المؤلف: يامين لي وهوتشنغ ليو، إلخ، من كلية البستنة، جامعة جنوب الصين الزراعية

مصدر المقال: البستنة الدفيئة

تشمل أنواع منشآت البستنة بشكل أساسي الدفيئات البلاستيكية، والدفيئات الشمسية، والدفيئات متعددة الامتدادات، ومصانع النباتات. ونظرًا لأن مباني المرافق تحجب مصادر الضوء الطبيعي إلى حد ما، فلا يوجد ضوء داخلي كافٍ، مما يؤدي بدوره إلى تقليل إنتاجية المحاصيل وجودتها. لذلك، يلعب الضوء التكميلي دورًا لا غنى عنه في المحاصيل عالية الجودة وعالية الإنتاجية للمنشأة، ولكنه أصبح أيضًا عاملاً رئيسيًا في زيادة استهلاك الطاقة وتكاليف التشغيل في المنشأة.

لفترة طويلة، تشتمل مصادر الضوء الاصطناعي المستخدمة في مجال بستنة المنشآت بشكل أساسي على مصابيح الصوديوم ذات الضغط العالي، ومصابيح الفلورسنت، ومصابيح الهالوجين المعدنية، والمصابيح المتوهجة، وما إلى ذلك. وتتمثل العيوب البارزة في إنتاج الحرارة العالي، واستهلاك الطاقة المرتفع، وارتفاع تكلفة التشغيل. إن تطوير الجيل الجديد من الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) يجعل من الممكن استخدام مصدر الضوء الاصطناعي منخفض الطاقة في مجال زراعة المنشآت. يتميز LED بمزايا كفاءة التحويل الكهروضوئية العالية، طاقة التيار المستمر، الحجم الصغير، العمر الطويل، استهلاك الطاقة المنخفض، الطول الموجي الثابت، الإشعاع الحراري المنخفض وحماية البيئة. بالمقارنة مع مصابيح الصوديوم عالية الضغط ومصابيح الفلورسنت المستخدمة بشكل شائع في الوقت الحاضر، لا يمكن لـ LED فقط ضبط كمية ونوعية الضوء (نسبة ضوء النطاق المتنوع) وفقًا لاحتياجات نمو النبات، ويمكنها تشعيع النباتات على مسافة قريبة بسبب لضوءه البارد، وبالتالي، يمكن تحسين عدد طبقات الزراعة ومعدل استخدام المساحة، ويمكن تحقيق وظائف توفير الطاقة وحماية البيئة والاستخدام الفعال للمساحة والتي لا يمكن استبدالها بمصدر الضوء التقليدي.

على أساس هذه المزايا، تم استخدام LED بنجاح في إضاءة المنشأة البستانية، والأبحاث الأساسية للبيئة التي يمكن التحكم فيها، وزراعة الأنسجة النباتية، وشتلات المصانع النباتية، والنظام البيئي للفضاء. في السنوات الأخيرة، يتحسن أداء إضاءة LED للنمو، ويتناقص السعر، ويتم تطوير جميع أنواع المنتجات ذات الأطوال الموجية المحددة تدريجيًا، لذلك سيكون تطبيقها في مجال الزراعة والبيولوجيا أوسع.

يلخص هذا المقال حالة البحث عن LED في مجال البستنة في المنشأة، ويركز على تطبيق ضوء LED الإضافي في أساس بيولوجيا الضوء، ومصابيح LED للنمو على تشكيل ضوء النبات، والجودة الغذائية وتأثير تأخير الشيخوخة، والبناء والتطبيق. صيغة الضوء، وتحليلات وآفاق المشاكل الحالية وآفاق تكنولوجيا الضوء التكميلي LED.

تأثير الضوء التكميلي LED على نمو المحاصيل البستانية

تشمل التأثيرات التنظيمية للضوء على نمو النبات وتطوره إنبات البذور، واستطالة الساق، وتطور الأوراق والجذور، والانتحاء الضوئي، وتخليق الكلوروفيل وتحلله، وتحريض الأزهار. تشمل عناصر بيئة الإضاءة في المنشأة شدة الضوء ودورة الضوء والتوزيع الطيفي. يمكن تعديل العناصر عن طريق مكملات الضوء الاصطناعي دون التقيد بالظروف الجوية.

