[Περίληψη] Με βάση μεγάλο αριθμό πειραματικών δεδομένων, το παρόν άρθρο συζητά διάφορα σημαντικά ζητήματα στην επιλογή της ποιότητας φωτός σε εργοστάσια, συμπεριλαμβανομένης της επιλογής πηγών φωτός, των επιδράσεων του κόκκινου, του μπλε και του κίτρινου φωτός και της επιλογής φασματικών περιοχών, προκειμένου να παρέχει πληροφορίες σχετικά με την ποιότητα του φωτός σε εργοστάσια. Ο προσδιορισμός της στρατηγικής αντιστοίχισης παρέχει ορισμένες πρακτικές λύσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αναφορά.
Επιλογή πηγής φωτός

Τα εργοστάσια χρησιμοποιούν γενικά φώτα LED. Αυτό συμβαίνει επειδή τα φώτα LED έχουν τα χαρακτηριστικά υψηλής φωτεινής απόδοσης, χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας, μικρότερης παραγωγής θερμότητας, μεγάλης διάρκειας ζωής και ρυθμιζόμενης έντασης και φάσματος φωτός, τα οποία όχι μόνο μπορούν να καλύψουν τις απαιτήσεις της ανάπτυξης των φυτών και της αποτελεσματικής συσσώρευσης υλικού, αλλά και να εξοικονομήσουν ενέργεια, να μειώσουν την παραγωγή θερμότητας και το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας. Τα φώτα ανάπτυξης LED μπορούν να χωριστούν περαιτέρω σε φώτα LED ευρέος φάσματος μονού τσιπ για γενική χρήση, φώτα LED ευρέος φάσματος μονού τσιπ ειδικά για φυτά και συνδυασμένα φώτα LED ρυθμιζόμενου φάσματος πολλαπλών τσιπ. Η τιμή των δύο τελευταίων ειδών φώτων LED ειδικά για φυτά είναι γενικά περισσότερο από 5 φορές μεγαλύτερη από τα συνηθισμένα φώτα LED, επομένως θα πρέπει να επιλέγονται διαφορετικές πηγές φωτός ανάλογα με τους διαφορετικούς σκοπούς. Για τα μεγάλα εργοστάσια, οι τύποι φυτών που καλλιεργούν αλλάζουν με τη ζήτηση της αγοράς. Προκειμένου να μειωθεί το κόστος κατασκευής και να μην επηρεαστεί σημαντικά η αποδοτικότητα της παραγωγής, ο συγγραφέας συνιστά τη χρήση τσιπ LED ευρέος φάσματος για γενικό φωτισμό ως πηγή φωτισμού. Για τα μικρά εργοστάσια, εάν οι τύποι εγκαταστάσεων είναι σχετικά σταθεροί, προκειμένου να επιτευχθεί υψηλή αποδοτικότητα και ποιότητα παραγωγής χωρίς σημαντική αύξηση του κόστους κατασκευής, μπορούν να χρησιμοποιηθούν τσιπ LED ευρέος φάσματος για φωτισμό ειδικά για φυτά ή γενικό φωτισμό ως πηγή φωτισμού. Αν πρόκειται να μελετηθεί η επίδραση του φωτός στην ανάπτυξη των φυτών και η συσσώρευση αποτελεσματικών ουσιών, έτσι ώστε να παρασχεθεί η καλύτερη φόρμουλα φωτός για παραγωγή μεγάλης κλίμακας στο μέλλον, ένας συνδυασμός πολλαπλών τσιπ ρυθμιζόμενων φασματικών φώτων LED μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αλλαγή παραγόντων όπως η ένταση του φωτός, το φάσμα και ο χρόνος φωτισμού, ώστε να επιτευχθεί η καλύτερη φόρμουλα φωτός για κάθε φυτό, παρέχοντας έτσι τη βάση για παραγωγή μεγάλης κλίμακας.

Το κόκκινο και το μπλε φως

Όσον αφορά τα συγκεκριμένα πειραματικά αποτελέσματα, όταν η περιεκτικότητα σε κόκκινο φως (R) είναι υψηλότερη από αυτή του μπλε φωτός (B) (μαρούλι R:B = 6:2 και 7:3· σπανάκι R:B = 4:1· σπορόφυτα κολοκύθας R:B = 7:3· σπορόφυτα αγγουριού R:B = 7:3), το πείραμα έδειξε ότι η περιεκτικότητα σε βιομάζα (συμπεριλαμβανομένου του ύψους του φυτού του υπέργειου μέρους, της μέγιστης φυλλικής επιφάνειας, του νωπού και ξηρού βάρους, κ.λπ.) ήταν υψηλότερη, αλλά η διάμετρος του στελέχους και ο δείκτης ισχυρού σπορόφυτου των φυτών ήταν μεγαλύτερα όταν η περιεκτικότητα σε μπλε φως ήταν υψηλότερη από αυτή του κόκκινου φωτός. Για τους βιοχημικούς δείκτες, η περιεκτικότητα σε κόκκινο φως υψηλότερη από το μπλε φως είναι γενικά ευεργετική για την αύξηση της περιεκτικότητας σε διαλυτά σάκχαρα στα φυτά. Ωστόσο, για τη συσσώρευση VC, διαλυτής πρωτεΐνης, χλωροφύλλης και καροτενοειδών στα φυτά, είναι πιο πλεονεκτικό να χρησιμοποιείται φωτισμός LED με υψηλότερη περιεκτικότητα σε μπλε φως από το κόκκινο φως, και η περιεκτικότητα σε μαλονδιαλδεΰδη είναι επίσης σχετικά χαμηλή υπό αυτές τις συνθήκες φωτισμού.

