[Kopsavilkums] Pamatojoties uz lielu skaitu eksperimentālu datu, šajā rakstā ir aplūkoti vairāki svarīgi jautājumi par gaismas kvalitātes izvēli augu rūpnīcās, tostarp gaismas avotu izvēle, sarkanās, zilās un dzeltenās gaismas ietekme un spektra diapazonu izvēle, lai sniegtu ieskatu gaismas kvalitātē augu rūpnīcās. Atbilstības stratēģijas noteikšana sniedz dažus praktiskus risinājumus, ko var izmantot kā atsauci.
Gaismas avota izvēle

Augu rūpnīcās parasti tiek izmantotas LED spuldzes. Tas ir tāpēc, ka LED spuldzēm ir raksturīga augsta gaismas efektivitāte, zems enerģijas patēriņš, mazāka siltuma ģenerēšana, ilgs kalpošanas laiks un regulējama gaismas intensitāte un spektrs, kas ne tikai atbilst augu augšanas un efektīvas materiālu uzkrāšanas prasībām, bet arī ietaupa enerģiju, samazina siltuma ģenerēšanu un elektroenerģijas izmaksas. LED audzēšanas spuldzes var tālāk iedalīt vienmikroshēmas plaša spektra LED spuldzēs vispārējai lietošanai, vienmikroshēmas plaša spektra LED spuldzēs, kas paredzētas augiem, un daudzmikroshēmas kombinētās regulējama spektra LED spuldzēs. Pēdējo divu veidu augiem paredzēto LED spuldzīšu cena parasti ir vairāk nekā 5 reizes augstāka nekā parastajām LED spuldzītēm, tāpēc dažādiem mērķiem jāizvēlas dažādi gaismas avoti. Lielās augu rūpnīcās audzējamo augu veidi mainās līdz ar tirgus pieprasījumu. Lai samazinātu būvniecības izmaksas un būtiski neietekmētu ražošanas efektivitāti, autors iesaka kā apgaismojuma avotu izmantot plaša spektra LED mikroshēmas vispārējam apgaismojumam. Mazās augu rūpnīcās, ja augu veidi ir relatīvi fiksēti, lai iegūtu augstu ražošanas efektivitāti un kvalitāti, būtiski nepalielinot būvniecības izmaksas, kā apgaismojuma avotu var izmantot plaša spektra LED mikroshēmas augiem paredzētam vai vispārējam apgaismojumam. Ja ir jāpēta gaismas ietekme uz augu augšanu un efektīvo vielu uzkrāšanos, lai nākotnē nodrošinātu vislabāko gaismas formulu liela mēroga ražošanai, var izmantot regulējama spektra LED gaismu daudzmikroshēmu kombināciju, lai mainītu tādus faktorus kā gaismas intensitāte, spektrs un gaismas laiks, lai iegūtu vislabāko gaismas formulu katram augam, tādējādi nodrošinot pamatu liela mēroga ražošanai.

Sarkanā un zilā gaisma

Runājot par konkrētiem eksperimentāliem rezultātiem, eksperiments parādīja, ka, ja sarkanās gaismas (R) saturs ir augstāks nekā zilās gaismas (B) saturs (salāti R:B = 6:2 un 7:3; spināti R:B = 4:1; ķirbju stādi R:B = 7:3; gurķu stādi R:B = 7:3), biomasas saturs (ieskaitot auga virszemes daļas augstumu, maksimālo lapu laukumu, svaigmasu un sausnas svaru utt.) bija lielāks, bet augu stumbra diametrs un spēcīgais dīgstu indekss bija lielāks, ja zilās gaismas saturs bija augstāks nekā sarkanās gaismas saturs. Bioķīmisko rādītāju ziņā sarkanās gaismas saturs, kas ir augstāks par zilo gaismu, parasti ir labvēlīgs šķīstošo cukuru satura palielināšanai augos. Tomēr VC, šķīstošo olbaltumvielu, hlorofila un karotinoīdu uzkrāšanai augos ir izdevīgāk izmantot LED apgaismojumu ar augstāku zilās gaismas saturu nekā sarkanās gaismas, un arī malondialdehīda saturs šādos apgaismojuma apstākļos ir relatīvi zems.

