[Sažetak] Na temelju velikog broja eksperimentalnih podataka, ovaj članak raspravlja o nekoliko važnih pitanja u odabiru kvalitete svjetlosti u tvornicama biljaka, uključujući odabir izvora svjetlosti, učinke crvene, plave i žute svjetlosti te odabir spektralnih raspona, kako bi se pružio uvid u kvalitetu svjetlosti u tvornicama biljaka. Određivanje strategije usklađivanja pruža neka praktična rješenja koja se mogu koristiti kao referenca.
Odabir izvora svjetlosti

Tvornice biljaka općenito koriste LED svjetla. To je zato što LED svjetla imaju karakteristike visoke svjetlosne učinkovitosti, niske potrošnje energije, manjeg stvaranja topline, dugog vijeka trajanja te podesivog intenziteta i spektra svjetlosti, što ne samo da može zadovoljiti zahtjeve rasta biljaka i učinkovitog nakupljanja materijala, već i uštedjeti energiju, smanjiti stvaranje topline i troškove električne energije. LED svjetla za uzgoj mogu se dalje podijeliti na jednostruke LED svjetla širokog spektra za opću namjenu, jednostruke LED svjetla širokog spektra specifična za biljke i višestruke kombinirane LED svjetla podesivog spektra. Cijena posljednje dvije vrste LED svjetala specifičnih za biljke općenito je više od 5 puta veća od cijene običnih LED svjetala, pa bi različite izvore svjetlosti trebalo odabrati prema različitim namjenama. Za velike tvornice biljaka, vrste biljaka koje uzgajaju mijenjaju se s potražnjom na tržištu. Kako bi se smanjili troškovi izgradnje i ne bi značajno utjecalo na učinkovitost proizvodnje, autor preporučuje korištenje LED čipova širokog spektra za opću rasvjetu kao izvora svjetlosti. Za male tvornice biljaka, ako su vrste biljaka relativno fiksne, kako bi se postigla visoka učinkovitost i kvaliteta proizvodnje bez značajnog povećanja troškova izgradnje, kao izvor svjetlosti mogu se koristiti LED čipovi širokog spektra za specifičnu ili opću rasvjetu biljaka. Ako se želi proučiti utjecaj svjetlosti na rast biljaka i akumulaciju učinkovitih tvari, kako bi se u budućnosti osigurala najbolja formula svjetla za proizvodnju velikih razmjera, višečipna kombinacija LED svjetala s podesivim spektrom može se koristiti za promjenu čimbenika poput intenziteta svjetlosti, spektra i vremena osvjetljenja kako bi se dobila najbolja formula svjetla za svaku biljku, čime se pruža osnova za proizvodnju velikih razmjera.

Crveno i plavo svjetlo

Što se tiče specifičnih eksperimentalnih rezultata, kada je sadržaj crvenog svjetla (R) veći od sadržaja plavog svjetla (B) (zelena salata R:B = 6:2 i 7:3; špinat R:B = 4:1; sadnice tikve R:B = 7:3; sadnice krastavca R:B = 7:3), eksperiment je pokazao da je sadržaj biomase (uključujući visinu biljke nadzemnog dijela, maksimalnu površinu lista, svježu težinu i suhu težinu itd.) bio veći, ali su promjer stabljike i indeks jake sadnice biljaka bili veći kada je sadržaj plavog svjetla bio veći od sadržaja crvenog svjetla. Za biokemijske pokazatelje, sadržaj crvenog svjetla veći od plavog svjetla općenito je koristan za povećanje sadržaja topljivog šećera u biljkama. Međutim, za akumulaciju VC, topljivog proteina, klorofila i karotenoida u biljkama, povoljnije je koristiti LED rasvjetu s većim sadržajem plavog svjetla nego crvenog svjetla, a sadržaj malondialdehida je također relativno nizak u ovim uvjetima osvjetljenja.

