Tekijä: Yamin Li ja Houcheng Liu ym., Etelä-Kiinan maatalousyliopiston puutarhatieteiden tiedekunnasta

Artikkelin lähde: Kasvihuoneviljely

Puutarhakasvihuoneiden tyyppejä ovat pääasiassa muovikasvihuoneet, aurinkokasvihuoneet, moniaukkoiset kasvihuoneet ja kasvitehtaat. Koska laitosrakennukset estävät luonnonvalon lähteitä jossain määrin, sisävalaistus on riittämätöntä, mikä puolestaan ​​heikentää satoa ja heikentää satoa. Siksi lisävalaistuksella on korvaamaton rooli laitoksen korkealaatuisten ja runsassatoisten satojen saavuttamisessa, mutta siitä on tullut myös merkittävä tekijä laitoksen energiankulutuksen ja käyttökustannusten kasvussa.

Pitkään puutarhaviljelyssä käytettyjä keinotekoisia valonlähteitä ovat olleet pääasiassa korkeapainenatriumlamput, loistelamput, metallihalogeenilamput, hehkulamput jne. Merkittäviä haittoja ovat korkea lämmöntuotanto, korkea energiankulutus ja korkeat käyttökustannukset. Uuden sukupolven valodiodien (LED) kehitys mahdollistaa vähän energiaa kuluttavien keinotekoisten valonlähteiden käytön puutarhaviljelyssä. LEDin etuna on korkea valosähköinen muunnostehokkuus, tasavirta, pieni tilavuus, pitkä käyttöikä, alhainen energiankulutus, kiinteä aallonpituus, alhainen lämpösäteily ja ympäristönsuojelu. Verrattuna nykyisin yleisesti käytettyihin korkeapainenatriumlamppuihin ja loistelamppuihin, LED ei ainoastaan ​​pysty säätämään valon määrää ja laatua (eri valokaistojen osuutta) kasvien kasvun tarpeiden mukaan, vaan se voi myös säteillä kasveja lähietäisyydeltä kylmän valonsa ansiosta. Näin viljelykerrosten määrää ja tilankäyttöastetta voidaan parantaa, ja voidaan toteuttaa energiansäästöön, ympäristönsuojeluun ja tilankäyttöön liittyviä toimintoja, joita perinteiset valonlähteet eivät voi korvata.

Näiden etujen ansiosta LED-valoja on käytetty menestyksekkäästi puutarhatilojen valaistuksessa, kontrolloitavien ympäristöjen perustutkimuksessa, kasvikudosviljelmissä, kasvitehtaiden taimissa ja ilmailu- ja avaruusekosysteemeissä. Viime vuosina LED-kasvivalaisimien suorituskyky on parantunut, hinta laskenut ja kaikenlaisia ​​tuotteita, joilla on tietty aallonpituus, on kehitetty vähitellen, joten niiden soveltaminen maatalouden ja biologian alalla laajenee.

Tämä artikkeli yhteenvetää LED-tutkimuksen tilan kasviviljelyalalla, keskittyy LED-lisävalon käyttöön valobiologian perusteissa, LED-kasvivalaisimien vaikutukseen kasvien valonmuodostukseen, ravintosisältöön ja ikääntymisen hidastamiseen, valokaavan rakenteeseen ja käyttöön sekä analysoi LED-lisävaloteknologian nykyisiä ongelmia ja tulevaisuudennäkymiä.

LED-lisävalon vaikutus puutarhakasvien kasvuun

Valon sääteleviä vaikutuksia kasvien kasvuun ja kehitykseen ovat siementen itäminen, varren piteneminen, lehtien ja juurien kehitys, fototropismi, klorofyllin synteesi ja hajoaminen sekä kukinnan käynnistyminen. Laitoksen valaistusympäristön elementtejä ovat valon voimakkuus, valosykli ja spektraalinen jakauma. Elementtejä voidaan säätää keinotekoisella valonlisäyksellä sääolosuhteiden rajoittamatta.

