[Tiivistelmä] Tässä artikkelissa käsitellään lukuisia tärkeitä valonlaadun valintaan liittyviä kysymyksiä tehdastehtaissa laajan kokeellisen datan pohjalta. Artikkelissa käsitellään muun muassa valonlähteiden valintaa, punaisen, sinisen ja keltaisen valon vaikutuksia sekä spektrialueiden valintaa. Artikkelissa pyritään saamaan käsitys valonlaadusta tehdastehtaissa. Sovitusstrategian määrittäminen tarjoaa käytännön ratkaisuja, joita voidaan käyttää referenssinä.
Valonlähteen valinta

Kasvitehtaissa käytetään yleensä LED-valoja. Tämä johtuu siitä, että LED-valoilla on korkea valotehokkuus, alhainen energiankulutus, vähäinen lämmöntuotto, pitkä käyttöikä ja säädettävä valon voimakkuus ja spektri, jotka eivät ainoastaan ​​täytä kasvien kasvun ja tehokkaan materiaalin keräämisen vaatimuksia, vaan myös säästävät energiaa, vähentävät lämmöntuottoa ja sähkökustannuksia. LED-kasvivalot voidaan jakaa edelleen yleiskäyttöön tarkoitettuihin yksisiruisiin laaja-alaisiin LED-valoihin, kasvikohtaisiin yksisiruisiin laaja-alaisiin LED-valoihin ja monisiruisiin yhdistettyihin säädettävän spektrin LED-valoihin. Kahden jälkimmäisen kasvikohtaisen LED-valon hinta on yleensä yli viisi kertaa tavallisten LED-valojen hinta, joten eri valonlähteet tulisi valita eri käyttötarkoitusten mukaan. Suurissa kasvitehtaissa kasvatettujen kasvien tyypit muuttuvat markkinoiden kysynnän mukaan. Rakennuskustannusten vähentämiseksi ja tuotantotehokkuuden merkittävän vaikuttamisen välttämiseksi kirjoittaja suosittelee laaja-alaisten LED-sirujen käyttöä yleisvalaistukseen valaistuksen lähteenä. Pienissä kasvitehtaissa, jos kasvien tyypit ovat suhteellisen vakaita, voidaan valonlähteenä käyttää laaja-alaisia ​​LED-siruja kasvikohtaiseen tai yleisvalaistukseen, jotta saavutetaan korkea tuotantotehokkuus ja laatu ilman, että rakennuskustannukset nousevat merkittävästi. Jos valon vaikutusta kasvien kasvuun ja tehoaineiden kertymiseen halutaan tutkia ja siten tarjota paras mahdollinen valokaava laajamittaiseen tuotantoon tulevaisuudessa, voidaan säätää spektrin omaavien LED-valojen monisiruyhdistelmää käyttää muuttamaan tekijöitä, kuten valon voimakkuutta, spektriä ja valoaikaa, jotta saadaan paras mahdollinen valokaava kullekin kasville, mikä luo pohjan laajamittaiselle tuotannolle.

Punainen ja sininen valo

Kokeellisten tulosten osalta, kun punaisen valon (R) pitoisuus on korkeampi kuin sinisen valon (B) pitoisuus (salaatti R:B = 6:2 ja 7:3; pinaatti R:B = 4:1; kurpitsan taimet R:B = 7:3; kurkun taimet R:B = 7:3), koe osoitti, että biomassapitoisuus (mukaan lukien maanpäällisen osan korkeus, suurin lehtipinta-ala, tuorepaino ja kuivapaino jne.) oli korkeampi, mutta kasvien varren halkaisija ja vahva taimiindeksi olivat suurempia, kun sinisen valon pitoisuus oli korkeampi kuin punaisen valon pitoisuus. Biokemiallisten indikaattoreiden osalta punaisen valon pitoisuus, joka on korkeampi kuin sinisen valon pitoisuus, on yleensä edullista kasvien liukoisen sokerin pitoisuuden lisäämiseksi. VC:n, liukoisen proteiinin, klorofyllin ja karotenoidien kertymisen kannalta kasveihin on kuitenkin edullisempaa käyttää LED-valaistusta, jonka sinisen valon pitoisuus on korkeampi kuin punaisen valon, ja myös malondialdehydin pitoisuus on suhteellisen alhainen näissä valaistusolosuhteissa.