Budući da se tvornica biljaka uglavnom koristi za uzgoj lisnatog povrća ili za industrijski uzgoj sadnica, iz gore navedenih rezultata može se zaključiti da je, pod pretpostavkom povećanja prinosa i uzimajući u obzir kvalitetu, prikladno koristiti LED čipove s većim udjelom crvene svjetlosti nego plave svjetlosti kao izvor svjetlosti. Bolji omjer je R:B = 7:3. Štoviše, takav omjer crvene i plave svjetlosti u osnovi je primjenjiv na sve vrste lisnatog povrća ili sadnica, i ne postoje specifični zahtjevi za različite biljke.

Odabir crvene i plave valne duljine

Tijekom fotosinteze, svjetlosna energija se uglavnom apsorbira putem klorofila a i klorofila b. Donja slika prikazuje apsorpcijske spektre klorofila a i klorofila b, gdje je zelena spektralna linija apsorpcijski spektar klorofila a, a plava spektralna linija apsorpcijski spektar klorofila b. Iz slike se može vidjeti da i klorofil a i klorofil b imaju dva apsorpcijska vrha, jedan u području plavog svjetla, a drugi u području crvenog svjetla. Ali dva apsorpcijska vrha klorofila a i klorofila b malo se razlikuju. Preciznije, dvije valne duljine vrha klorofila a su 430 nm odnosno 662 nm, a dvije valne duljine vrha klorofila b su 453 nm odnosno 642 nm. Ove četiri vrijednosti valnih duljina neće se mijenjati s različitim biljkama, pa se ni odabir crvenih i plavih valnih duljina u izvoru svjetlosti neće mijenjati s različitim biljnim vrstama.

Apsorpcijski spektri klorofila a i klorofila b

Obična LED rasvjeta širokog spektra može se koristiti kao izvor svjetlosti u tvornici, sve dok crveno i plavo svjetlo mogu pokriti dvije vršne valne duljine klorofila a i klorofila b, odnosno raspon valnih duljina crvenog svjetla je općenito 620~680 nm, dok je raspon valnih duljina plavog svjetla od 400 do 480 nm. Međutim, raspon valnih duljina crvenog i plavog svjetla ne bi trebao biti preširok jer ne samo da rasipa svjetlosnu energiju, već može imati i druge utjecaje.

Ako se kao izvor svjetlosti u tvornici biljaka koristi LED svjetlo sastavljeno od crvenih, žutih i plavih čipova, vršna valna duljina crvenog svjetla treba biti postavljena na vršnu valnu duljinu klorofila a, odnosno na 660 nm, a vršna valna duljina plavog svjetla na vršnu valnu duljinu klorofila b, odnosno na 450 nm.

Uloga žute i zelene svjetlosti

Prikladnije je kada je omjer crvene, zelene i plave svjetlosti R:G:B=6:1:3. Što se tiče određivanja valne duljine vrha zelene svjetlosti, budući da ona uglavnom igra regulatornu ulogu u procesu rasta biljaka, potrebno je da bude samo između 530 i 550 nm.

Sažetak

Ovaj članak razmatra strategiju odabira kvalitete svjetla u tvornicama biljaka s teorijskog i praktičnog aspekta, uključujući odabir raspona valnih duljina crvene i plave svjetlosti u LED izvoru svjetlosti te ulogu i omjer žute i zelene svjetlosti. U procesu rasta biljaka, treba sveobuhvatno razmotriti i razumno usklađivanje tri faktora: intenziteta svjetlosti, kvalitete svjetlosti i trajanja svjetla, te njihov odnos s hranjivim tvarima, temperaturom i vlagom te koncentracijom CO2. Za stvarnu proizvodnju, bez obzira planirate li koristiti LED svjetlo širokog spektra ili višečipnu kombinaciju s podesivim spektrom, omjer valnih duljina je primarno razmatranje, jer se osim kvalitete svjetlosti, i drugi čimbenici mogu podešavati u stvarnom vremenu tijekom rada. Stoga bi najvažnije razmatranje u fazi projektiranja tvornica biljaka trebalo biti odabir kvalitete svjetlosti.

Autor: Yong Xu

Izvor članka: Wechat račun za Poljoprivrednu inženjersku tehnologiju (stakleničko hortikulturno uzgoj)

Referenca: Yong Xu,Strategija odabira kvalitete svjetla u tvornicama biljaka [J]. Poljoprivredna inženjerska tehnologija, 2022, 42(4): 22-25.