Tiivistelmä: Vihannesten taimet ovat vihannesten tuotannon ensimmäinen askel, ja taimien laatu on erittäin tärkeää istutuksen jälkeisen sadon ja laadun kannalta. Vihannesalan työnjaon jatkuvan tarkentumisen myötä vihannesten taimet ovat vähitellen muodostaneet itsenäisen teollisen ketjun ja palvelleet vihannesten tuotantoa. Huonon sään vaikutuksesta perinteiset taimikasvatusmenetelmät kohtaavat väistämättä monia haasteita, kuten taimien hidas kasvu, pitkäjalkainen kasvu sekä tuholaiset ja taudit. Pitkäjalkaisten taimien torjumiseksi monet kaupalliset viljelijät käyttävät kasvunsäätelijöitä. Kasvunsäätelijöiden käyttöön liittyy kuitenkin taimien jäykkyyden, elintarviketurvallisuuden ja ympäristön saastumisen riskejä. Kemiallisten torjuntamenetelmien lisäksi mekaaninen stimulaatio, lämpötilan ja kastelun säätö voivat myös estää taimien pitkäjalkaisen kasvun, mutta ne ovat hieman vähemmän käteviä ja tehokkaita. Maailmanlaajuisen uuden Covid-19-epidemian vaikutuksesta työvoimapulan ja nousevien työvoimakustannusten aiheuttamat tuotannonhallinnan ongelmat taimialalla ovat tulleet entistä näkyvämmiksi.

Valaistustekniikan kehittyessä keinovalon käytöllä vihannesten taimien kasvatuksessa on etuna korkea taimien kasvutehokkuus, vähemmän tuholaisia ​​ja tauteja sekä helppo standardointi. Perinteisiin valonlähteisiin verrattuna uuden sukupolven LED-valonlähteillä on energiansäästö, korkea hyötysuhde, pitkä käyttöikä, ympäristönsuojelu ja kestävyys, pieni koko, alhainen lämpösäteily ja pieni aallonpituusamplitudi. Ne pystyvät muodostamaan sopivan spektrin taimien kasvu- ja kehitystarpeiden mukaan kasvitehtaiden ympäristössä ja hallitsemaan tarkasti taimien fysiologista ja aineenvaihduntaprosessia samalla edistäen saasteettoman, standardoidun ja nopean vihannesten taimien tuotannon ja lyhentäen taimien sykliä. Etelä-Kiinassa paprikan ja tomaatin taimien (3-4 aitoa lehteä) kasvatus muovikasvihuoneissa kestää noin 60 päivää ja kurkun taimien (3-5 aitoa lehteä) noin 35 päivää. Taimitehdasolosuhteissa tomaatin taimien kasvatus kestää vain 17 päivää ja paprikan taimien 25 päivää 20 tunnin valojakson ja 200-300 μmol/(m2•s) PPF-olosuhteissa. Verrattuna perinteiseen kasvihuoneessa tapahtuvaan taimien kasvatusmenetelmään, LED-tehtaan taimien kasvatusmenetelmä lyhensi kurkun kasvusykliä merkittävästi 15–30 päivällä, ja emikukkien ja hedelmien määrä kasvia kohden kasvoi 33,8 % ja 37,3 %, ja suurin sato kasvoi 71,44 %.

Energiankäytön tehokkuuden osalta kasvitehtaiden energiankäytön tehokkuus on korkeampi kuin Venlo-tyyppisten kasvihuoneiden samalla leveysasteella. Esimerkiksi ruotsalaisessa kasvitehtaassa yhden kuiva-ainekilon salaatin tuottamiseen tarvitaan 1411 MJ, kun taas kasvihuoneessa tarvitaan 1699 MJ. Jos kuitenkin lasketaan salaatin kuiva-ainekiloa kohden tarvittava sähkönkulutus, kasvitehdas tarvitsee 247 kWh yhden kuiva-ainekilon salaatin tuottamiseen, ja Ruotsin, Alankomaiden ja Yhdistyneiden arabiemiirikuntien kasvihuoneet tarvitsevat vastaavasti 182 kWh, 70 kWh ja 111 kWh.