Tällä hetkellä kasveissa on ainakin kolmenlaisia ​​valoreseptoreita: fytokromi (absorboi punaista ja kaukopunaista valoa), kryptokromi (absorboi sinistä valoa ja lähi-ultraviolettivaloa) sekä UV-A ja UV-B. Spesifisen aallonpituuden valonlähteen käyttö viljelykasvien säteilyttämiseen voi parantaa kasvien fotosynteesitehokkuutta, nopeuttaa valon morfogeneesiä ja edistää kasvien kasvua ja kehitystä. Kasvien fotosynteesissä käytettiin punaoranssia valoa (610 ~ 720 nm) ja siniviolettia valoa (400 ~ 510 nm). LED-teknologian avulla monokromaattista valoa (kuten punaista valoa, jonka huippu on 660 nm, sinistä valoa, jonka huippu on 450 nm) voidaan säteillä klorofyllin voimakkaimman absorptiokaistan mukaisesti, ja spektrialueen leveys on vain ± 20 nm.

Tällä hetkellä uskotaan, että punaoranssi valo kiihdyttää merkittävästi kasvien kehitystä, edistää kuiva-aineen kertymistä, sipulien, mukuloiden, lehtien ja muiden kasvielinten muodostumista, saa kasvit kukkimaan ja kantamaan hedelmiä aikaisemmin ja sillä on johtava rooli kasvien värin parantamisessa; sininen ja violetti valo voivat kontrolloida kasvien lehtien fototropismia, edistää ilmarakojen avautumista ja kloroplastin liikettä, estää varren pidentymistä, estää kasvien pidentymistä, viivästyttää kasvien kukintaa ja edistää vegetatiivisten elinten kasvua; punaisen ja sinisen LEDin yhdistelmä voi kompensoida kahden värin riittämätöntä valoa ja muodostaa spektraalisen absorptiopiikin, joka on pohjimmiltaan yhdenmukainen kasvien fotosynteesin ja morfologian kanssa. Valon energian käyttöaste voi nousta 80–90 prosenttiin, ja energiansäästövaikutus on merkittävä.

LED-lisävaloilla varustetut kasvihuoneet voivat saavuttaa merkittävän tuotannon kasvun. Tutkimukset ovat osoittaneet, että hedelmien lukumäärä, kokonaistuotos ja kunkin kirsikkatomaatin paino 300 μmol/(m²·s) LED-nauhojen ja LED-putkien lisävalon alaisena 12 tunnin (klo 8.00–20.00) ajan kasvavat merkittävästi. LED-nauhan lisävalon määrä on kasvanut 42,67 %, 66,89 % ja 16,97 %, ja LED-putken lisävalon määrä on kasvanut 48,91 %, 94,86 % ja 30,86 %. LED-kasvatusvalaisimen LED-lisävalo koko kasvukauden ajan [punaisen ja sinisen valon suhde on 3:2 ja valon voimakkuus 300 μmol/(m²·s)] voi merkittävästi parantaa yksittäisen hedelmän laatua ja satoa pinta-alayksikköä kohti chiehwa- ja munakoisolajeissa. Chikuquanin määrä kasvoi 5,3 % ja 15,6 % ja munakoison määrä 7,6 % ja 7,8 %. LED-valon laadun, sen voimakkuuden ja koko kasvukauden keston avulla voidaan lyhentää kasvien kasvusykliä, parantaa maataloustuotteiden kaupallista satoa, ravintoarvoa ja morfologista arvoa sekä toteuttaa puutarhakasvien tehokasta, energiansäästöistä ja älykästä tuotantoa laitoksissa.

