مصدر المقال: مجلة بحوث الميكنة الزراعية؛

المؤلف: ينغ يينغ شان، شينمين شان، سونغ غو.

يُعدّ البطيخ محصولًا اقتصاديًا هامًا، ويحظى بطلب كبير في السوق ومتطلبات جودة عالية، إلا أن زراعة شتلاته تُشكّل تحديًا مقارنةً بالباذنجان. والسبب الرئيسي هو أن البطيخ مُحبٌّ للضوء. فإذا لم تتلقَّ الشتلات ضوءًا كافيًا بعد زراعتها، فإنها ستنمو بشكل مفرط وتُشكّل سيقانًا طويلة، مما يؤثر سلبًا على جودتها ونموها لاحقًا. وتتراوح فترة زراعة البطيخ بين ديسمبر من العام وفبراير من العام التالي، وهي فترة تتميز بأدنى درجات الحرارة وأضعف إضاءة وأكثر عرضةً للأمراض. وخاصةً في جنوب الصين، حيث يغيب ضوء الشمس لمدة تتراوح بين عشرة أيام ونصف شهر في أوائل الربيع. وإذا استمرّت الغيوم والثلوج، فقد يؤدي ذلك إلى موت عدد كبير من الشتلات، مما يُلحق خسائر اقتصادية فادحة بالمزارعين.

كيفية استخدام مصدر ضوء اصطناعي، مثل الضوء المنبعث من مصابيح LED المخصصة لنمو النباتات، لتطبيق "السماد الضوئي" على المحاصيل بما في ذلك شتلات البطيخ في ظل ظروف عدم كفاية ضوء الشمس، وذلك لتحقيق هدف زيادة الإنتاجية والكفاءة العالية والجودة العالية ومقاومة الأمراض وخلوها من التلوث مع تعزيز نمو وتطور المحاصيل، كان هذا هو الاتجاه البحثي الرئيسي لعلماء الإنتاج الزراعي لسنوات عديدة.

في السنوات الأخيرة، كشفت الأبحاث أن النسب المختلفة للضوء الأحمر والأزرق تؤثر بشكل كبير على نمو شتلات النباتات. فعلى سبيل المثال، وجد الباحث تانغ داوي وآخرون أن نسبة 7:3 هي النسبة المثلى لنمو شتلات الخيار؛ بينما أشار الباحث غاو يي وآخرون في بحثهم إلى أن نسبة 8:1 من الضوء الأحمر والأزرق هي أنسب مصدر إضاءة تكميلي لنمو شتلات اللوف.

في السابق، حاول البعض استخدام مصادر إضاءة اصطناعية مثل المصابيح الفلورية ومصابيح الصوديوم لإجراء تجارب على الشتلات، لكن النتائج لم تكن مرضية. ومنذ تسعينيات القرن الماضي، أُجريت أبحاث حول زراعة الشتلات باستخدام مصابيح LED كإضاءة إضافية.

تتميز مصابيح LED المخصصة لزراعة النباتات بمزايا عديدة، منها توفير الطاقة، وحماية البيئة، والسلامة والموثوقية، وطول العمر الافتراضي، وصغر الحجم، وخفة الوزن، وانخفاض توليد الحرارة، بالإضافة إلى جودة توزيع الضوء أو التحكم في تركيبه. ويمكن دمجها حسب الحاجة للحصول على ضوء أحادي اللون نقي أو طيف ضوئي مركب، حيث تصل كفاءة استخدام الطاقة الضوئية إلى 80-90%. وتُعتبر هذه المصابيح من أفضل مصادر الإضاءة في الزراعة.

أُجريت في الصين العديد من الدراسات حول زراعة الأرز والخيار والسبانخ باستخدام مصابيح LED، وقد تحقق بعض التقدم في هذا المجال. مع ذلك، لا تزال التقنية الحالية تعتمد على الإضاءة الطبيعية لشتلات البطيخ التي يصعب إنباتها، ويُستخدم ضوء LED كمصدر إضاءة تكميلي فقط.

بالنظر إلى المشاكل المذكورة أعلاه، ستحاول هذه الورقة استخدام ضوء LED كمصدر ضوء نقي لدراسة جدوى تربية شتلات البطيخ وأفضل نسبة تدفق ضوئي لتحسين جودة شتلات البطيخ دون الاعتماد على ضوء الشمس، وذلك لتوفير أساس نظري ودعم بيانات للتحكم في إضاءة شتلات البطيخ في المرافق.

A.عملية الاختبار ونتائجه

1. المواد التجريبية والمعالجة الضوئية

استُخدم صنف البطيخ ZAOJIA 8424 في التجربة، وكان وسط الإنبات Jinhai Jinjin 3. اختير موقع الاختبار في مصنع مشاتل مصابيح LED لنمو النباتات في مدينة تشوتشو، واستُخدمت معدات إضاءة LED لنمو النباتات كمصدر إضاءة للاختبار. استمر الاختبار لخمس دورات. بلغت مدة التجربة الواحدة 25 يومًا، بدءًا من نقع البذور وإنباتها وحتى نمو الشتلات. كانت فترة الإضاءة 8 ساعات. تراوحت درجة الحرارة الداخلية بين 25 و28 درجة مئوية نهارًا (من 7:00 إلى 17:00)، وبين 15 و18 درجة مئوية مساءً (من 17:00 إلى 7:00). تراوحت الرطوبة المحيطة بين 60% و80%.