في الوقت الحاضر، هناك ما لا يقل عن ثلاثة أنواع من المستقبلات الضوئية في النباتات: فيتوكروم (يمتص الضوء الأحمر والضوء الأحمر البعيد)، وكريبتوكروم (يمتص الضوء الأزرق والأشعة فوق البنفسجية القريبة) والأشعة فوق البنفسجية أ والأشعة فوق البنفسجية ب. إن استخدام مصدر ضوء ذو طول موجي محدد لتشعيع المحاصيل يمكن أن يحسن كفاءة التمثيل الضوئي للنباتات، ويسرع عملية تكوين الضوء، ويعزز نمو النباتات وتطورها. تم استخدام الضوء البرتقالي الأحمر (610 ~ 720 نانومتر) والضوء البنفسجي الأزرق (400 ~ 510 نانومتر) في عملية التمثيل الضوئي للنبات. باستخدام تقنية LED، يمكن إشعاع الضوء أحادي اللون (مثل الضوء الأحمر بذروة 660 نانومتر، والضوء الأزرق بذروة 450 نانومتر، وما إلى ذلك) بما يتماشى مع أقوى نطاق امتصاص للكلوروفيل، ويبلغ عرض المجال الطيفي ± 20 نانومتر فقط.

يُعتقد حاليًا أن الضوء الأحمر البرتقالي سيسرع بشكل كبير نمو النباتات، ويعزز تراكم المادة الجافة، وتكوين المصابيح والدرنات والمصابيح الورقية وغيرها من الأعضاء النباتية، مما يتسبب في ازدهار النباتات وتحمل الفاكهة في وقت مبكر، واللعب دور رائد في تحسين لون النبات؛ يمكن للضوء الأزرق والبنفسجي التحكم في التوجه الضوئي لأوراق النبات، وتعزيز فتح الثغور وحركة البلاستيدات الخضراء، ومنع استطالة الساق، ومنع إطالة النبات، وتأخير إزهار النبات، وتعزيز نمو الأعضاء النباتية؛ يمكن لمزيج مصابيح LED الحمراء والزرقاء أن يعوض الضوء غير الكافي للون الواحد من اللونين ويشكل ذروة امتصاص طيفية تتوافق بشكل أساسي مع عملية التمثيل الضوئي للمحاصيل وتشكلها. يمكن أن يصل معدل استخدام الطاقة الضوئية إلى 80% إلى 90%، وتأثير توفير الطاقة كبير.

مجهزة بأضواء LED التكميلية في البستنة المنشأة يمكن أن تحقق زيادة كبيرة جدًا في الإنتاج. أظهرت الدراسات أن عدد الثمار، والإنتاج الإجمالي، ووزن كل حبة طماطم كرزية تحت الضوء التكميلي البالغ 300 ميكرومول/(م²·ث) وشرائط LED وأنابيب LED لمدة 12 ساعة (8:00-20:00) تكون ملحوظة بشكل كبير. زيادة. لقد زاد الضوء الإضافي لشريط LED بنسبة 42.67%، 66.89% و16.97% على التوالي، كما زاد الضوء الإضافي لأنبوب LED بنسبة 48.91%، 94.86% و30.86% على التوالي. إن الضوء الإضافي LED الخاص بتركيبات إضاءة LED للنمو خلال فترة النمو بأكملها [نسبة الضوء الأحمر والأزرق هي 3:2، وكثافة الضوء هي 300 ميكرومول/(م²·ث)] يمكن أن يزيد بشكل كبير من جودة الفاكهة الواحدة وإنتاجيتها لكل وحدة مساحة من الشيهوا والباذنجان. وارتفع شيكوكوان بنسبة 5.3% و15.6%، والباذنجان بنسبة 7.6% و7.8%. من خلال جودة ضوء LED وكثافته ومدته لفترة النمو بأكملها، يمكن تقصير دورة نمو النبات، ويمكن تحسين العائد التجاري والجودة الغذائية والقيمة المورفولوجية للمنتجات الزراعية، كما يمكن تحسين الكفاءة العالية وتوفير الطاقة و يمكن تحقيق الإنتاج الذكي للمحاصيل البستانية في المنشأة.