Samaan aikaan kasvitehtaassa tietokoneiden, automaattisten laitteiden, tekoälyn ja muiden teknologioiden avulla voidaan tarkasti hallita taimien viljelyyn sopivia ympäristöolosuhteita, päästä eroon luonnollisten ympäristöolosuhteiden rajoituksista ja toteuttaa älykäs, mekanisoitu ja vuosittainen vakaa taimituotanto. Viime vuosina kasvitehtaan taimia on käytetty lehtivihanneksien, hedelmävihanneksien ja muiden taloudellisten viljelykasvien kaupallisessa tuotannossa Japanissa, Etelä-Koreassa, Euroopassa, Yhdysvalloissa ja muissa maissa. Kasvitehtaiden suuret alkuinvestoinnit, korkeat käyttökustannukset ja valtava järjestelmän energiankulutus ovat edelleen pullonkauloja, jotka rajoittavat taimien viljelyteknologian edistämistä Kiinan kasvitehtaissa. Siksi on tarpeen ottaa huomioon korkean sadon ja energiansäästön vaatimukset valonhallintastrategioissa, vihannesten kasvumallien luomisessa ja automaatiolaitteissa taloudellisen hyödyn parantamiseksi.

Tässä artikkelissa tarkastellaan LED-valaistuksen vaikutusta vihannesten taimien kasvuun ja kehitykseen kasvitehtaissa viime vuosina ja tarkastellaan vihannesten taimien valon säätelyn tutkimussuuntaa kasvitehtaissa.

1. Valoympäristön vaikutukset vihannesten taimien kasvuun ja kehitykseen

Yhtenä kasvien kasvun ja kehityksen olennaisista ympäristötekijöistä valo ei ole ainoastaan ​​kasvien energianlähde fotosynteesin suorittamiseen, vaan myös keskeinen signaali, joka vaikuttaa kasvien fotomorfogeneesiin. Kasvit aistivat signaalin suunnan, energian ja valonlaadun valosignaalijärjestelmän kautta, säätelevät omaa kasvuaan ja kehitystään ja reagoivat valon läsnäoloon tai puuttumiseen, aallonpituuteen, voimakkuuteen ja kestoon. Tällä hetkellä tunnetut kasvien fotoreseptorit sisältävät ainakin kolme luokkaa: fytokromit (PHYA~PHYE), jotka aistivat punaista ja kaukopunaista valoa (FR), kryptokromit (CRY1 ja CRY2), jotka aistivat sinistä ja ultravioletti A:ta, sekä alkuaineet (Phot1 ja Phot2), UV-B-reseptori UVR8, joka aistii UV-B:tä. Nämä fotoreseptorit osallistuvat toisiinsa liittyvien geenien ilmentymiseen ja säätelevät niitä ja säätelevät sitten elämän toimintoja, kuten kasvien siementen itämistä, fotomorfogeneesiä, kukinta-aikaa, sekundaaristen metaboliittien synteesiä ja kertymistä sekä sietokykyä bioottisille ja abioottisille stressitekijöille.

