[Resum] Basant-se en un gran nombre de dades experimentals, aquest article tracta diversos aspectes importants en la selecció de la qualitat de la llum a les fàbriques de plantes, incloent-hi la selecció de fonts de llum, els efectes de la llum vermella, blava i groga, i la selecció de rangs espectrals, per tal de proporcionar informació sobre la qualitat de la llum a les fàbriques de plantes. La determinació de l'estratègia d'adaptació proporciona algunes solucions pràctiques que es poden utilitzar com a referència.
Selecció de la font de llum

Les fàbriques de plantes generalment utilitzen llums LED. Això es deu al fet que les llums LED tenen les característiques d'alta eficiència lluminosa, baix consum d'energia, menys generació de calor, llarga vida útil i intensitat i espectre de llum ajustables, que no només poden satisfer els requisits del creixement de les plantes i l'acumulació efectiva de material, sinó que també estalvien energia, redueixen la generació de calor i els costos d'electricitat. Les llums de cultiu LED es poden dividir encara més en llums LED d'ampli espectre d'un sol xip per a ús general, llums LED d'ampli espectre específics per a plantes d'un sol xip i llums LED d'espectre ajustable combinades de diversos xips. El preu d'aquests dos últims tipus de llums LED específics per a plantes és generalment més de 5 vegades superior al de les llums LED ordinàries, per la qual cosa s'han de seleccionar diferents fonts de llum segons els diferents propòsits. Per a les grans fàbriques de plantes, els tipus de plantes que cultiven canvien amb la demanda del mercat. Per tal de reduir els costos de construcció i no afectar significativament l'eficiència de la producció, l'autor recomana utilitzar xips LED d'ampli espectre per a la il·luminació general com a font d'il·luminació. Per a petites fàbriques, si els tipus de plantes són relativament fixos, per tal d'obtenir una alta eficiència de producció i qualitat sense augmentar significativament el cost de construcció, es poden utilitzar xips LED d'ampli espectre com a font d'il·luminació per a il·luminació específica de la planta o general. Si es tracta d'estudiar l'efecte de la llum sobre el creixement de les plantes i l'acumulació de substàncies efectives, per tal de proporcionar la millor fórmula de llum per a la producció a gran escala en el futur, es pot utilitzar una combinació multixip de llums LED d'espectre ajustable per canviar factors com la intensitat de la llum, l'espectre i el temps de llum per obtenir la millor fórmula de llum per a cada planta, proporcionant així la base per a la producció a gran escala.

La llum vermella i blava

Pel que fa als resultats experimentals específics, quan el contingut de llum vermella (R) és superior al de llum blava (B) (enciam R:B = 6:2 i 7:3; espinacs R:B = 4:1; plàntules de carbassa R:B = 7:3; plàntules de cogombre R:B = 7:3), l'experiment va mostrar que el contingut de biomassa (incloent-hi l'alçada de la planta de la part aèria, l'àrea màxima de les fulles, el pes fresc i el pes sec, etc.) era superior, però el diàmetre de la tija i l'índex de plàntules fort de les plantes eren més grans quan el contingut de llum blava era superior al de la llum vermella. Per als indicadors bioquímics, un contingut de llum vermella superior al de la llum blava és generalment beneficiós per augmentar el contingut de sucre soluble a les plantes. Tanmateix, per a l'acumulació de VC, proteïnes solubles, clorofil·la i carotenoides a les plantes, és més avantatjós utilitzar il·luminació LED amb un contingut de llum blava més alt que la llum vermella, i el contingut de malondialdehid també és relativament baix en aquestes condicions d'il·luminació.

Com que la fàbrica de plantes s'utilitza principalment per al cultiu de verdures de fulla o per al cultiu industrial de plàntules, es pot concloure dels resultats anteriors que, sota la premissa d'augmentar el rendiment i tenint en compte la qualitat, és adequat utilitzar xips LED amb un contingut de llum vermella més alt que la llum blava com a font de llum. Una millor relació és R:B = 7:3. A més, aquesta relació de llum vermella i blava és bàsicament aplicable a tot tipus de verdures de fulla o plàntules, i no hi ha requisits específics per a diferents plantes.