تطبيق ضوء الملحق LED في زراعة شتلات الخضروات

يعد تنظيم مورفولوجيا النبات ونموه وتطوره بواسطة مصدر ضوء LED تقنية مهمة في مجال زراعة الدفيئة. يمكن للنباتات العليا استشعار واستقبال الإشارات الضوئية من خلال أنظمة المستقبلات الضوئية مثل الفيتوكروم، والكريبتوكروم، والمستقبلات الضوئية، وإجراء تغييرات شكلية من خلال رسائل داخل الخلايا لتنظيم الأنسجة والأعضاء النباتية. التخلق الضوئي يعني أن النباتات تعتمد على الضوء للتحكم في تمايز الخلايا، والتغيرات الهيكلية والوظيفية، وكذلك تكوين الأنسجة والأعضاء، بما في ذلك التأثير على إنبات بعض البذور، وتعزيز الهيمنة القمية، وتثبيط نمو البراعم الجانبية، واستطالة الساق. ، و المدارية.

تعد زراعة شتلات الخضروات جزءًا مهمًا من زراعة المنشأة. سيؤدي الطقس الممطر المستمر إلى عدم كفاية الإضاءة في المنشأة، وتكون الشتلات عرضة للاستطالة، مما سيؤثر على نمو الخضروات وتمايز براعم الزهور ونمو الفاكهة، ويؤثر في النهاية على محصولها وجودتها. في الإنتاج، يتم استخدام بعض منظمات نمو النبات، مثل الجبرلين، والأوكسين، والباكلوبوترازول، والكلورميكوات، لتنظيم نمو الشتلات. ومع ذلك، فإن الاستخدام غير المعقول لمنظمات نمو النبات يمكن أن يؤدي بسهولة إلى تلويث بيئة الخضروات والمنشآت، مما يضر بصحة الإنسان.

يتمتع الضوء الإضافي LED بالعديد من المزايا الفريدة للضوء الإضافي، وهو طريقة مجدية لاستخدام الضوء الإضافي LED لتربية الشتلات. في تجربة الضوء الإضافي LED [25±5 μmol/(m²·s)] التي أجريت تحت ظروف الإضاءة المنخفضة [0~35 μmol/(m²·s)]، وجد أن الضوء الأخضر يعزز استطالة ونمو شتلات الخيار. الضوء الأحمر والضوء الأزرق يمنعان نمو البادرات. بالمقارنة مع الضوء الطبيعي الضعيف، ارتفع مؤشر الشتلات القوي للشتلات المكملة بالضوء الأحمر والأزرق بنسبة 151.26% و237.98% على التوالي. ومقارنة بجودة الضوء الأحادي اللون، ارتفع مؤشر الشتلات القوية التي تحتوي على مكونات حمراء وزرقاء تحت معاملة الضوء المكمل المركب بنسبة 304.46%.

يمكن أن تؤدي إضافة الضوء الأحمر إلى شتلات الخيار إلى زيادة عدد الأوراق الحقيقية، ومساحة الورقة، وارتفاع النبات، وقطر الساق، والجودة الجافة والطازجة، ومؤشر الشتلات القوي، وحيوية الجذر، ونشاط SOD، ومحتوى البروتين القابل للذوبان في شتلات الخيار. يمكن أن تؤدي مكملات الأشعة فوق البنفسجية باء إلى زيادة محتوى الكلوروفيل أ والكلوروفيل ب والكاروتينات في أوراق شتلات الخيار. بالمقارنة مع الضوء الطبيعي، فإن تكملة ضوء LED الأحمر والأزرق يمكن أن تزيد بشكل كبير من مساحة الورقة وجودة المادة الجافة ومؤشر الشتلات القوي لشتلات الطماطم. يؤدي تكملة الضوء الأحمر والضوء الأخضر LED إلى زيادة كبيرة في ارتفاع وسمك ساق شتلات الطماطم. يمكن أن يؤدي العلاج بالضوء الأخضر LED إلى زيادة الكتلة الحيوية لشتلات الخيار والطماطم بشكل كبير، ويزداد الوزن الطازج والجاف للشتلات مع زيادة شدة الضوء المكمل للضوء الأخضر، في حين أن الجذع السميك ومؤشر الشتلات القوي للطماطم جميع الشتلات تتبع الضوء الأخضر المكمل. الزيادة في القوة تزداد. مزيج من ضوء LED الأحمر والأزرق يمكن أن يزيد من سمك الجذع، ومساحة الورقة، والوزن الجاف للنبات بأكمله، ونسبة الجذر إلى اللقطة، ومؤشر شتلات الباذنجان القوي. بالمقارنة مع الضوء الأبيض، يمكن للضوء الأحمر LED زيادة الكتلة الحيوية لشتلات الملفوف وتعزيز نمو الاستطالة وتوسيع أوراق شتلات الملفوف. يعزز الضوء الأزرق LED النمو الكثيف وتراكم المادة الجافة ومؤشر الشتلات القوي لشتلات الملفوف، ويجعل شتلات الملفوف قزمة. تظهر النتائج المذكورة أعلاه أن مزايا شتلات الخضروات المزروعة بتقنية تنظيم الضوء واضحة للغاية.