LED-lisävalon käyttö vihannesten taimien viljelyssä

Kasvien morfologian, kasvun ja kehityksen säätely LED-valonlähteellä on tärkeä teknologia kasvihuoneviljelyn alalla. Korkeammat kasvit voivat aistia ja vastaanottaa valosignaaleja fotoreseptorijärjestelmien, kuten fytokromin, kryptokromin ja fotoreseptorin, kautta ja suorittaa morfologisia muutoksia solunsisäisten viestinviejien kautta säädelläkseen kasvikudoksia ja -elimiä. Fotomorfogeneesi tarkoittaa, että kasvit ovat riippuvaisia ​​valosta solujen erilaistumisen, rakenteellisten ja toiminnallisten muutosten sekä kudosten ja elinten muodostumisen säätelyssä, mukaan lukien vaikutus joidenkin siementen itämiseen, apikaalisen dominoinnin edistäminen, sivusilmujen kasvun estäminen, varren pidentyminen ja tropismi.

Vihannesten taimien viljely on tärkeä osa viljelylaitosten maataloutta. Jatkuva sateinen sää aiheuttaa riittämätöntä valoa laitoksessa, ja taimet taipuvat pitenemään, mikä vaikuttaa vihannesten kasvuun, kukkanuppujen erilaistumiseen ja hedelmien kehitykseen ja lopulta niiden satoon ja laatuun. Tuotannossa käytetään joitakin kasvien kasvunsäätelijöitä, kuten gibberelliiniä, auksiinia, paklobutratsolia ja klormekvattia, taimien kasvun säätelyyn. Kasvunsäätelijöiden kohtuuton käyttö voi kuitenkin helposti saastuttaa vihannesten ja laitosten ympäristöä, mikä on haitallista ihmisten terveydelle.

LED-lisävalolla on monia ainutlaatuisia etuja, ja se on mahdollinen tapa käyttää LED-lisävaloa taimien kasvattamiseen. Heikossa valossa [0~35 μmol/(m²·s)] tehdyssä LED-lisävalon [25±5 μmol/(m²·s)] kokeessa havaittiin, että vihreä valo edistää kurkun taimien pitenemistä ja kasvua. Punainen valo ja sininen valo estävät taimien kasvua. Verrattuna luonnonvaloon, punaisella ja sinisellä valolla täydennettyjen taimien vahva taimi-indeksi kasvoi 151,26 % ja 237,98 %. Verrattuna yksiväriseen valonlaatuun, punaisia ​​ja sinisiä komponentteja sisältävien vahvojen taimien indeksi kasvoi 304,46 % yhdistetyllä valolla täydennetyllä valolla käsitellyssä.

Punaisen valon lisääminen kurkun taimiin voi lisätä aitojen lehtien määrää, lehtipinta-alaa, kasvin korkeutta, varren halkaisijaa, kuiva- ja tuoreuslaatua, vahvaa taimi-indeksiä, juurien elinvoimaa, SOD-aktiivisuutta ja liukoisen proteiinin pitoisuutta. UV-B-säteilyn lisääminen voi lisätä klorofylli a:n, klorofylli b:n ja karotenoidien pitoisuuksia kurkun taimien lehdissä. Luonnonvaloon verrattuna punaisen ja sinisen LED-valon lisääminen voi merkittävästi lisätä tomaatintaimien lehtipinta-alaa, kuiva-aineen laatua ja vahvaa taimi-indeksiä. Punaisen ja vihreän LED-valon lisääminen lisää merkittävästi tomaatintaimien korkeutta ja varren paksuutta. Vihreän LED-valon lisäyskäsittely voi merkittävästi lisätä kurkun ja tomaatin taimien biomassaa, ja taimien tuore- ja kuivapaino kasvavat vihreän valon lisävalon voimakkuuden kasvaessa, kun taas tomaatintaimien paksu varsi ja vahva taimi-indeksi seuraavat kaikki vihreän valon lisävaloa. Voimakkuuden kasvu kasvaa. Punaisen ja sinisen LED-valon yhdistelmä voi lisätä varren paksuutta, lehtipinta-alaa, koko kasvin kuivapainoa, juurien ja versojen suhdetta ja vahvaa taimi-indeksiä munakoisolla. Valkoiseen valoon verrattuna punainen LED-valo voi lisätä kaalin taimien biomassaa ja edistää niiden venymiskasvua ja lehtien laajenemista. Sininen LED-valo edistää kaalin taimien paksua kasvua, kuiva-aineen kertymistä ja vahvaa taimiindeksiä sekä pienentää taimia. Yllä olevat tulokset osoittavat, että valonsäätötekniikalla viljeltyjen vihannesten taimien edut ovat ilmeisiä.

