[Abstrak] Berdasarkan sejumlah besar data eksperimen, artikel ini membincangkan beberapa isu penting dalam pemilihan kualiti cahaya di kilang loji, termasuk pemilihan sumber cahaya, kesan cahaya merah, biru dan kuning, serta pemilihan julat spektrum, untuk memberikan pandangan tentang kualiti cahaya di kilang loji. Penentuan strategi pemadanan menyediakan beberapa penyelesaian praktikal yang boleh digunakan untuk rujukan.
Pemilihan sumber cahaya

Kilang-kilang tumbuhan biasanya menggunakan lampu LED. Ini kerana lampu LED mempunyai ciri-ciri kecekapan bercahaya yang tinggi, penggunaan tenaga yang rendah, penjanaan haba yang kurang, jangka hayat yang panjang dan keamatan dan spektrum cahaya yang boleh laras, yang bukan sahaja dapat memenuhi keperluan pertumbuhan tumbuhan dan pengumpulan bahan yang berkesan, tetapi juga menjimatkan tenaga, mengurangkan penjanaan haba dan kos elektrik. Lampu pertumbuhan LED boleh dibahagikan lagi kepada lampu LED spektrum luas cip tunggal untuk tujuan umum, lampu LED spektrum luas khusus tumbuhan cip tunggal, dan lampu LED spektrum boleh laras gabungan berbilang cip. Harga dua jenis lampu LED khusus tumbuhan yang terakhir secara amnya lebih daripada 5 kali ganda daripada lampu LED biasa, jadi sumber cahaya yang berbeza harus dipilih mengikut tujuan yang berbeza. Bagi kilang tumbuhan besar, jenis tumbuhan yang mereka tanam berubah mengikut permintaan pasaran. Untuk mengurangkan kos pembinaan dan tidak menjejaskan kecekapan pengeluaran dengan ketara, penulis mengesyorkan penggunaan cip LED spektrum luas untuk pencahayaan umum sebagai sumber pencahayaan. Bagi kilang-kilang kecil, jika jenis-jenis kilang agak tetap, untuk mendapatkan kecekapan dan kualiti pengeluaran yang tinggi tanpa meningkatkan kos pembinaan dengan ketara, cip LED spektrum luas untuk pencahayaan khusus tumbuhan atau umum boleh digunakan sebagai sumber pencahayaan. Jika ia bertujuan untuk mengkaji kesan cahaya terhadap pertumbuhan tumbuhan dan pengumpulan bahan yang berkesan, bagi menyediakan formula cahaya terbaik untuk pengeluaran berskala besar pada masa hadapan, gabungan berbilang cip lampu LED spektrum boleh laras boleh digunakan untuk mengubah faktor seperti keamatan cahaya, spektrum dan masa cahaya untuk mendapatkan formula cahaya terbaik untuk setiap kilang, justeru menyediakan asas untuk pengeluaran berskala besar.

Cahaya merah dan biru

Bagi keputusan eksperimen khusus, apabila kandungan cahaya merah (R) lebih tinggi daripada cahaya biru (B) (salad R:B = 6:2 dan 7:3; bayam R:B = 4:1; anak benih labu R:B = 7:3; anak benih timun R:B = 7:3), eksperimen menunjukkan bahawa kandungan biojisim (termasuk ketinggian tumbuhan bahagian udara, luas daun maksimum, berat segar dan berat kering, dsb.) adalah lebih tinggi, tetapi diameter batang dan indeks anak benih yang kuat tumbuhan adalah lebih besar apabila kandungan cahaya biru lebih tinggi daripada cahaya merah. Bagi penunjuk biokimia, kandungan cahaya merah yang lebih tinggi daripada cahaya biru secara amnya bermanfaat untuk peningkatan kandungan gula larut dalam tumbuhan. Walau bagaimanapun, untuk pengumpulan VC, protein larut, klorofil dan karotenoid dalam tumbuhan, adalah lebih berfaedah untuk menggunakan pencahayaan LED dengan kandungan cahaya biru yang lebih tinggi daripada cahaya merah, dan kandungan malondialdehid juga agak rendah dalam keadaan pencahayaan ini.