تأثير الضوء التكميلي LED على الجودة الغذائية للفواكه والخضروات

البروتين والسكر والأحماض العضوية والفيتامينات الموجودة في الفواكه والخضروات هي مواد غذائية مفيدة لصحة الإنسان. يمكن أن تؤثر جودة الضوء على محتوى VC في النباتات عن طريق تنظيم نشاط تخليق VC والإنزيم المتحلل، ويمكنها تنظيم استقلاب البروتين وتراكم الكربوهيدرات في النباتات البستانية. يعزز الضوء الأحمر تراكم الكربوهيدرات، كما أن معالجة الضوء الأزرق مفيدة لتكوين البروتين، في حين أن مزيج الضوء الأحمر والأزرق يمكن أن يحسن الجودة الغذائية للنباتات بشكل أعلى بكثير من الضوء أحادي اللون.

يمكن أن تؤدي إضافة ضوء LED الأحمر أو الأزرق إلى تقليل محتوى النترات في الخس، كما أن إضافة ضوء LED الأزرق أو الأخضر يمكن أن يعزز تراكم السكر القابل للذوبان في الخس، كما أن إضافة ضوء LED بالأشعة تحت الحمراء يؤدي إلى تراكم VC في الخس. وأظهرت النتائج أن مكملات الضوء الأزرق يمكن أن تحسن محتوى VC ومحتوى البروتين القابل للذوبان في الطماطم؛ يمكن للضوء الأحمر والضوء الأحمر الأزرق المشترك أن يعزز محتوى السكر والحمض في ثمار الطماطم، وكانت نسبة السكر إلى الحمض هي الأعلى تحت الضوء الأحمر الأزرق المدمج؛ الضوء الأحمر والأزرق المشترك يمكن أن يحسن محتوى VC لفاكهة الخيار.

الفينولات والفلافونويدات والأنثوسيانين وغيرها من المواد الموجودة في الفواكه والخضروات ليس لها تأثير مهم فقط على اللون والنكهة والقيمة السلعية للفواكه والخضروات، ولكن لها أيضًا نشاط مضاد للأكسدة طبيعي، ويمكن أن تمنع بشكل فعال أو تزيل الجذور الحرة في جسم الإنسان.

يمكن أن يؤدي استخدام ضوء LED الأزرق لتكملة الضوء إلى زيادة محتوى الأنثوسيانين في قشر الباذنجان بشكل كبير بنسبة 73.6%، بينما يمكن أن يؤدي استخدام ضوء LED الأحمر ومزيج من الضوء الأحمر والأزرق إلى زيادة محتوى الفلافونويدات والفينولات الكلية. يمكن للضوء الأزرق أن يعزز تراكم اللايكوبين والفلافونويد والأنثوسيانين في ثمار الطماطم. مزيج الضوء الأحمر والأزرق يعزز إنتاج الأنثوسيانين إلى حد ما، لكنه يمنع تخليق الفلافونويد. بالمقارنة مع العلاج بالضوء الأبيض، فإن العلاج بالضوء الأحمر يمكن أن يزيد بشكل كبير من محتوى الأنثوسيانين في براعم الخس، ولكن العلاج بالضوء الأزرق يحتوي على أقل محتوى من الأنثوسيانين. كان إجمالي محتوى الفينول في الأوراق الخضراء والأوراق الأرجوانية والخس ذات الأوراق الحمراء أعلى تحت الضوء الأبيض والضوء الأحمر والأزرق المشترك والضوء الأزرق، لكنه كان الأدنى تحت العلاج بالضوء الأحمر. يمكن أن يؤدي تكملة الضوء فوق البنفسجي LED أو الضوء البرتقالي إلى زيادة محتوى المركبات الفينولية في أوراق الخس، في حين أن تكملة الضوء الأخضر يمكن أن تزيد من محتوى الأنثوسيانين. ولذلك، فإن استخدام ضوء النمو LED هو وسيلة فعالة لتنظيم الجودة الغذائية للفواكه والخضروات في زراعة البستنة في المنشأة.