Selecció de longitud d'ona vermella i blava

Durant la fotosíntesi, l'energia lumínica s'absorbeix principalment a través de la clorofil·la a i la clorofil·la b. La figura següent mostra els espectres d'absorció de la clorofil·la a i la clorofil·la b, on la línia espectral verda és l'espectre d'absorció de la clorofil·la a i la línia espectral blava és l'espectre d'absorció de la clorofil·la b. Es pot veure a la figura que tant la clorofil·la a com la clorofil·la b tenen dos pics d'absorció, un a la regió de la llum blava i l'altre a la regió de la llum vermella. Però els 2 pics d'absorció de la clorofil·la a i la clorofil·la b són lleugerament diferents. Per ser precisos, les dues longituds d'ona màximes de la clorofil·la a són 430 nm i 662 nm, respectivament, i les dues longituds d'ona màximes de la clorofil·la b són 453 nm i 642 nm, respectivament. Aquests quatre valors de longitud d'ona no canviaran amb diferents plantes, de manera que la selecció de longituds d'ona vermelles i blaves a la font de llum no canviarà amb diferents espècies vegetals.

Espectres d'absorció de clorofil·la a i clorofil·la b

Una il·luminació LED ordinària amb un ampli espectre es pot utilitzar com a font de llum de la fàbrica de la planta, sempre que la llum vermella i blava puguin cobrir les dues longituds d'ona màximes de la clorofil·la a i la clorofil·la b, és a dir, el rang de longitud d'ona de la llum vermella és generalment de 620 a 680 nm, mentre que el rang de longitud d'ona de la llum blava és de 400 a 480 nm. Tanmateix, el rang de longitud d'ona de la llum vermella i blava no ha de ser massa ampli, ja que no només malgasta energia lumínica, sinó que també pot tenir altres impactes.

Si s'utilitza una llum LED composta per xips vermells, grocs i blaus com a font de llum de la fàbrica, la longitud d'ona màxima de la llum vermella s'ha d'establir a la longitud d'ona màxima de la clorofil·la a, és a dir, a 660 nm, i la longitud d'ona màxima de la llum blava s'ha d'establir a la longitud d'ona màxima de la clorofil·la b, és a dir, a 450 nm.

El paper de la llum groga i verda

És més apropiat quan la proporció de llum vermella, verda i blava és R:G:B = 6:1:3. Pel que fa a la determinació de la longitud d'ona màxima de la llum verda, ja que juga principalment un paper regulador en el procés de creixement de les plantes, només ha d'estar entre 530 i 550 nm.

Resum

Aquest article tracta l'estratègia de selecció de la qualitat de la llum a les fàbriques de plantes tant des d'aspectes teòrics com pràctics, incloent-hi la selecció del rang de longituds d'ona de la llum vermella i blava a la font de llum LED i el paper i la proporció de la llum groga i verda. En el procés de creixement de les plantes, també s'ha de tenir en compte exhaustivament la coincidència raonable entre els tres factors d'intensitat de la llum, qualitat de la llum i temps de llum, i la seva relació amb els nutrients, la temperatura i la humitat, i la concentració de CO2. Per a la producció real, tant si es planeja utilitzar una llum LED d'espectre sintonitzable d'ampli espectre com una combinació de diversos xips, la relació de longituds d'ona és la consideració principal, perquè a més de la qualitat de la llum, altres factors es poden ajustar en temps real durant el funcionament. Per tant, la consideració més important en l'etapa de disseny de les fàbriques de plantes hauria de ser la selecció de la qualitat de la llum.

Autor: Yong Xu

Font de l'article: Compte de Wechat de Tecnologia d'Enginyeria Agrícola (horticultura d'hivernacle)

Referència: Yong Xu,Estratègia de selecció de la qualitat de la llum en fàbriques de plantes [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022, 42(4): 22-25.