LED-lisävalon vaikutus hedelmien ja vihannesten ravintosisältöön

Hedelmien ja vihannesten sisältämät proteiinit, sokerit, orgaaniset hapot ja vitamiinit ovat ravintoaineita, jotka ovat hyödyllisiä ihmisten terveydelle. Valon laatu voi vaikuttaa kasvien VC-pitoisuuteen säätelemällä VC-synteesin ja hajottavien entsyymien aktiivisuutta, ja se voi säädellä proteiiniaineenvaihduntaa ja hiilihydraattien kertymistä puutarhakasveissa. Punainen valo edistää hiilihydraattien kertymistä, sininen valokäsittely on hyödyllistä proteiinin muodostumiselle, kun taas punaisen ja sinisen valon yhdistelmä voi parantaa kasvien ravitsemuksellista laatua huomattavasti enemmän kuin monokromaattinen valo.

Punaisen tai sinisen LED-valon lisääminen voi vähentää salaatin nitraattipitoisuutta, sinisen tai vihreän LED-valon lisääminen voi edistää liukoisen sokerin kertymistä salaatissa, ja infrapunaisen LED-valon lisääminen edistää VC:n kertymistä salaatissa. Tulokset osoittivat, että sinisen valon lisääminen voi parantaa tomaatin VC-pitoisuutta ja liukoisen proteiinin pitoisuutta; punaisen ja punaisen ja sinisen yhdistelmävalo voi edistää tomaatin sokeri- ja happopitoisuutta, ja sokerin ja hapon suhde oli korkein punaisen ja sinisen yhdistelmävalossa; punaisen ja sinisen yhdistelmävalo voi parantaa kurkun VC-pitoisuutta.

Hedelmien ja vihannesten fenolit, flavonoidit, antosyaanit ja muut aineet eivät ainoastaan ​​vaikuta merkittävästi hedelmien ja vihannesten väriin, makuun ja arvoon, vaan niillä on myös luonnollinen antioksidanttivaikutus, ja ne voivat tehokkaasti estää tai poistaa vapaita radikaaleja ihmiskehossa.

LED-sinisen valon käyttö valon täydentämiseen voi lisätä merkittävästi munakoison kuoren antosyaanipitoisuutta 73,6 %, kun taas LED-punaisen valon ja punaisen ja sinisen valon yhdistelmän käyttö voi lisätä flavonoidien ja kokonaisfenolien pitoisuuksia. Sininen valo voi edistää lykopeenin, flavonoidien ja antosyaanien kertymistä tomaatteihin. Punaisen ja sinisen valon yhdistelmä edistää antosyaanien tuotantoa jossain määrin, mutta estää flavonoidien synteesiä. Verrattuna valkoisen valon käsittelyyn punainen valokäsittely voi lisätä merkittävästi salaatinversojen antosyaanipitoisuutta, mutta sinisen valon käsittelyllä on alhaisin antosyaanipitoisuus. Vihreiden, violettien ja punaisten lehtien salaatin kokonaisfenolipitoisuus oli korkeampi valkoisen valon, punaisen ja sinisen yhdistetyn valon ja sinisen valon käsittelyn aikana, mutta alhaisin punaisen valon käsittelyn aikana. LED-ultraviolettivalon tai oranssin valon täydentäminen voi lisätä fenoliyhdisteiden pitoisuutta salaatinlehdissä, kun taas vihreän valon täydentäminen voi lisätä antosyaanien pitoisuutta. Siksi LED-kasvivalon käyttö on tehokas tapa säädellä hedelmien ja vihannesten ravintoarvoa puutarhaviljelyssä.