تأثير الضوء التكميلي LED على مكافحة شيخوخة النباتات

يتجلى تحلل الكلوروفيل وفقدان البروتين السريع والتحلل المائي للحمض النووي الريبي (RNA) أثناء شيخوخة النبات بشكل رئيسي في شيخوخة الأوراق. البلاستيدات الخضراء حساسة للغاية للتغيرات في بيئة الضوء الخارجية، وخاصة تتأثر بجودة الضوء. الضوء الأحمر والضوء الأزرق والضوء الأحمر والأزرق المشترك يفضي إلى تشكل البلاستيدات الخضراء، والضوء الأزرق يفضي إلى تراكم حبيبات النشا في البلاستيدات الخضراء، والضوء الأحمر والضوء الأحمر البعيد لهما تأثير سلبي على تطور البلاستيدات الخضراء. مزيج الضوء الأزرق والضوء الأحمر والأزرق يمكن أن يعزز تخليق الكلوروفيل في أوراق شتلات الخيار، كما يمكن أن يؤدي مزيج الضوء الأحمر والأزرق أيضًا إلى تأخير توهين محتوى الكلوروفيل في الأوراق في مرحلة لاحقة. ويكون هذا التأثير أكثر وضوحًا مع انخفاض نسبة الضوء الأحمر وزيادة نسبة الضوء الأزرق. كان محتوى الكلوروفيل في أوراق شتلات الخيار تحت معالجة الضوء الأحمر والأزرق مجتمعة LED أعلى بكثير من ذلك تحت التحكم في ضوء الفلورسنت وعلاجات الضوء الأحمر والأزرق أحادية اللون. يمكن للضوء الأزرق LED أن يزيد بشكل كبير من قيمة الكلوروفيل أ/ب في ووتاكاي وشتلات الثوم الأخضر.

أثناء الشيخوخة، هناك السيتوكينين (CTK)، والأوكسين (IAA)، وتغييرات محتوى حمض الأبسيسيك (ABA) ومجموعة متنوعة من التغييرات في نشاط الإنزيم. يتأثر محتوى الهرمونات النباتية بسهولة بالبيئة الضوئية. الصفات الضوئية المختلفة لها تأثيرات تنظيمية مختلفة على الهرمونات النباتية، والخطوات الأولية لمسار نقل الإشارة الضوئية تنطوي على السيتوكينينات.

يعزز CTK توسع خلايا الأوراق، ويعزز عملية التمثيل الضوئي للأوراق، بينما يثبط أنشطة الريبونوكلياز، والديوكسيريبونوكلياز والبروتياز، ويؤخر تدهور الأحماض النووية والبروتينات والكلوروفيل، لذلك يمكن أن يؤخر شيخوخة الأوراق بشكل كبير. هناك تفاعل بين الضوء وتنظيم النمو بوساطة CTK، ويمكن للضوء أن يحفز زيادة مستويات السيتوكينين الذاتية. عندما تكون أنسجة النبات في حالة شيخوخة، ينخفض ​​محتوى السيتوكينين الداخلي فيها.

يتركز IAA بشكل رئيسي في الأجزاء ذات النمو القوي، ويوجد محتوى قليل جدًا في الأنسجة أو الأعضاء المتقدمة في السن. يمكن للضوء البنفسجي أن يزيد من نشاط إندول أوكسيديز حمض الأسيتيك، كما أن انخفاض مستويات IAA يمكن أن يمنع استطالة ونمو النباتات.

يتكون ABA بشكل أساسي في أنسجة الأوراق الهرمة والفواكه الناضجة والبذور والسيقان والجذور وأجزاء أخرى. محتوى ABA في الخيار والملفوف تحت مزيج الضوء الأحمر والأزرق أقل من محتوى الضوء الأبيض والضوء الأزرق.

