[Sammanfattning] Baserat på ett stort antal experimentella data diskuterar denna artikel flera viktiga frågor vid val av ljuskvalitet i fabriker, inklusive val av ljuskällor, effekterna av rött, blått och gult ljus, samt val av spektralområden, i syfte att ge insikter i ljuskvalitet i fabriker. Bestämningen av matchningsstrategi ger några praktiska lösningar som kan användas som referens.
Val av ljuskälla

Växtfabriker använder generellt LED-lampor. Detta beror på att LED-lampor har egenskaper som hög ljuseffektivitet, låg energiförbrukning, lägre värmeutveckling, lång livslängd och justerbar ljusintensitet och spektrum, vilket inte bara kan uppfylla kraven för växttillväxt och effektiv materialackumulering, utan också spara energi, minska värmeproduktion och elkostnader. LED-växlingslampor kan vidare delas in i bredspektrum-LED-lampor med ett enda chip för allmänt bruk, bredspektrum-LED-lampor med ett enda chip för växter och kombinerade justerbara LED-lampor med flera chip. Priset för de två senare typerna av växtspecifika LED-lampor är i allmänhet mer än 5 gånger högre än för vanliga LED-lampor, så olika ljuskällor bör väljas beroende på olika ändamål. För stora växtfabriker varierar de typer av växter de odlar med marknadens efterfrågan. För att minska byggkostnaderna och inte påverka produktionseffektiviteten avsevärt rekommenderar författaren att man använder bredspektrum-LED-chip för allmän belysning som ljuskälla. För små fabriker, om anläggningstyperna är relativt fasta, kan bredspektrum-LED-chips för anläggningsspecifik eller allmän belysning användas som ljuskälla för att uppnå hög produktionseffektivitet och kvalitet utan att avsevärt öka byggkostnaden. Om man vill studera ljusets effekt på växttillväxt och ackumulering av effektiva ämnen, för att ge den bästa ljusformeln för storskalig produktion i framtiden, kan en multichip-kombination av justerbara spektrum-LED-lampor användas för att ändra faktorer som ljusintensitet, spektrum och ljustid för att få den bästa ljusformeln för varje anläggning och därmed ge grunden för storskalig produktion.

Det röda och blå ljuset

När det gäller de specifika experimentella resultaten, när innehållet av rött ljus (R) är högre än innehållet av blått ljus (B) (sallad R:B = 6:2 och 7:3; spenat R:B = 4:1; kalebassplantor R:B = 7:3; gurkplantor R:B = 7:3), visade experimentet att biomassainnehållet (inklusive plantans höjd på den ovanjordiska delen, maximal bladyta, färskvikt och torrvikt, etc.) var högre, men stjälkdiametern och plantindexet för växterna var större när innehållet av blått ljus var högre än innehållet av rött ljus. För biokemiska indikatorer är ett högre innehåll av rött ljus än blått ljus generellt fördelaktigt för att öka innehållet av lösligt socker i växter. För ackumulering av VC, lösligt protein, klorofyll och karotenoider i växter är det dock mer fördelaktigt att använda LED-belysning med högre innehåll av blått ljus än rött ljus, och innehållet av malondialdehyd är också relativt lågt under dessa ljusförhållanden.

Eftersom växtfabriken huvudsakligen används för odling av bladgrönsaker eller för industriell plantodling, kan man utifrån ovanstående resultat dra slutsatsen att det, med utgångspunkt i att öka avkastningen och ta hänsyn till kvaliteten, är lämpligt att använda LED-chips med högre rött ljusinnehåll än blått ljus som ljuskälla. Ett bättre förhållande är R:B = 7:3. Dessutom är ett sådant förhållande mellan rött och blått ljus i princip tillämpligt på alla typer av bladgrönsaker eller plantor, och det finns inga specifika krav för olika växter.

Val av rött och blått våglängd

Under fotosyntesen absorberas ljusenergi huvudsakligen genom klorofyll a och klorofyll b. Figuren nedan visar absorptionsspektra för klorofyll a och klorofyll b, där den gröna spektrallinjen är absorptionsspektrumet för klorofyll a och den blå spektrallinjen är absorptionsspektrumet för klorofyll b. Det framgår av figuren att både klorofyll a och klorofyll b har två absorptionstoppar, en i det blå ljusområdet och den andra i det röda ljusområdet. Men de två absorptionstopparna för klorofyll a och klorofyll b är något olika. För att vara exakt är de två toppvåglängderna för klorofyll a 430 nm respektive 662 nm, och de två toppvåglängderna för klorofyll b är 453 nm respektive 642 nm. Dessa fyra våglängdsvärden kommer inte att ändras med olika växter, så valet av röda och blå våglängder i ljuskällan kommer inte att ändras med olika växtarter.

Absorptionsspektra för klorofyll a och klorofyll b

Vanlig LED-belysning med ett brett spektrum kan användas som ljuskälla i fabriken, så länge det röda och blå ljuset kan täcka de två högsta våglängderna för klorofyll a och klorofyll b, det vill säga att våglängdsområdet för rött ljus i allmänhet är 620~680 nm, medan våglängdsområdet för blått ljus är från 400 till 480 nm. Våglängdsområdet för rött och blått ljus bör dock inte vara för brett eftersom det inte bara slösar bort ljusenergi, utan också kan ha andra effekter.

Om en LED-lampa bestående av röda, gula och blå chips används som ljuskälla i fabriken, bör den röda ljusets toppvåglängd ställas in på klorofyll a:s toppvåglängd, det vill säga vid 660 nm, och den blå ljusets toppvåglängd bör ställas in på klorofyll b:s toppvåglängd, det vill säga vid 450 nm.

Gult och grönt ljuss roll

Det är mer lämpligt när förhållandet mellan rött, grönt och blått ljus är R:G:B=6:1:3. När det gäller bestämningen av det gröna ljusets toppvåglängd, eftersom det huvudsakligen spelar en reglerande roll i växternas tillväxtprocess, behöver den bara vara mellan 530 och 550 nm.

Sammanfattning

Denna artikel diskuterar strategin för urval av ljuskvalitet i fabriker ur både teoretiska och praktiska aspekter, inklusive valet av våglängdsområde för rött och blått ljus i LED-ljuskällan och rollen och förhållandet mellan gult och grönt ljus. I växternas tillväxtprocess bör den rimliga matchningen mellan de tre faktorerna ljusintensitet, ljuskvalitet och ljustid, och deras förhållande till näringsämnen, temperatur och fuktighet samt CO2-koncentration, också beaktas noggrant. För faktisk produktion, oavsett om du planerar att använda ett brett spektrum eller ett multichip-kombinerat, justerbart spektrum-LED-ljus, är förhållandet mellan våglängderna den primära faktorn, eftersom förutom ljuskvaliteten kan andra faktorer justeras i realtid under drift. Därför bör den viktigaste faktorn i designfasen av fabriker vara valet av ljuskvalitet.

Författare: Yong Xu

Artikelkälla: Wechat-konto för jordbruksteknik (växthusodling)

Referens: Yong Xu,Strategi för val av ljuskvalitet i fabriker [J]. Jordbruksteknik, 2022, 42(4): 22-25.