LED-lisävalon vaikutus kasvien ikääntymisen ehkäisyyn

Klorofyllin hajoaminen, nopea proteiinihävikki ja RNA:n hydrolyysi kasvien vanhenemisen aikana ilmenevät pääasiassa lehtien vanhenemisena. Kloroplastit ovat hyvin herkkiä ulkoisen valoympäristön muutoksille, erityisesti valon laadun vaikutuksesta. Punainen valo, sininen valo ja puna-sininen yhdistetty valo edistävät kloroplastin morfogeneesiä, sininen valo edistää tärkkelysjyvien kertymistä kloroplastiin, ja punainen valo ja kaukopunainen valo vaikuttavat negatiivisesti kloroplastin kehitykseen. Sinisen valon ja punaisen ja sinisen valon yhdistelmä voi edistää klorofyllin synteesiä kurkun taimen lehdissä, ja punaisen ja sinisen valon yhdistelmä voi myös hidastaa lehtien klorofyllipitoisuuden vähenemistä myöhemmässä vaiheessa. Tämä vaikutus on selvempi punaisen valon suhteen pienentyessä ja sinisen valon suhteen kasvaessa. Kurkun taimen lehtien klorofyllipitoisuus LED-punaisen ja sinisen yhdistelmävalon käsittelyn aikana oli merkittävästi korkeampi kuin loisteputkivalojen säätelyn ja monokromaattisten puna-sinivalokäsittelyjen aikana. LED-sininen valo voi merkittävästi lisätä Wutacai- ja vihreän valkosipulin taimien klorofylli a/b-arvoa.

Vanhenemisen aikana tapahtuu sytokiniinien (CTK), auksiinin (IAA) ja abskissihappopitoisuuden (ABA) muutoksia sekä monenlaisia ​​muutoksia entsyymien aktiivisuudessa. Kasvihormonien pitoisuuteen vaikuttaa helposti valoympäristö. Erilaisilla valolaaduilla on erilaisia ​​säätelyvaikutuksia kasvihormoneihin, ja sytokiniinit ovat osa valosignaalin välitysreitin alkuvaiheita.

CTK edistää lehtisolujen laajenemista, tehostaa lehtien fotosynteesiä samalla, kun se estää ribonukleaasin, deoksiribonukleaasin ja proteaasin aktiivisuutta, ja hidastaa nukleiinihappojen, proteiinien ja klorofyllin hajoamista, joten se voi merkittävästi hidastaa lehtien vanhenemista. Valon ja CTK:n välittämän kehityksen säätelyn välillä on vuorovaikutus, ja valo voi stimuloida endogeenisten sytokiniinien määrän nousua. Kun kasvikudokset ovat vanhenemistilassa, niiden endogeeninen sytokiniinipitoisuus vähenee.

IAA:ta on pääasiassa voimakkaasti kasvavissa kasveissa, ja ikääntyvissä kudoksissa tai elimissä sitä on hyvin vähän. Violetti valo voi lisätä indolietikkahappooksidaasin aktiivisuutta, ja alhaiset IAA-pitoisuudet voivat estää kasvien pitenemistä ja kasvua.

ABA:ta muodostuu pääasiassa ikääntyvissä lehtikudoksissa, kypsissä hedelmissä, siemenissä, varsissa, juurissa ja muissa osissa. Kurkun ja kaalin ABA-pitoisuus punaisen ja sinisen valon yhdistelmässä on alhaisempi kuin valkoisen ja sinisen valon yhdistelmässä.