تعد البيروكسيديز (POD)، وديسموتاز الفائق أكسيد (SOD)، وبيروكسيداز الأسكوربات (APX)، والكاتلاز (CAT) من الإنزيمات الوقائية الأكثر أهمية والمتعلقة بالضوء في النباتات. إذا تقدمت النباتات في العمر، فإن أنشطة هذه الإنزيمات ستنخفض بسرعة.

الصفات الضوئية المختلفة لها تأثيرات كبيرة على أنشطة الإنزيمات المضادة للأكسدة في النبات. بعد 9 أيام من العلاج بالضوء الأحمر، زاد نشاط APX لشتلات اللفت بشكل ملحوظ، وانخفض نشاط POD. كان نشاط POD للطماطم بعد 15 يومًا من الضوء الأحمر والضوء الأزرق أعلى من نشاط الضوء الأبيض بنسبة 20.9% و11.7% على التوالي. بعد 20 يومًا من معالجة الضوء الأخضر، كان نشاط POD للطماطم هو الأدنى، فقط 55.4% من الضوء الأبيض. يمكن لتكملة الضوء الأزرق لمدة 4 ساعات أن تزيد بشكل كبير من محتوى البروتين القابل للذوبان وأنشطة إنزيم POD وSOD وAPX وCAT في أوراق الخيار في مرحلة الشتلات. بالإضافة إلى ذلك، تتناقص أنشطة SOD وAPX تدريجيًا مع إطالة أمد الضوء. يتناقص نشاط SOD وAPX تحت الضوء الأزرق والضوء الأحمر ببطء ولكنه دائمًا أعلى من نشاط الضوء الأبيض. أدى تشعيع الضوء الأحمر إلى انخفاض ملحوظ في نشاط البيروكسيديز وIAA بيروكسيديز لأوراق الطماطم وIAA بيروكسيديز لأوراق الباذنجان، لكنه تسبب في زيادة نشاط البيروكسيديز لأوراق الباذنجان بشكل ملحوظ. لذلك، فإن اعتماد استراتيجية إضاءة تكميلية LED معقولة يمكن أن يؤخر بشكل فعال شيخوخة المحاصيل البستانية في المنشأة ويحسن الإنتاجية والجودة.

بناء وتطبيق صيغة ضوء LED

يتأثر نمو وتطور النباتات بشكل كبير بنوعية الضوء ونسب تركيبه المختلفة. تشتمل صيغة الضوء بشكل أساسي على عدة عناصر مثل نسبة جودة الضوء وشدة الضوء ووقت الضوء. نظرًا لأن النباتات المختلفة لها متطلبات مختلفة للضوء ومراحل نمو وتطور مختلفة، فإن أفضل مزيج من جودة الضوء وكثافة الضوء ووقت تكملة الضوء مطلوب للمحاصيل المزروعة.

 ◆نسبة الطيف الضوئي

بالمقارنة مع الضوء الأبيض والضوء الأحمر والأزرق المنفرد، فإن مزيج الضوء الأحمر والأزرق LED له ميزة شاملة في نمو وتطوير شتلات الخيار والملفوف.

عندما تكون نسبة الضوء الأحمر والأزرق 8: 2، يتم زيادة سمك جذع النبات، وارتفاع النبات، والوزن الجاف للنبات، والوزن الطازج، ومؤشر الشتلات القوي، وما إلى ذلك، بشكل كبير، كما أنه مفيد أيضًا في تكوين مصفوفة البلاستيدات الخضراء و الصفيحة القاعدية وإخراج مسائل الاستيعاب.

إن استخدام مزيج من الجودة الحمراء والخضراء والزرقاء لبراعم الفاصوليا الحمراء مفيد لتراكم المادة الجافة، ويمكن للضوء الأخضر أن يعزز تراكم المادة الجافة لبراعم الفاصوليا الحمراء. يكون النمو أكثر وضوحًا عندما تكون نسبة الضوء الأحمر والأخضر والأزرق 6:2:1. كان تأثير استطالة هيبوكوتيل الخضروات لشتلات الفاصوليا الحمراء هو الأفضل في ظل نسبة الضوء الأحمر والأزرق البالغة 8:1، ومن الواضح أن استطالة هيبوكوتيل براعم الفاصوليا الحمراء تم تثبيطها تحت نسبة الضوء الأحمر والأزرق البالغة 6:3، لكن البروتين القابل للذوبان كان المحتوى هو الأعلى.

