[الملخص]بناءً على عدد كبير من البيانات التجريبية، يناقش هذا المقال عدة قضايا مهمة في اختيار جودة الضوء في المصانع النباتية، بما في ذلك اختيار مصادر الضوء، وتأثيرات الضوء الأحمر والأزرق والأصفر، واختيار الطيفية النطاقات، من أجل تقديم نظرة ثاقبة حول جودة الضوء في مصانع النباتات. يوفر تحديد استراتيجية المطابقة بعض الحلول العملية التي يمكن استخدامها كمرجع.
اختيار مصدر الضوء

تستخدم مصانع النباتات عمومًا مصابيح LED. وذلك لأن مصابيح LED تتميز بخصائص كفاءة الإضاءة العالية، واستهلاك منخفض للطاقة، وتوليد حرارة أقل، وعمر طويل وكثافة وطيف ضوء قابلين للتعديل، والتي لا يمكنها فقط تلبية متطلبات نمو النبات وتراكم المواد الفعالة، ولكن أيضًا توفير الطاقة، تقليل توليد الحرارة وتكاليف الكهرباء. يمكن تقسيم مصابيح النمو LED أيضًا إلى مصابيح LED واسعة الطيف أحادية الشريحة للأغراض العامة، ومصابيح LED واسعة الطيف خاصة بالنباتات أحادية الشريحة، ومصابيح LED مدمجة متعددة الشرائح قابلة للتعديل. إن سعر النوعين الأخيرين من مصابيح LED الخاصة بالمصنع يكون بشكل عام أكثر من 5 أضعاف سعر مصابيح LED العادية، لذلك يجب اختيار مصادر إضاءة مختلفة وفقًا للأغراض المختلفة. بالنسبة لمصانع النباتات الكبيرة، تتغير أنواع النباتات التي تزرعها مع طلب السوق. ومن أجل تقليل تكاليف البناء وعدم التأثير بشكل كبير على كفاءة الإنتاج، يوصي المؤلف باستخدام شرائح LED واسعة النطاق للإضاءة العامة كمصدر للإضاءة. بالنسبة لمصانع المصانع الصغيرة، إذا كانت أنواع المصانع ثابتة نسبيًا، من أجل الحصول على كفاءة وجودة إنتاج عالية دون زيادة تكلفة البناء بشكل كبير، يمكن استخدام رقائق LED واسعة النطاق للإضاءة الخاصة بالمصانع أو الإضاءة العامة كمصدر للإضاءة. إذا كان الأمر يتعلق بدراسة تأثير الضوء على نمو النبات وتراكم المواد الفعالة، وذلك لتوفير أفضل صيغة ضوئية للإنتاج على نطاق واسع في المستقبل، فيمكن استخدام مجموعة متعددة الشرائح من مصابيح LED ذات الطيف القابل للتعديل للتغيير عوامل مثل شدة الضوء والطيف ووقت الضوء للحصول على أفضل صيغة ضوئية لكل مصنع وبالتالي توفير الأساس للإنتاج على نطاق واسع.

الضوء الأحمر والأزرق

فيما يتعلق بالنتائج التجريبية المحددة، عندما يكون محتوى الضوء الأحمر (R) أعلى من محتوى الضوء الأزرق (B) (الخس R:B = 6:2 و7:3؛ السبانخ R:B = 4: 1؛ شتلات القرع R:B = 7:3؛ شتلات الخيار R:B = 7:3)، أظهرت التجربة أن محتوى الكتلة الحيوية (بما في ذلك ارتفاع النبات للجزء الجوي، والحد الأقصى لمساحة الورقة، والوزن الطازج والوزن الجاف). ، وما إلى ذلك) كانت أعلى، ولكن قطر الجذع ومؤشر الشتلات القوي للنباتات كانا أكبر عندما كان محتوى الضوء الأزرق أعلى من محتوى الضوء الأحمر. بالنسبة للمؤشرات البيوكيميائية، فإن محتوى الضوء الأحمر أعلى من الضوء الأزرق مفيد بشكل عام لزيادة محتوى السكر القابل للذوبان في النباتات. ومع ذلك، بالنسبة لتراكم VC والبروتين القابل للذوبان والكلوروفيل والكاروتينات في النباتات، فمن الأفضل استخدام إضاءة LED ذات محتوى الضوء الأزرق الأعلى من الضوء الأحمر، كما أن محتوى المالونديالدهيد منخفض نسبيًا أيضًا في ظل ظروف الإضاءة هذه.

نظرًا لأن مصنع النبات يستخدم بشكل أساسي لزراعة الخضروات الورقية أو لتربية الشتلات الصناعية، فيمكن الاستنتاج من النتائج المذكورة أعلاه أنه في ظل فرضية زيادة المحصول ومراعاة الجودة، من المناسب استخدام رقائق LED ذات اللون الأحمر العالي محتوى الضوء من الضوء الأزرق كمصدر للضوء. النسبة الأفضل هي R:B = 7:3. علاوة على ذلك، فإن هذه النسبة من الضوء الأحمر والأزرق تنطبق بشكل أساسي على جميع أنواع الخضروات الورقية أو الشتلات، ولا توجد متطلبات محددة للنباتات المختلفة.