Peroksidaasi (POD), superoksididismutaasi (SOD), askorbaattiperoksidaasi (APX) ja katalaasi (CAT) ovat tärkeämpiä ja valoon liittyviä suojaavia entsyymejä kasveissa. Jos kasvit vanhenevat, näiden entsyymien aktiivisuus vähenee nopeasti.

Erilaisilla valolaaduilla on merkittäviä vaikutuksia kasvien antioksidanttientsyymien aktiivisuuteen. Yhdeksän päivän punaisen valon käsittelyn jälkeen rypsin taimien APX-aktiivisuus lisääntyi merkittävästi ja POD-aktiivisuus laski. Tomaatin POD-aktiivisuus 15 päivän punaisen valon ja sinisen valon jälkeen oli 20,9 % ja 11,7 % korkeampi kuin valkoisen valon. 20 päivän vihreän valon käsittelyn jälkeen tomaatin POD-aktiivisuus oli alhaisin, vain 55,4 % valkoisen valon aktiivisuudesta. Neljän tunnin sinisen valon lisäys voi merkittävästi lisätä liukoisen proteiinin pitoisuutta sekä POD-, SOD-, APX- ja CAT-entsyymien aktiivisuutta kurkun lehdissä taimivaiheessa. Lisäksi SOD:n ja APX:n aktiivisuudet vähenevät vähitellen valon pidentyessä. SOD:n ja APX:n aktiivisuus sinisessä ja punaisessa valossa vähenee hitaasti, mutta on aina korkeampi kuin valkoisessa valossa. Punaisen valon säteilytys vähensi merkittävästi tomaatin lehtien peroksidaasi- ja IAA-peroksidaasiaktiivisuutta sekä munakoison lehtien IAA-peroksidaasiaktiivisuutta, mutta aiheutti munakoison lehtien peroksidaasiaktiivisuuden merkittävän lisääntymisen. Siksi kohtuullisen LED-lisävalaistusstrategian omaksuminen voi tehokkaasti hidastaa puutarhakasvien vanhenemista ja parantaa satoa ja laatua.

LED-valon kaavan rakentaminen ja soveltaminen

Kasvien kasvuun ja kehitykseen vaikuttavat merkittävästi valon laatu ja sen erilaiset koostumussuhteet. Valon koostumus sisältää pääasiassa useita elementtejä, kuten valon laatusuhteen, valon voimakkuuden ja valoajan. Koska eri kasveilla on erilaiset valon vaatimukset ja eri kasvu- ja kehitysvaiheet, viljeltävälle kasville tarvitaan paras mahdollinen valon laadun, valon voimakkuuden ja valonlisäysajan yhdistelmä.

 ◆Valon spektrisuhde

Verrattuna valkoiseen valoon ja yksittäiseen punaiseen ja siniseen valoon, LED-punaisen ja sinisen valon yhdistelmällä on kattava etu kurkun ja kaalin taimien kasvussa ja kehityksessä.

Kun punaisen ja sinisen valon suhde on 8:2, kasvin varren paksuus, kasvin korkeus, kasvin kuivapaino, tuorepaino, vahva taimiindeksi jne. kasvavat merkittävästi, ja se on myös hyödyllistä kloroplastimatriisin ja tyvikerroksen muodostumiselle sekä assimilaation tehokkuudelle.

Punaisen, vihreän ja sinisen valon yhdistelmän käyttö punaisten papujen itujen kuiva-aineen kertymiselle on hyödyllistä, ja vihreä valo voi edistää punaisten papujen itujen kuiva-aineen kertymistä. Kasvu on ilmeisintä, kun punaisen, vihreän ja sinisen valon suhde on 6:2:1. Punaisten papujen itujen taimien ja vihannesten hypokotyylin pidentyminen oli parasta punaisen ja sinisen valon suhteessa 8:1, ja punaisen papujen itujen hypokotyylin pidentyminen oli selvästi estynyt punaisen ja sinisen valon suhteessa 6:3, mutta liukoisen proteiinin pitoisuus oli korkein.