عندما تكون نسبة الضوء الأحمر والأزرق 8:1 لشتلات اللوف، يكون مؤشر الشتلات القوي ومحتوى السكر القابل للذوبان لشتلات اللوف هو الأعلى. عند استخدام جودة الضوء مع نسبة الضوء الأحمر والأزرق 6:3، كان محتوى الكلوروفيل أ، ونسبة الكلوروفيل أ/ب، ومحتوى البروتين القابل للذوبان في شتلات اللوف هو الأعلى.

عند استخدام نسبة 3:1 من الضوء الأحمر والأزرق إلى الكرفس، يمكن أن يعزز بشكل فعال زيادة ارتفاع نبات الكرفس وطول سويقات وعدد الأوراق وجودة المادة الجافة ومحتوى VC ومحتوى البروتين القابل للذوبان ومحتوى السكر القابل للذوبان. في زراعة الطماطم، تؤدي زيادة نسبة الضوء الأزرق LED إلى تعزيز تكوين اللايكوبين والأحماض الأمينية الحرة والفلافونويدات، كما أن زيادة نسبة الضوء الأحمر تعزز تكوين الأحماض القابلة للمعايرة. عندما يكون الضوء مع نسبة الضوء الأحمر والأزرق إلى أوراق الخس 8:1، فإنه مفيد لتراكم الكاروتينات، ويقلل بشكل فعال محتوى النترات ويزيد محتوى VC.

 ◆شدة الضوء

النباتات التي تنمو تحت ضوء ضعيف تكون أكثر عرضة للتثبيط الضوئي من تحت ضوء قوي. يزداد معدل التمثيل الضوئي الصافي لشتلات الطماطم مع زيادة شدة الضوء [50، 150، 200، 300، 450، 550 ميكرومول/(م²·ث)]، مما يظهر اتجاهًا للزيادة أولاً ثم التناقص، وعند 300 ميكرومول/(م²) · ق) للوصول إلى الحد الأقصى. زاد ارتفاع النبات ومساحة الورقة والمحتوى المائي ومحتوى VC للخس بشكل ملحوظ تحت معالجة شدة الضوء 150 ميكرومول/(م²·ث). تحت معالجة شدة الضوء 200 ميكرومول/(م²·ث)، زاد الوزن الطازج والوزن الإجمالي ومحتوى الأحماض الأمينية الحرة بشكل كبير، وتحت معالجة شدة الضوء 300 ميكرومول/(م²·ث)، زادت مساحة الورقة ومحتوى الماء وانخفضت نسبة الكلوروفيل أ والكلوروفيل أ + ب والكاروتينات في الخس. بالمقارنة مع الظلام، مع زيادة كثافة ضوء نمو LED [3، 9، 15 ميكرومول/(م²·ث)]، زاد محتوى الكلوروفيل أ، والكلوروفيل ب، والكلوروفيل أ + ب في براعم الفاصوليا السوداء بشكل ملحوظ. محتوى VC هو الأعلى عند 3μmol/(m²·s)، والبروتين القابل للذوبان والسكر القابل للذوبان ومحتوى السكروز هو الأعلى عند 9μmol/(m²·s). تحت نفس ظروف درجة الحرارة، مع زيادة شدة الضوء [(2~2.5)lx×103 lx، (4~4.5)lx×103 lx، (6~6.5)lx×103 lx]، زمن شتلات شتلات الفلفل تم تقصيره، وزيادة محتوى السكر القابل للذوبان، ولكن محتوى الكلوروفيل أ والكاروتينات انخفض تدريجيا.