2. LED-valoympäristön vaikutus vihannesten taimien fotomorfologiseen juurtumiseen

2.1 Erilaisen valonlaadun vaikutukset vihannesten taimien fotomorfogeneesiin

Spektrin punaisella ja sinisellä alueella on korkea kvanttihyötysuhde kasvien lehtien fotosynteesissä. Kurkunlehtien pitkäaikainen altistuminen puhtaalle punaiselle valolle kuitenkin vahingoittaa fotosysteemiä, mikä johtaa "punaisen valon oireyhtymään", kuten ilmarakojen hidastumiseen, fotosynteesikapasiteetin ja typen käytön tehokkuuden heikkenemiseen sekä kasvun hidastumiseen. Alhaisessa valon intensiteetissä (100±5 μmol/(m2•s)) puhdas punainen valo voi vahingoittaa sekä nuorten että kypsien kurkun lehtien viherhiukkasia, mutta vaurioituneet viherhiukkaset palautuivat, kun puhdas punainen valo vaihdettiin punaiseen ja siniseen valoon (R:B = 7:3). Sitä vastoin, kun kurkkukasvit vaihtoivat puna-sinisestä valoympäristöstä puhtaaseen punaiseen valoympäristöön, fotosynteesitehokkuus ei laskenut merkittävästi, mikä osoittaa niiden sopeutumiskykyä punaiseen valoon. Elektronimikroskooppianalyysillä "punaisen valon oireyhtymästä" kärsivien kurkun taimien lehtirakenteesta kokeilijat havaitsivat, että viherhiukkasten määrä, tärkkelysjyvästen koko ja jyvien paksuus lehdissä puhtaassa punaisessa valossa olivat merkittävästi pienemmät kuin valkoisen valon käsittelyn aikana. Sinisen valon vaikutus parantaa kurkun kloroplastien ultrastruktuuria ja fotosynteettisiä ominaisuuksia ja estää ravinteiden liiallisen kertymisen. Verrattuna valkoiseen valoon sekä punaiseen ja siniseen valoon, puhdas punainen valo edisti tomaatintaimien hypokotyylin pidentymistä ja sirkkalehtien laajenemista, lisäsi merkittävästi kasvin korkeutta ja lehtipinta-alaa, mutta vähensi merkittävästi fotosynteesikapasiteettia, vähensi Rubisco-pitoisuutta ja fotokemiallista tehokkuutta sekä lisäsi merkittävästi lämmönhukkaisuutta. Voidaan nähdä, että eri kasvityypit reagoivat eri tavoin samaan valonlaatuun, mutta monokromaattiseen valoon verrattuna kasveilla on korkeampi fotosynteesitehokkuus ja voimakkaampi kasvu sekavalossa.

Tutkijat ovat tehneet paljon tutkimusta vihannesten taimien valonlaadun optimoinnista. Samalla valon intensiteetillä, kun punaisen valon suhdetta kasvoi, tomaatin ja kurkun taimien korkeus ja tuorepaino paranivat merkittävästi, ja käsittely punaisen ja sinisen suhteella 3:1 oli paras vaikutus. Sitä vastoin korkea sinisen valon suhde esti tomaatin ja kurkun taimien kasvua, koska ne olivat lyhyitä ja kompakteja, mutta lisäsi taimien versojen kuiva-aine- ja klorofyllipitoisuutta. Samanlaisia ​​malleja havaitaan muissakin viljelykasveissa, kuten paprikoissa ja vesimeloneissa. Lisäksi verrattuna valkoiseen valoon, punainen ja sininen valo (R:B = 3:1) eivät ainoastaan ​​parantaneet merkittävästi tomaatin taimien lehtien paksuutta, klorofyllipitoisuutta, fotosynteesitehokkuutta ja elektroninsiirtotehokkuutta, vaan myös Calvin-sykliin, kasvuvegaanipitoisuuteen ja hiilihydraattien kertymiseen liittyvien entsyymien ilmentymistasot paranivat merkittävästi. Verrattuna kahteen punaisen ja sinisen valon suhteeseen (R:B = 2:1, 4:1), korkeampi sinisen valon suhde edisti paremmin emi-kukkien muodostumista kurkun taimissa ja nopeutti emi-kukkien kukinta-aikaa. Vaikka punaisen ja sinisen valon eri suhteilla ei ollut merkittävää vaikutusta lehtikaalin, rucolan ja sinapin taimien tuorepainosatoon, korkea sinisen valon suhde (30 % sinistä valoa) vähensi merkittävästi lehtikaalin ja sinapin taimien hypokotyylin pituutta ja sirkkalehden pinta-alaa, samalla kun sirkkalehden väri syveni. Siksi taimien tuotannossa sinisen valon osuuden asianmukainen lisääminen voi merkittävästi lyhentää vihannesten taimien solmuväliä ja lehtipinta-alaa, edistää taimien sivuttaissuuntaista laajenemista ja parantaa taimen lujuusindeksiä, mikä edistää vahvojen taimien kasvattamista. Edellyttäen, että valon voimakkuus pysyi muuttumattomana, vihreän valon lisääminen punaisessa ja sinisessä valossa paransi merkittävästi paprikan taimien tuorepainoa, lehtipinta-alaa ja kasvin korkeutta. Verrattuna perinteiseen valkoiseen loistelamppuun, puna-vihreä-sinisessä (R3:G2:B5) valaistusolosuhteissa 'Okagi No. 1' -tomaatin taimien Y[II]-, qP- ja ETR-arvot paranivat merkittävästi. UV-valon (100 μmol/(m2•s) sinistä valoa + 7 % UV-A) täydentäminen puhtaalla sinisellä valolla hidasti merkittävästi rucolan ja sinapin varren pitenemisnopeutta, kun taas varren varren täydentäminen oli päinvastainen. Tämä osoittaa myös, että punaisen ja sinisen valon lisäksi myös muilla valon ominaisuuksilla on tärkeä rooli kasvien kasvussa ja kehityksessä. Vaikka ultraviolettivalo tai varren varsi eivät ole fotosynteesin energianlähde, molemmat osallistuvat kasvien fotomorfogeneesiin. Voimakas UV-valo on haitallista kasvien DNA:lle ja proteiineille jne. UV-valo kuitenkin aktivoi solujen stressivasteita, mikä aiheuttaa muutoksia kasvien kasvussa, morfologiassa ja kehityksessä, jotta ne sopeutuvat ympäristömuutoksiin. Tutkimukset ovat osoittaneet, että alhaisempi varjon varjosuhde aiheuttaa kasveissa varjon välttämisreaktioita, mikä johtaa kasvien morfologisiin muutoksiin, kuten varren pitenemiseen, lehtien ohenemiseen ja kuiva-ainesadon vähenemiseen. Hoikka varsi ei ole hyvä kasvuominaisuus vahvojen taimien kasvattamiseen. Yleisten lehti- ja hedelmävihannesten taimien kohdalla kiinteät, tiiviit ja joustavat taimet eivät ole alttiita ongelmille kuljetuksen ja istutuksen aikana.