تُستخدم مصابيح LED حمراء وزرقاء في تجهيزات إضاءة النمو، بطول موجي أحمر يبلغ 660 نانومتر وطول موجي أزرق يبلغ 450 نانومتر. في التجربة، استُخدمت مصابيح حمراء وزرقاء بنسب تدفق ضوئي 5:1 و6:1 و7:13 للمقارنة.

2. مؤشر القياس وطريقته

في نهاية كل دورة، تم اختيار ثلاث شتلات عشوائيًا لاختبار جودتها. شملت المؤشرات الوزن الجاف والطازج، وطول النبات، وقطر الساق، وعدد الأوراق، ومساحة الورقة النوعية، وطول الجذر. يمكن قياس طول النبات وقطر الساق وطول الجذر باستخدام الفرجار، بينما يمكن عد عدد الأوراق والجذور يدويًا، ويمكن حساب الوزن الجاف والطازج ومساحة الورقة النوعية باستخدام المسطرة.

3. التحليل الإحصائي للبيانات

4. النتائج

تظهر نتائج الاختبار في الجدول 1 والأشكال من 1 إلى 5.

من الجدول 1 والشكل 1-5، يمكن ملاحظة أنه مع زيادة نسبة الضوء المار، ينخفض ​​الوزن الطازج الجاف، ويزداد ارتفاع النبات (هناك ظاهرة الطول غير المثمر)، ويصبح ساق النبات أرق وأصغر، وتقل مساحة الورقة النوعية، ويصبح طول الجذر أقصر فأقصر.

B.تحليل النتائج وتقييمها

1. عندما تكون نسبة الضوء إلى الضوء المار 5:1، يكون نمو شتلات البطيخ في أفضل حالاته.

2. يشير انخفاض طول الشتلات المعرضة لضوء النمو LED ذي النسبة العالية من الضوء الأزرق إلى أن الضوء الأزرق له تأثير مثبط واضح على نمو النبات، وخاصة على ساق النبات، وليس له تأثير واضح على نمو الأوراق؛ يعزز الضوء الأحمر نمو النبات، وينمو النبات بشكل أسرع عندما تكون نسبة الضوء الأحمر كبيرة، ولكن طوله يكون واضحًا، كما هو موضح في الشكل 2.

3. تحتاج النباتات إلى نسب مختلفة من الضوء الأحمر والأزرق في مراحل نموها المختلفة. على سبيل المثال، تحتاج شتلات البطيخ إلى مزيد من الضوء الأزرق في المرحلة المبكرة، مما قد يكبح نموها؛ لكنها تحتاج إلى مزيد من الضوء الأحمر في المرحلة اللاحقة. إذا استمرت نسبة الضوء الأزرق مرتفعة، ستكون الشتلة صغيرة وقصيرة.

٤- يجب ألا تكون شدة الإضاءة لشتلات البطيخ في مراحلها الأولى شديدة، لأن ذلك سيؤثر على نموها لاحقًا. من الأفضل استخدام إضاءة خافتة في البداية ثم زيادة شدة الإضاءة تدريجيًا.

5. يجب ضمان إضاءة مناسبة لنمو الشتلات باستخدام مصابيح LED. فقد وُجد أن انخفاض شدة الإضاءة يؤدي إلى ضعف نمو الشتلات، ما يجعلها عرضة للنمو غير المثمر. لذا، ينبغي التأكد من ألا تقل شدة الإضاءة اللازمة لنمو الشتلات عن 120 واط/مل. مع ذلك، فإن تغير اتجاه نمو الشتلات عند تعرضها لإضاءة عالية جدًا لا يكون واضحًا، كما أن استهلاك الطاقة يزداد، وهو ما لا يُفيد التطبيق المستقبلي للمصنع.

C. نتائج

أظهرت النتائج جدوى استخدام مصدر ضوء LED نقي لزراعة شتلات البطيخ في غرفة مظلمة، وأنّ التدفق الضوئي بنسبة 5:1 كان أكثر ملاءمة لنمو شتلات البطيخ من التدفق الضوئي بنسبة 6 أو 7 أضعاف. وهناك ثلاث نقاط رئيسية في تطبيق تقنية LED في الزراعة الصناعية لشتلات البطيخ.

1. نسبة الضوء الأحمر إلى الأزرق مهمة للغاية. لا يمكن إضاءة شتلات البطيخ في مراحل نموها الأولى بمصابيح LED ذات نسبة عالية جدًا من الضوء الأزرق، وإلا سيؤثر ذلك سلبًا على نموها لاحقًا.

2. تؤثر شدة الضوء بشكل كبير على تمايز خلايا وأعضاء شتلات البطيخ. فالضوء القوي يجعل الشتلات تنمو قوية، بينما الضوء الضعيف يجعلها تنمو بشكل غير فعال.

3. في مرحلة الشتلات، بالمقارنة مع الشتلات ذات شدة الضوء الأقل من 120 ميكرومول / م2 · ثانية، نمت الشتلات ذات شدة الضوء الأعلى من 150 ميكرومول / م2 · ثانية ببطء عندما انتقلت إلى أرض المزرعة.

كان نمو شتلات البطيخ في أفضل حالاته عندما كانت نسبة الضوء الأحمر إلى الأزرق 5:1. ونظرًا لاختلاف تأثير الضوء الأزرق والأحمر على النباتات، فإن أفضل طريقة للإضاءة هي زيادة نسبة الضوء الأزرق بشكل مناسب في المرحلة المبكرة من نمو الشتلات، وإضافة المزيد من الضوء الأحمر في المرحلة المتأخرة؛ واستخدام ضوء خافت في المرحلة المبكرة، ثم استخدام ضوء قوي في المرحلة المتأخرة.