 ◆وقت الضوء

إن إطالة وقت الضوء بشكل صحيح يمكن أن يخفف من إجهاد الإضاءة المنخفض الناجم عن عدم كفاية شدة الضوء إلى حد ما، ويساعد على تراكم منتجات التمثيل الضوئي للمحاصيل البستانية، ويحقق تأثير زيادة الإنتاجية وتحسين الجودة. أظهر محتوى VC للبراعم اتجاهًا متزايدًا تدريجيًا مع إطالة وقت الضوء (0، 4، 8، 12، 16، 20 ساعة / يوم)، في حين أظهر محتوى الأحماض الأمينية الحرة وأنشطة SOD وCAT جميعها اتجاهًا متناقصًا. مع إطالة فترة الضوء (12، 15، 18 ساعة)، زاد الوزن الطازج لنباتات الكرنب الصيني بشكل ملحوظ. كان محتوى VC في أوراق وسيقان الملفوف الصيني هو الأعلى عند 15 و12 ساعة على التوالي. انخفض محتوى البروتين القابل للذوبان في أوراق الملفوف الصيني تدريجيًا، لكن السيقان كانت أعلى بعد 15 ساعة. زاد محتوى السكر القابل للذوبان في أوراق الملفوف الصيني تدريجيًا، بينما كانت السيقان في أعلى مستوياتها عند الساعة 12. عندما تكون نسبة الضوء الأحمر والأزرق 1:2، مقارنة بوقت الضوء 12 ساعة، فإن المعالجة بالضوء لمدة 20 ساعة تقلل المحتوى النسبي لإجمالي الفينولات والفلافونويدات في الخس ذو الأوراق الخضراء، ولكن عندما تكون نسبة الضوء الأحمر والأزرق 2:1، أدى العلاج بالضوء لمدة 20 ساعة إلى زيادة كبيرة في المحتوى النسبي لإجمالي الفينولات والفلافونويدات في الخس الأخضر.

مما سبق، يمكن ملاحظة أن صيغ الضوء المختلفة لها تأثيرات مختلفة على عملية التمثيل الضوئي، والتشكل الضوئي، واستقلاب الكربون والنيتروجين لأنواع المحاصيل المختلفة. إن كيفية الحصول على أفضل صيغة للضوء وتكوين مصدر الضوء وصياغة استراتيجيات التحكم الذكية تتطلب الأنواع النباتية كنقطة انطلاق، ويجب إجراء التعديلات المناسبة وفقًا للاحتياجات السلعية للمحاصيل البستانية وأهداف الإنتاج وعوامل الإنتاج وما إلى ذلك. لتحقيق هدف التحكم الذكي في البيئة الخفيفة والمحاصيل البستانية عالية الجودة وعالية الإنتاجية في ظل ظروف توفير الطاقة.

المشاكل والآفاق القائمة

تتمثل الميزة المهمة لضوء النمو LED في أنه يمكن إجراء تعديلات ذكية على المجموعة وفقًا لطيف الطلب لخصائص التمثيل الضوئي والتشكل والجودة وإنتاجية النباتات المختلفة. الأنواع المختلفة من المحاصيل وفترات النمو المختلفة لنفس المحصول لها متطلبات مختلفة لجودة الضوء وشدته وفترة الضوء. وهذا يتطلب المزيد من التطوير والتحسين لأبحاث التركيبات الخفيفة لتشكيل قاعدة بيانات ضخمة للتركيبات الخفيفة. بالاشتراك مع البحث والتطوير للمصابيح الاحترافية، يمكن تحقيق أقصى قيمة لمصابيح LED الإضافية في التطبيقات الزراعية، وذلك لتوفير الطاقة بشكل أفضل وتحسين كفاءة الإنتاج والفوائد الاقتصادية. لقد أظهر تطبيق ضوء النمو LED في البستنة المنشأة حيوية قوية، ولكن سعر معدات أو أجهزة الإضاءة LED مرتفع نسبيًا، والاستثمار لمرة واحدة كبير. متطلبات الضوء التكميلي لمختلف المحاصيل في ظل ظروف بيئية مختلفة ليست واضحة، وطيف الضوء الإضافي، والكثافة غير المعقولة ووقت نمو الضوء سوف يسبب حتما مشاكل مختلفة في تطبيق صناعة إضاءة النمو.

ومع ذلك، مع تقدم التكنولوجيا وتحسينها وتقليل تكلفة إنتاج مصابيح النمو LED، سيتم استخدام الإضاءة التكميلية LED على نطاق أوسع في بستنة المنشأة. وفي الوقت نفسه، فإن تطوير وتقدم نظام تكنولوجيا الإضاءة التكميلية LED والجمع بين الطاقة الجديدة سيمكن من التطور السريع لزراعة المرافق والزراعة الأسرية والزراعة الحضرية والزراعة الفضائية لتلبية طلب الناس على المحاصيل البستانية في بيئات خاصة.