Memandangkan kilang tumbuhan digunakan terutamanya untuk menanam sayur-sayuran berdaun atau untuk penanaman anak benih industri, dapat disimpulkan dari hasil di atas bahawa di bawah premis peningkatan hasil dan mengambil kira kualiti, adalah sesuai untuk menggunakan cip LED dengan kandungan cahaya merah yang lebih tinggi daripada cahaya biru sebagai sumber cahaya. Nisbah yang lebih baik ialah R:B = 7:3. Lebih-lebih lagi, nisbah cahaya merah dan biru sedemikian pada asasnya boleh digunakan untuk semua jenis sayur-sayuran berdaun atau anak benih, dan tiada keperluan khusus untuk tumbuhan yang berbeza.

Pemilihan panjang gelombang merah dan biru

Semasa fotosintesis, tenaga cahaya diserap terutamanya melalui klorofil a dan klorofil b. Rajah di bawah menunjukkan spektrum penyerapan klorofil a dan klorofil b, di mana garis spektrum hijau ialah spektrum penyerapan klorofil a, dan garis spektrum biru ialah spektrum penyerapan klorofil b. Dapat dilihat daripada rajah bahawa kedua-dua klorofil a dan klorofil b mempunyai dua puncak penyerapan, satu di kawasan cahaya biru dan satu lagi di kawasan cahaya merah. Tetapi 2 puncak penyerapan klorofil a dan klorofil b adalah sedikit berbeza. Untuk lebih tepat, dua panjang gelombang puncak klorofil a masing-masing ialah 430 nm dan 662 nm, dan dua panjang gelombang puncak klorofil b masing-masing ialah 453 nm dan 642 nm. Keempat-empat nilai panjang gelombang ini tidak akan berubah dengan tumbuhan yang berbeza, jadi pemilihan panjang gelombang merah dan biru dalam sumber cahaya tidak akan berubah dengan spesies tumbuhan yang berbeza.

Spektrum penyerapan klorofil a dan klorofil b

Pencahayaan LED biasa dengan spektrum luas boleh digunakan sebagai sumber cahaya kilang, selagi cahaya merah dan biru boleh meliputi dua puncak panjang gelombang klorofil a dan klorofil b, iaitu julat panjang gelombang cahaya merah secara amnya 620 ~ 680 nm, manakala cahaya biru Julat panjang gelombang adalah dari 400 hingga 480 nm. Walau bagaimanapun, julat panjang gelombang cahaya merah dan biru tidak boleh terlalu luas kerana ia bukan sahaja membazirkan tenaga cahaya, tetapi juga mungkin mempunyai kesan lain.

Jika lampu LED yang terdiri daripada cip merah, kuning dan biru digunakan sebagai sumber cahaya kilang, panjang gelombang puncak cahaya merah hendaklah ditetapkan kepada panjang gelombang puncak klorofil a, iaitu, pada 660 nm, panjang gelombang puncak cahaya biru hendaklah ditetapkan kepada panjang gelombang puncak klorofil b, iaitu pada 450 nm.

Peranan cahaya kuning dan hijau

Ia lebih sesuai apabila nisbah cahaya merah, hijau dan biru ialah R:G:B=6:1:3. Bagi penentuan panjang gelombang puncak cahaya hijau, memandangkan ia memainkan peranan pengawalseliaan dalam proses pertumbuhan tumbuhan, ia hanya perlu berada antara 530 dan 550 nm.

Ringkasan

Artikel ini membincangkan strategi pemilihan kualiti cahaya di kilang loji dari aspek teori dan praktikal, termasuk pemilihan julat panjang gelombang cahaya merah dan biru dalam sumber cahaya LED dan peranan serta nisbah cahaya kuning dan hijau. Dalam proses pertumbuhan tumbuhan, pemadanan yang munasabah antara tiga faktor keamatan cahaya, kualiti cahaya dan masa cahaya, serta hubungannya dengan nutrien, suhu dan kelembapan, dan kepekatan CO2 juga harus dipertimbangkan secara komprehensif. Untuk pengeluaran sebenar, sama ada anda merancang untuk menggunakan spektrum luas atau lampu LED spektrum boleh tala gabungan berbilang cip, nisbah panjang gelombang adalah pertimbangan utama, kerana selain kualiti cahaya, faktor lain boleh diselaraskan dalam masa nyata semasa operasi. Oleh itu, pertimbangan yang paling penting dalam peringkat reka bentuk kilang loji haruslah pemilihan kualiti cahaya.

Pengarang: Yong Xu

Sumber artikel: Akaun Wechat Teknologi Kejuruteraan Pertanian (hortikultur rumah hijau)

Rujukan: Yong Xu,Strategi pemilihan kualiti cahaya di kilang tumbuhan [J]. Teknologi Kejuruteraan Pertanian, 2022, 42(4): 22-25.