اختيار الطول الموجي الأحمر والأزرق

أثناء عملية التمثيل الضوئي، يتم امتصاص الطاقة الضوئية بشكل رئيسي من خلال الكلوروفيل أ والكلوروفيل ب. يوضح الشكل أدناه طيف الامتصاص للكلوروفيل أ والكلوروفيل ب، حيث الخط الطيفي الأخضر هو طيف الامتصاص للكلوروفيل أ، والخط الطيفي الأزرق هو طيف الامتصاص للكلوروفيل ب. يمكن أن نرى من الشكل أن لكل من الكلوروفيل أ والكلوروفيل ب ذروتي امتصاص، واحدة في منطقة الضوء الأزرق والأخرى في منطقة الضوء الأحمر. لكن ذروتي الامتصاص للكلوروفيل أ والكلوروفيل ب مختلفتان قليلاً. على وجه الدقة، يبلغ طولا موجتي الذروة للكلوروفيل أ 430 نانومتر و662 نانومتر، على التوالي، ويبلغ طولا موجتي الذروة للكلوروفيل ب 453 نانومتر و642 نانومتر، على التوالي. لن تتغير قيم الأطوال الموجية الأربعة هذه باختلاف النباتات، وبالتالي فإن اختيار الأطوال الموجية الحمراء والزرقاء في مصدر الضوء لن يتغير باختلاف أنواع النباتات.

أطياف الامتصاص للكلوروفيل أ والكلوروفيل ب

يمكن استخدام إضاءة LED عادية ذات نطاق واسع كمصدر للضوء لمصنع النبات، طالما أن الضوء الأحمر والأزرق يمكن أن يغطي ذروة الطول الموجي للكلوروفيل أ والكلوروفيل ب، أي نطاق الطول الموجي للضوء الأحمر بشكل عام 620 ~ 680 نانومتر، في حين أن الضوء الأزرق يتراوح طوله الموجي من 400 إلى 480 نانومتر. ومع ذلك، يجب ألا يكون نطاق الطول الموجي للضوء الأحمر والأزرق واسعًا جدًا لأنه لا يهدر الطاقة الضوئية فحسب، بل قد يكون له أيضًا تأثيرات أخرى.

إذا تم استخدام ضوء LED يتكون من رقائق حمراء وصفراء وزرقاء كمصدر للضوء لمصنع النبات، فيجب ضبط الطول الموجي الأقصى للضوء الأحمر على ذروة الطول الموجي للكلوروفيل أ، أي عند 660 نانومتر، وهو الطول الموجي الأقصى يجب ضبط الضوء الأزرق على ذروة الطول الموجي للكلوروفيل ب، أي عند 450 نانومتر.

دور الضوء الأصفر والأخضر

يكون ذلك مناسبًا أكثر عندما تكون نسبة الضوء الأحمر والأخضر والأزرق هي R:G:B=6:1:3. أما بالنسبة لتحديد الطول الموجي لذروة الضوء الأخضر، وبما أنه يلعب دورًا تنظيميًا أساسيًا في عملية نمو النبات، فإنه يحتاج فقط إلى أن يكون بين 530 و550 نانومتر.

ملخص

تتناول هذه المقالة استراتيجية اختيار جودة الضوء في المصانع النباتية من الجانبين النظري والعملي، بما في ذلك اختيار نطاق الطول الموجي للضوء الأحمر والأزرق في مصدر ضوء LED ودور ونسبة الضوء الأصفر والأخضر. في عملية نمو النبات، يجب أيضًا النظر بشكل شامل في المطابقة المعقولة بين العوامل الثلاثة لكثافة الضوء وجودة الضوء ووقت الضوء وعلاقتها بالعناصر الغذائية ودرجة الحرارة والرطوبة وتركيز ثاني أكسيد الكربون. بالنسبة للإنتاج الفعلي، سواء كنت تخطط لاستخدام نطاق واسع أو مجموعة متعددة الشرائح من مصابيح LED ذات الطيف القابل للضبط، فإن نسبة الأطوال الموجية هي الاعتبار الأساسي، لأنه بالإضافة إلى جودة الضوء، يمكن تعديل عوامل أخرى في الوقت الفعلي أثناء التشغيل. ولذلك، فإن الاعتبار الأكثر أهمية في مرحلة تصميم المصانع النباتية يجب أن يكون اختيار نوعية الضوء.

المؤلف: يونغ شو

مصدر المقال: حساب Wechat لتكنولوجيا الهندسة الزراعية (البستنة الدفيئة)

المرجع: يونغ شو،استراتيجية اختيار جودة الضوء في المصانع النباتية [J]. تكنولوجيا الهندسة الزراعية، 2022، 42(4): 22-25.