Koska kasvitehdasta käytetään pääasiassa lehtivihanneksien viljelyyn tai teolliseen taimien kasvatukseen, edellä mainituista tuloksista voidaan päätellä, että sadon lisäämisen ja laadun huomioon ottaen on sopivaa käyttää valonlähteenä LED-siruja, joiden punaisen valon pitoisuus on suurempi kuin sinisen valon pitoisuus. Parempi suhde on R:B = 7:3. Lisäksi tällainen punaisen ja sinisen valon suhde soveltuu periaatteessa kaikenlaisiin lehtivihanneksiin tai taimiin, eikä eri kasveille ole erityisvaatimuksia.

Punaisen ja sinisen aallonpituuden valinta

Fotosynteesin aikana valoenergia absorboituu pääasiassa klorofylli a:n ja klorofylli b:n kautta. Alla oleva kuva esittää klorofylli a:n ja klorofylli b:n absorptiospektrejä, joissa vihreä spektriviiva on klorofylli a:n absorptiospektri ja sininen spektriviiva on klorofylli b:n absorptiospektri. Kuvasta voidaan nähdä, että sekä klorofylli a:lla että klorofylli b:llä on kaksi absorptiohuippua, toinen sinisen valon alueella ja toinen punaisen valon alueella. Klorfylli a:n ja klorofylli b:n kaksi absorptiohuippua ovat kuitenkin hieman erilaiset. Tarkemmin sanottuna klorofylli a:n kaksi huippuaallonpituutta ovat vastaavasti 430 nm ja 662 nm, ja klorofylli b:n kaksi huippuaallonpituutta ovat vastaavasti 453 nm ja 642 nm. Nämä neljä aallonpituusarvoa eivät muutu eri kasvien välillä, joten valonlähteen punaisen ja sinisen aallonpituuden valinta ei muutu eri kasvilajien välillä.

Klorofyllin a ja klorofyllin b absorptiospektrit

Tehtaan valonlähteenä voidaan käyttää tavallista laajaspektristä LED-valaistusta, kunhan punainen ja sininen valo kattavat klorofylli a:n ja klorofylli b:n kaksi huippuaallonpituutta. Punaisen valon aallonpituusalue on yleensä 620–680 nm ja sinisen valon 400–480 nm. Punaisen ja sinisen valon aallonpituusalueen ei kuitenkaan tulisi olla liian laaja, koska se ei ainoastaan ​​tuhlaa valoenergiaa, vaan sillä voi olla myös muita vaikutuksia.

Jos tehtaan valonlähteenä käytetään punaisesta, keltaisesta ja sinisestä sirusta koostuvaa LED-valoa, punaisen valon huippuaallonpituus tulisi asettaa klorofylli a:n huippuaallonpituudelle eli 660 nm:iin, ja sinisen valon huippuaallonpituus tulisi asettaa klorofylli b:n huippuaallonpituudelle eli 450 nm:iin.

Keltaisen ja vihreän valon rooli

Punaisen, vihreän ja sinisen valon suhde on R:G:B = 6:1:3, joten vihreän valon huippuaallonpituuden määrittämisen osalta on tärkeää mainita, että koska vihreällä valolla on pääasiassa säätelyrooli kasvien kasvuprosessissa, sen on oltava vain 530–550 nm.

Yhteenveto

Tässä artikkelissa käsitellään tehtaiden valonlaadun valintastrategiaa sekä teoreettisesta että käytännön näkökulmasta, mukaan lukien punaisen ja sinisen valon aallonpituusalueen valinta LED-valonlähteessä sekä keltaisen ja vihreän valon rooli ja suhde. Kasvien kasvuprosessissa on myös otettava kattavasti huomioon kolmen tekijän – valon voimakkuuden, valon laadun ja valoajan – kohtuullinen vastaavuus sekä niiden suhde ravinteisiin, lämpötilaan ja kosteuteen sekä CO2-pitoisuuteen. Todellisessa tuotannossa, riippumatta siitä, aiotko käyttää laajaspektristä tai monisiruyhdistelmäistä viritettävän spektrin LED-valoa, aallonpituuksien suhde on ensisijainen huomioitava seikka, koska valonlaadun lisäksi muita tekijöitä voidaan säätää reaaliajassa käytön aikana. Siksi tehtaiden suunnitteluvaiheen tärkein huomioitava seikka tulisi olla valonlaadun valinta.

Kirjailija: Yong Xu

Artikkelin lähde: WeChat-tili maataloustekniikasta (kasvihuoneviljely)

Viite: Yong Xu,Valon laadun valintastrategia kasvitehtaissa [J]. Maataloustekniikka, 2022, 42(4): 22-25.