UV-A voi tehdä kurkun taimista lyhyempiä ja kompaktimpia, eikä sato uudelleenistutuksen jälkeen eroa merkittävästi kontrollin sadosta. UV-B:llä on puolestaan ​​merkittävämpi estävä vaikutus, eikä sadon väheneminen uudelleenistutuksen jälkeen ole merkittävä. Aiemmat tutkimukset ovat viitanneet siihen, että UV-A estää kasvien kasvua ja tekee kasveista kääpiöityneitä. Mutta on yhä enemmän näyttöä siitä, että UV-A:n läsnäolo ei itse asiassa tukahduta sadon biomassaa, vaan pikemminkin edistää sitä. Verrattuna peruspunaiseen ja valkoiseen valoon (R:W=2:3, PPFD on 250 μmol/(m2·s)), punaisen ja valkoisen valon lisäintensiteetti on 10 W/m2 (noin 10 μmol/(m2·s)). Lehtikaalien UV-A-säteily lisäsi merkittävästi lehtikaalin taimien biomassaa, nivelvälien pituutta, varren halkaisijaa ja latvustuksen leveyttä, mutta edistävä vaikutus heikkeni, kun UV-intensiteetti ylitti 10 W/m2. Päivittäinen 2 tunnin UV-A-lisäys (0,45 J/(m2•s)) voi merkittävästi lisätä 'Oxheart'-tomaatintaimien kasvin korkeutta, sirkkalehtien pinta-alaa ja tuorepainoa samalla, kun se vähentää tomaatintaimien H2O2-pitoisuutta. Voidaan havaita, että eri viljelykasvit reagoivat UV-valoon eri tavoin, mikä voi liittyä viljelykasvien UV-valoherkkyyteen.

Vartettujen taimien viljelyssä vartteiden varttamisen helpottamiseksi varttamisen tulisi tapahtua asianmukaisesti. Eri jäähdytysintensiteeteillä oli erilainen vaikutus tomaatin, paprikan, kurkun, kurpitsan ja vesimelonin taimien kasvuun. 18,9 μmol/(m2•s) jäähdytysannos kylmässä valkoisessa valossa lisäsi merkittävästi tomaatin ja paprikan taimien hypokotyylin pituutta ja varren halkaisijaa; 34,1 μmol/(m2•s) jäähdytysannos edisti parhaiten kurkun, kurpitsan ja vesimelonin taimien hypokotyylin pituutta ja varren halkaisijaa; korkea-intensiivinen jäähdytysannos (53,4 μmol/(m2•s)) vaikutti parhaiten näihin viiteen vihanneksiin. Taimien hypokotyylin pituus ja varren halkaisija eivät enää kasvaneet merkittävästi, vaan alkoivat osoittaa laskusuuntausta. Paprikataimien tuorepaino laski merkittävästi, mikä osoittaa, että kaikkien viiden vihannestaimen jäähdytysantureiden kyllästysarvot olivat kaikki alle 53,4 μmol/(m2•s), ja jäähdytysantureiden arvo oli merkittävästi alhaisempi kuin jäähdytysantureiden. Myös eri vihannestaimien kasvuun kohdistuvat vaikutukset ovat erilaisia.