Tā kā augu fabrika galvenokārt tiek izmantota lapu dārzeņu audzēšanai vai rūpnieciskai stādu audzēšanai, no iepriekš minētajiem rezultātiem var secināt, ka, ņemot vērā ražas palielināšanas principu un kvalitāti, kā gaismas avotu ir lietderīgi izmantot LED mikroshēmas ar lielāku sarkanās gaismas saturu nekā zilās gaismas saturu. Labāka attiecība ir R:B = 7:3. Turklāt šāda sarkanās un zilās gaismas attiecība būtībā ir piemērojama visu veidu lapu dārzeņiem vai stādiem, un nav īpašu prasību dažādiem augiem.

Sarkanā un zilā viļņu garuma izvēle

Fotosintēzes laikā gaismas enerģija galvenokārt tiek absorbēta caur hlorofilu a un hlorofilu b. Zemāk redzamajā attēlā parādīti hlorofila a un hlorofila b absorbcijas spektri, kur zaļā spektra līnija ir hlorofila a absorbcijas spektrs, bet zilā spektra līnija ir hlorofila b absorbcijas spektrs. No attēla var redzēt, ka gan hlorofilam a, gan hlorofilam b ir divi absorbcijas pīķi – viens zilās gaismas apgabalā, bet otrs – sarkanās gaismas apgabalā. Taču hlorofila a un hlorofila b divi absorbcijas pīķi nedaudz atšķiras. Precīzāk sakot, hlorofila a divi pīķa viļņa garumi ir attiecīgi 430 nm un 662 nm, un hlorofila b divi pīķa viļņa garumi ir attiecīgi 453 nm un 642 nm. Šīs četras viļņa garuma vērtības dažādiem augiem nemainīsies, tāpēc sarkanā un zilā viļņa garuma izvēle gaismas avotā nemainīsies dažādām augu sugām.

Hlorofila a un hlorofila b absorbcijas spektri

Kā rūpnīcas gaismas avotu var izmantot parastu plaša spektra LED apgaismojumu, ja vien sarkanā un zilā gaisma var aptvert divus hlorofila a un hlorofila b maksimālos viļņu garumus, tas ir, sarkanās gaismas viļņu garuma diapazons parasti ir 620–680 nm, bet zilās gaismas viļņu garuma diapazons ir no 400 līdz 480 nm. Tomēr sarkanās un zilās gaismas viļņu garuma diapazonam nevajadzētu būt pārāk plašam, jo ​​tas ne tikai izšķiež gaismas enerģiju, bet var radīt arī citu ietekmi.

Ja rūpnīcas gaismas avots ir LED gaisma, kas sastāv no sarkanām, dzeltenām un zilām mikroshēmām, sarkanās gaismas maksimālais viļņa garums jāiestata uz hlorofila a maksimālo viļņa garumu, t. i., pie 660 nm, un zilās gaismas maksimālais viļņa garums jāiestata uz hlorofila b maksimālo viļņa garumu, t. i., pie 450 nm.

Dzeltenās un zaļās gaismas loma

Ir piemērotāk, ja sarkanās, zaļās un zilās gaismas attiecība ir R:G:B = 6:1:3. Attiecībā uz zaļās gaismas maksimālā viļņa garuma noteikšanu, tā kā tai galvenokārt ir regulējoša loma augu augšanas procesā, tai jābūt tikai no 530 līdz 550 nm.

Kopsavilkums

Šajā rakstā no teorētiskiem un praktiskiem aspektiem ir aplūkota gaismas kvalitātes izvēles stratēģija augu rūpnīcās, tostarp sarkanās un zilās gaismas viļņu garuma diapazona izvēle LED gaismas avotā, kā arī dzeltenās un zaļās gaismas loma un attiecība. Augu augšanas procesā visaptveroši jāapsver arī saprātīga atbilstība starp trim faktoriem – gaismas intensitāti, gaismas kvalitāti un gaismas laiku –, kā arī to saistība ar barības vielām, temperatūru un mitrumu, kā arī CO2 koncentrāciju. Neatkarīgi no tā, vai plānojat izmantot plaša spektra vai vairāku mikroshēmu kombinētu regulējama spektra LED gaismu, galvenais apsvērums ir viļņu garumu attiecība, jo papildus gaismas kvalitātei darbības laikā reāllaikā var regulēt arī citus faktorus. Tāpēc vissvarīgākajam apsvērumam augu rūpnīcu projektēšanas posmā jābūt gaismas kvalitātes izvēlei.

Autors: Yong Xu

Raksta avots: WeChat konts par lauksaimniecības inženiertehnoloģiju (siltumnīcu dārzkopība)

Atsauce: Yong Xu,Gaismas kvalitātes izvēles stratēģija augu rūpnīcās [J]. Lauksaimniecības inženiertehnoloģija, 2022, 42(4): 22–25.