Kun luffan taimien punaisen ja sinisen valon suhde on 8:1, luffan taimien vahva taimi-indeksi ja liukoisen sokerin pitoisuus ovat korkeimmat. Kun käytettiin valonlaatua, jonka punaisen ja sinisen valon suhde on 6:3, luffan taimien klorofylli a -pitoisuus, klorofylli a/b -suhde ja liukoisen proteiinin pitoisuus olivat korkeimmat.

Kun selleriin käytetään punaista ja sinistä valoa suhteessa 3:1, se voi tehokkaasti edistää sellerin kasvin korkeuden, lehtien pituuden, lehtien lukumäärän, kuiva-aineen laadun, VC-pitoisuuden, liukoisen proteiinin pitoisuuden ja liukoisen sokerin pitoisuuden kasvua. Tomaattiviljelyssä sinisen LED-valon osuuden lisääminen edistää lykopeenin, vapaiden aminohappojen ja flavonoidien muodostumista, ja punaisen valon osuuden lisääminen edistää titrautuvien happojen muodostumista. Kun punaisen ja sinisen valon suhde salaatinlehtiin on 8:1, se edistää karotenoidien kertymistä ja vähentää tehokkaasti nitraattipitoisuutta ja lisää VC-pitoisuutta.

 ◆Valon voimakkuus

Heikossa valossa kasvavat kasvit ovat alttiimpia fotoinhibitiolle kuin voimakkaassa valossa kasvavat kasvit. Tomaatintaimien nettofotosynteesinopeus kasvaa valon voimakkuuden kasvaessa [50, 150, 200, 300, 450, 550 μmol/(m²·s)] osoittaen ensin kasvavan ja sitten laskevan trendin, ja 300 μmol/(m²·s) saavuttaakseen maksiminsa. Salaatin kasvin korkeus, lehtipinta-ala, vesipitoisuus ja VC-pitoisuus kasvoivat merkittävästi 150 μmol/(m²·s) valointensiteettikäsittelyllä. 200 μmol/(m²·s) valointensiteettikäsittelyllä tuorepaino, kokonaispaino ja vapaiden aminohappojen pitoisuus kasvoivat merkittävästi, ja 300 μmol/(m²·s) valointensiteetin käsittelyllä salaatin lehtipinta-ala, vesipitoisuus, klorofylli a, klorofylli a+b ja karotenoidit vähenivät. Pimeyteen verrattuna LED-kasvivalon intensiteetin kasvaessa [3, 9, 15 μmol/(m²·s)] mustapavun itujen klorofylli a:n, klorofylli b:n ja klorofylli a+b:n pitoisuudet kasvoivat merkittävästi. VC-pitoisuus on korkein, 3 μmol/(m²·s), ja liukoisen proteiinin, liukoisen sokerin ja sakkaroosin pitoisuudet ovat korkeimmat, 9 μmol/(m²·s). Samoissa lämpötilaolosuhteissa valon intensiteetin kasvaessa [(2~2,5)lx×103 lx, (4~4,5)lx×103 lx, (6~6,5)lx×103 lx] paprikan taimien itämisaika lyhenee ja liukoisen sokerin pitoisuus kasvaa, mutta klorofylli a:n ja karotenoidien pitoisuus laskee vähitellen.