2.2 Eri päivänvalointegraalien vaikutukset vihannesten taimien fotomorfogeneesiin

Päivänvalon integraali (DLI) kuvaa kasvin pinnan päivässä vastaanottamien fotosynteettisten fotonien kokonaismäärää, joka liittyy valon voimakkuuteen ja valoaikaan. Laskentakaava on DLI (mol/m2/vrk) = valon intensiteetti [μmol/(m2•s)] × Päivittäinen valoaika (h) × 3600 × 10-6. Alhaisessa valossa kasvit reagoivat vähäiseen valoon pidentämällä vartta ja nivelväliä, lisäämällä kasvin korkeutta, ruodin pituutta ja lehtipinta-alaa sekä vähentämällä lehden paksuutta ja nettofotosynteesinopeutta. Valon voimakkuuden kasvaessa, sinappia lukuun ottamatta, rukolan, kaalin ja lehtikaalin taimien hypocotylin pituus ja varren pidentyminen samassa valolaadussa vähenivät merkittävästi. Voidaan nähdä, että valon vaikutus kasvien kasvuun ja morfogeneesiin liittyy valon voimakkuuteen ja kasvilajiin. DLI:n kasvaessa (8,64–28,8 mol/m2/vrk) kurkun taimien kasvityypistä tuli lyhyt, vahva ja tiiviitä, ja ominaislehtipaino ja klorofyllipitoisuus laskivat vähitellen. 6–16 päivää kylvöstä kurkkutaimien lehdet ja juuret kuivuivat. Paino kasvoi vähitellen ja kasvuvauhti kiihtyi vähitellen, mutta 16–21 päivää kylvöstä kurkkutaimien lehtien ja juurien kasvuvauhti hidastui merkittävästi. Tehostettu DLI edisti kurkkutaimien nettofotosynteesinopeutta, mutta tietyn arvon jälkeen nettofotosynteesinopeus alkoi laskea. Siksi sopivan DLI:n valitseminen ja erilaisten lisävalostrategioiden käyttöönotto taimien eri kasvuvaiheissa voi vähentää energiankulutusta. Kurkun ja tomaatin taimien liukoisen sokerin ja SOD-entsyymin pitoisuus kasvoi DLI-intensiteetin kasvaessa. Kun DLI-intensiteetti nousi 7,47 mol/m²/vrk arvosta 11,26 mol/m²/vrk, liukoisen sokerin ja SOD-entsyymin pitoisuus kurkkutaimissa kasvoi 81,03 % ja 55,5 %. Samoissa DLI-olosuhteissa valon voimakkuuden kasvaessa ja valo-ajan lyhentyessä tomaatin ja kurkun taimien PSII-aktiivisuus estyi, ja alhaisen valon voimakkuuden ja pitkän valokeston omaavan täydentävän valaistusstrategian valitseminen suotuisammin edisti kurkun ja tomaatin taimien korkeaa taimi-indeksiä ja fotokemiallista tehokkuutta.

Vartettujen taimien tuotannossa heikko valaistus voi johtaa vartettujen taimien laadun heikkenemiseen ja paranemisajan pidentämiseen. Sopiva valon intensiteetti voi paitsi parantaa vartetun paranemiskohdan sitoutumiskykyä ja vahvistaa taimien kasvua, myös vähentää emikukkien nivelpisteiden sijaintia ja lisätä emikukkien määrää. Taimitehtaissa 2,5–7,5 mol/m2/vrk DLI riitti tyydyttämään tomaattikaimella vartettujen taimien paranemistarpeet. Vartettujen tomaattikaimella vartettujen taimien tiiviys ja lehtien paksuus kasvoivat merkittävästi DLI-intensiteetin kasvaessa. Tämä osoittaa, että vartetut taimet eivät vaadi korkeaa valon intensiteettiä paranemiseen. Siksi energiankulutus ja istutusympäristö huomioon ottaen sopivan valon intensiteetin valinta auttaa parantamaan taloudellista hyötyä.

