaciju s podesivim spektrom, omjer valnih dužina je primarni faktor, jer se pored kvaliteta svjetlosti, i drugi faktori mogu podešavati u stvarnom vremenu tokom rada. Stoga, najvažnije razmatranje u fazi projektovanja fabrika biljaka treba biti odabir kvaliteta svjetlosti.

Autor: Yong Xu

Izvor članka: Wechat račun za Poljoprivrednu inženjersku tehnologiju (plasteničko hortikultura)

Referenca: Yong Xu,Strategija odabira kvaliteta svjetlosti u fabrikama biljaka [J]. Poljoprivredna inženjerska tehnologija, 2022, 42(4): 22-25.