 ◆Valoaika

Valoajan pidentäminen asianmukaisesti voi jossain määrin lievittää riittämättömän valon voimakkuuden aiheuttamaa alhaisen valon stressiä, auttaa puutarhakasvien fotosynteesituotteiden kertymistä ja saavuttaa sadon kasvun ja laadun paranemisen vaikutuksen. Itujen VC-pitoisuus osoitti vähitellen kasvavaa trendiä valoajan pidentyessä (0, 4, 8, 12, 16, 20 h/vrk), kun taas vapaiden aminohappojen pitoisuus, SOD- ja CAT-aktiivisuudet osoittivat laskua. Valoajan pidentyessä (12, 15, 18 h) kiinankaalin tuorepaino kasvoi merkittävästi. VC-pitoisuus kiinankaalin lehdissä ja varsissa oli korkein 15 ja 12 tunnin kohdalla. Kiinankaalin lehtien liukoisen proteiinin pitoisuus laski vähitellen, mutta varsien liukoinen proteiinipitoisuus oli korkein 15 tunnin kuluttua. Kiinankaalin lehtien liukoisen sokerin pitoisuus kasvoi vähitellen, kun taas varsien liukoinen sokeripitoisuus oli korkein 12 tunnin kohdalla. Kun punaisen ja sinisen valon suhde on 1:2, 20 tunnin valokäsittely vähentää vihersalaatin fenolien ja flavonoidien kokonaismäärän suhteellista pitoisuutta 12 tunnin valoaikaan verrattuna. Kun punaisen ja sinisen valon suhde on 2:1, 20 tunnin valokäsittely lisäsi merkittävästi fenolien ja flavonoidien kokonaismäärän suhteellista pitoisuutta vihersalaatissa.

Yllä olevasta voidaan nähdä, että eri valokaavoilla on erilaiset vaikutukset eri viljelykasvien fotosynteesiin, fotomorfogeneesiin sekä hiili- ja typpiaineenvaihduntaan. Parhaan valokaavan, valonlähteen konfiguroinnin ja älykkäiden ohjausstrategioiden laatimisen lähtökohtana on oltava kasvilajike, ja tarvittaessa on tehtävä asianmukaiset muutokset puutarhakasvien hyödyketarpeiden, tuotantotavoitteiden ja tuotantotekijöiden mukaan, jotta saavutetaan valoympäristön älykäs ohjaus ja korkealaatuiset ja runsassatoiset puutarhakasvit energiansäästöolosuhteissa.

Nykyiset ongelmat ja tulevaisuudennäkymät

LED-kasvivalojen merkittävä etu on, että ne voivat tehdä älykkäitä yhdistelmiä eri kasvien fotosynteettisten ominaisuuksien, morfologian, laadun ja sadon kysynnän mukaan. Erilaisilla viljelykasveilla ja saman viljelykasvin eri kasvukausilla on erilaiset vaatimukset valon laadulle, valon voimakkuudelle ja fotoperiodille. Tämä vaatii valokaavojen tutkimuksen kehittämistä ja parantamista valtavan valokaavojen tietokannan muodostamiseksi. Yhdessä ammattimaisten lamppujen tutkimukseen ja kehitykseen yhdistettynä LED-lisävalojen arvo maataloussovelluksissa voidaan maksimoida, mikä säästää energiaa, parantaa tuotantotehokkuutta ja tuo taloudellista hyötyä. LED-kasvivalojen käyttö puutarhaviljelyssä on osoittanut voimakasta elinvoimaa, mutta LED-valaistuslaitteiden hinta on suhteellisen korkea ja kertaluonteinen investointi on suuri. Eri viljelykasvien lisävalon vaatimukset eri ympäristöolosuhteissa eivät ole selviä, ja lisävalon spektri sekä kohtuuton kasvuvalon voimakkuus ja kesto aiheuttavat väistämättä erilaisia ​​ongelmia kasvivalaistuksen soveltamisessa.

Teknologian kehittyessä ja parantuessa sekä LED-kasvivalojen tuotantokustannusten alentuessa LED-lisävalaistusta käytetään kuitenkin laajemmin kasviviljelyssä. Samalla LED-lisävaloteknologian kehitys ja edistyminen sekä uusien energialähteiden yhdistelmä mahdollistavat kasviviljelyn, perheviljelyn, kaupunkiviljelyn ja avaruusviljelyn nopean kehityksen, jotta voidaan vastata ihmisten puutarhakasvien kysyntään erityisissä ympäristöissä.