3. LED-valoympäristön vaikutukset vihannesten taimien stressinkestävyyteen

Kasvit vastaanottavat ulkoisia valosignaaleja fotoreseptorien kautta, mikä aiheuttaa signaalimolekyylien synteesiä ja kertymistä kasviin, mikä muuttaa kasvin elinten kasvua ja toimintaa ja lopulta parantaa kasvin stressinsietokykyä. Erilainen valon laatu edistää tiettyä vaikutusta taimien kylmänkestävyyden ja suolankestävyyden paranemiseen. Esimerkiksi kun tomaatintaimia täydennettiin valolla neljä tuntia yössä, valkoinen, punainen, sininen sekä punainen ja sininen valo saattoivat vähentää tomaatintaimien elektrolyyttien läpäisevyyttä ja MDA-pitoisuutta sekä parantaa kylmänkestävyyttä verrattuna käsittelyyn ilman lisävaloa. SOD:n, POD:n ja CAT:n aktiivisuudet tomaatintaimissa, joita käsiteltiin 8:2 puna-sini-suhteella, olivat merkittävästi korkeammat kuin muilla käsittelyillä, ja niillä oli korkeampi antioksidanttikapasiteetti ja kylmänkestävyys.

UV-B-säteilyn vaikutus soijapavun juurien kasvuun on pääasiassa parantaa kasvien stressinkestävyyttä lisäämällä juurien typpioksidin (NO) ja ros-yhdisteiden (ROS) pitoisuuksia, mukaan lukien hormonisignalointimolekyylit, kuten ABA, SA ja JA, ja estää juurien kehitystä vähentämällä IAA:n, CTK:n ja GA:n pitoisuuksia. UV-B:n fotoreseptori, UVR8, ei ainoastaan ​​osallistu fotomorfogeneesin säätelyyn, vaan sillä on myös keskeinen rooli UV-B-stressissä. Tomaatintaimissa UVR8 välittää antosyaanien synteesiä ja kertymistä, ja UV-säteilyyn tomaatintaimet parantavat kykyään selviytyä voimakkaasta UV-B-stressistä. UV-B:n sopeutuminen Arabidopsis-bakteerin aiheuttamaan kuivuusstressiin ei kuitenkaan riipu UVR8-reitistä, mikä osoittaa, että UV-B toimii signaalin indusoimana kasvien puolustusmekanismien ristivasteena, joten useat hormonit osallistuvat yhdessä kuivuusstressin vastustamiseen ja lisäävät ros-yhdisteiden sieppauskykyä.

Sekä kasvin hypokotyylin tai varren pidentyminen, jota FR aiheuttaa, että kasvien sopeutuminen kylmästressiin ovat kasvihormonien säätelemiä. Siksi FR:n aiheuttama "varjon välttämisvaikutus" liittyy kasvien kylmäsopeutumiseen. Kokeilijat täydensivät ohran taimia 18 päivää itämisen jälkeen 15 °C:ssa 10 päivän ajan, jäähdyttäen ne 5 °C:seen ja lisäten FR:ää 7 päivän ajan, ja havaitsivat, että FR paransi ohran taimien pakkaskestävyyttä valkovalokäsittelyyn verrattuna. Tähän prosessiin liittyy lisääntynyt ABA- ja IAA-pitoisuus ohran taimissa. Myöhemmin 15 °C:ssa FR-käsiteltyjen ohran taimien siirtäminen 5 °C:seen ja FR-lisäyksen jatkaminen 7 päivän ajan johti samanlaisiin tuloksiin kuin kaksi edellä mainittua käsittelyä, mutta ABA-vaste oli heikentynyt. Eri R:FR-arvoilla varustetut kasvit säätelevät fytohormonien (GA, IAA, CTK ja ABA) biosynteesiä, jotka ovat myös mukana kasvien suolansietokyvyssä. Suolastressin aikana alhainen R:FR-valosuhde voi parantaa tomaatintaimien antioksidantti- ja fotosynteesikapasiteettia, vähentää ROS- ja MDA-tuotantoa taimissa ja parantaa suolansietoa. Sekä suolapitoisuusstressi että alhainen R:FR-arvo (R:FR = 0,8) estivät klorofyllin biosynteesiä, mikä saattaa liittyä PBG:n estyneeseen muuntumiseen UroIII:ksi klorofyllisynteesireitillä, kun taas alhainen R:FR-ympäristö voi tehokkaasti lievittää suolapitoisuusstressin aiheuttamaa klorofyllisynteesin heikkenemistä. Nämä tulokset osoittavat merkittävän korrelaation fytokromien ja suolansietokyvyn välillä.

Valo-olosuhteiden lisäksi myös muut ympäristötekijät vaikuttavat vihannesten taimien kasvuun ja laatuun. Esimerkiksi CO2-pitoisuuden nousu nostaa valon kylläisyyden maksimiarvoa Pn (Pnmax), alentaa valon kompensaatiopistettä ja parantaa valon hyödyntämistehokkuutta. Valon voimakkuuden ja CO2-pitoisuuden nousu auttaa parantamaan fotosynteettisten pigmenttien pitoisuutta, vedenkäytön tehokkuutta ja Calvin-sykliin liittyvien entsyymien aktiivisuutta, ja lopulta saavuttaa tomaatintaimien korkeamman fotosynteesitehokkuuden ja biomassan kertymisen. Tomaatin ja paprikan taimien kuivapaino ja tiiviys korreloivat positiivisesti DLI:n kanssa, ja lämpötilan muutos vaikutti myös kasvuun samalla DLI-käsittelyllä. 23–25 ℃:n ympäristö sopi paremmin tomaatintaimien kasvuun. Lämpötilan ja valo-olosuhteiden perusteella tutkijat kehittivät menetelmän paprikan suhteellisen kasvunopeuden ennustamiseksi perustuen bate-jakaumamalliin, mikä voi tarjota tieteellistä ohjausta paprikan vartettujen taimien tuotannon ympäristön säätelyyn.

Siksi tuotannossa käytettävää valonsäätelyjärjestelmää suunniteltaessa on otettava huomioon paitsi valoympäristön tekijät ja kasvilajit, myös viljelyyn ja hoitoon liittyvät tekijät, kuten taimien ravitsemus ja vedenkäyttö, kaasuympäristö, lämpötila ja taimien kasvuvaihe.

4. Ongelmat ja näkymät

Ensinnäkin vihannestaimien valon säätely on monimutkainen prosessi, ja erilaisten valo-olosuhteiden vaikutuksia erityyppisiin vihannestaimiin tehdasympäristössä on analysoitava yksityiskohtaisesti. Tämä tarkoittaa, että tehokkaan ja korkealaatuisen taimituotannon tavoitteen saavuttamiseksi tarvitaan jatkuvaa tutkimusta kypsän teknisen järjestelmän luomiseksi.

Toiseksi, vaikka LED-valonlähteen tehonkäyttöaste on suhteellisen korkea, kasvien valaistuksen virrankulutus on tärkein energiankulutus keinotekoisella valolla kasvatetuissa taimissa. Kasvitehtaiden valtava energiankulutus on edelleen pullonkaula, joka rajoittaa kasvitehtaiden kehitystä.

Lopuksi, kasvivalaistuksen laajan käytön myötä maataloudessa LED-kasvivalojen kustannusten odotetaan laskevan huomattavasti tulevaisuudessa. Päinvastoin, työvoimakustannusten nousu, erityisesti epidemian jälkeisenä aikana, ja työvoiman puute edistävät varmasti tuotannon koneellistamista ja automatisointia. Tulevaisuudessa tekoälyyn perustuvat ohjausmallit ja älykkäät tuotantolaitteet tulevat olemaan yksi vihannesten taimien tuotannon ydinteknologioista, ja ne edistävät edelleen kasvitehtaan taimiteknologian kehitystä.

Tekijät: Jiehui Tan, Houcheng Liu
Artikkelin lähde: WeChat-tili maataloustekniikasta (kasvihuoneviljely)