Δεδομένου ότι το εργοστάσιο παραγωγής φυτών χρησιμοποιείται κυρίως για την καλλιέργεια φυλλωδών λαχανικών ή για την εκτροφή βιομηχανικών σπορόφυτων, από τα παραπάνω αποτελέσματα μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι, με την προϋπόθεση της αύξησης της απόδοσης και λαμβάνοντας υπόψη την ποιότητα, είναι κατάλληλο να χρησιμοποιηθούν τσιπ LED με υψηλότερη περιεκτικότητα σε κόκκινο φως από ό,τι σε μπλε φως ως πηγή φωτός. Μια καλύτερη αναλογία είναι R:B = 7:3. Επιπλέον, μια τέτοια αναλογία κόκκινου και μπλε φωτός ισχύει βασικά για όλα τα είδη φυλλωδών λαχανικών ή σπορόφυτων και δεν υπάρχουν συγκεκριμένες απαιτήσεις για διαφορετικά φυτά.

Επιλογή κόκκινου και μπλε μήκους κύματος

Κατά τη φωτοσύνθεση, η φωτεινή ενέργεια απορροφάται κυρίως μέσω της χλωροφύλλης a και της χλωροφύλλης b. Το παρακάτω σχήμα δείχνει τα φάσματα απορρόφησης της χλωροφύλλης a και της χλωροφύλλης b, όπου η πράσινη φασματική γραμμή είναι το φάσμα απορρόφησης της χλωροφύλλης a και η μπλε φασματική γραμμή είναι το φάσμα απορρόφησης της χλωροφύλλης b. Από το σχήμα φαίνεται ότι τόσο η χλωροφύλλη a όσο και η χλωροφύλλη b έχουν δύο κορυφές απορρόφησης, μία στην περιοχή του μπλε φωτός και η άλλη στην περιοχή του κόκκινου φωτός. Αλλά οι 2 κορυφές απορρόφησης της χλωροφύλλης a και της χλωροφύλλης b είναι ελαφρώς διαφορετικές. Για να είμαστε ακριβείς, τα δύο μήκη κύματος κορυφής της χλωροφύλλης a είναι 430 nm και 662 nm, αντίστοιχα, και τα δύο μήκη κύματος κορυφής της χλωροφύλλης b είναι 453 nm και 642 nm, αντίστοιχα. Αυτές οι τέσσερις τιμές μήκους κύματος δεν θα αλλάξουν με διαφορετικά φυτά, επομένως η επιλογή των κόκκινων και μπλε μηκών κύματος στην πηγή φωτός δεν θα αλλάξει με διαφορετικά είδη φυτών.

Φάσματα απορρόφησης χλωροφύλλης α και χλωροφύλλης β

Ένας συνηθισμένος φωτισμός LED με ευρύ φάσμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πηγή φωτός του εργοστασίου, εφόσον το κόκκινο και το μπλε φως μπορούν να καλύψουν τα δύο μήκη κύματος κορυφής της χλωροφύλλης α και της χλωροφύλλης β, δηλαδή, το εύρος μήκους κύματος του κόκκινου φωτός είναι γενικά 620~680 nm, ενώ του μπλε φωτός το εύρος μήκους κύματος είναι από 400 έως 480 nm. Ωστόσο, το εύρος μήκους κύματος του κόκκινου και του μπλε φωτός δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλο, επειδή όχι μόνο σπαταλά φωτεινή ενέργεια, αλλά μπορεί επίσης να έχει άλλες επιπτώσεις.

Εάν ως πηγή φωτός του εργοστασίου χρησιμοποιείται ένα φως LED που αποτελείται από κόκκινα, κίτρινα και μπλε τσιπ, το μέγιστο μήκος κύματος του κόκκινου φωτός θα πρέπει να ρυθμιστεί στο μέγιστο μήκος κύματος της χλωροφύλλης a, δηλαδή στα 660 nm, το μέγιστο μήκος κύματος του μπλε φωτός θα πρέπει να ρυθμιστεί στο μέγιστο μήκος κύματος της χλωροφύλλης b, δηλαδή στα 450 nm.

Ο ρόλος του κίτρινου και του πράσινου φωτός

Είναι πιο κατάλληλο όταν η αναλογία κόκκινου, πράσινου και μπλε φωτός είναι R:G:B=6:1:3. Όσον αφορά τον προσδιορισμό του μήκους κύματος κορυφής του πράσινου φωτός, δεδομένου ότι παίζει κυρίως ρυθμιστικό ρόλο στη διαδικασία ανάπτυξης των φυτών, χρειάζεται να είναι μόνο μεταξύ 530 και 550 nm.

Περίληψη

Αυτό το άρθρο συζητά τη στρατηγική επιλογής της ποιότητας φωτός στα εργοστάσια τόσο από θεωρητική όσο και από πρακτική άποψη, συμπεριλαμβανομένης της επιλογής του εύρους μήκους κύματος του κόκκινου και του μπλε φωτός στην πηγή φωτός LED και του ρόλου και της αναλογίας του κίτρινου και του πράσινου φωτός. Κατά τη διαδικασία ανάπτυξης των φυτών, θα πρέπει επίσης να λαμβάνεται διεξοδικά υπόψη η λογική αντιστοίχιση μεταξύ των τριών παραγόντων: ένταση φωτός, ποιότητα φωτός και χρόνος φωτός, και η σχέση τους με τα θρεπτικά συστατικά, τη θερμοκρασία και την υγρασία, καθώς και τη συγκέντρωση CO2. Για την πραγματική παραγωγή, είτε σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε ένα φως LED ευρέος φάσματος είτε ένα συνδυαστικό φωτιστικό LED πολλαπλών τσιπ, η αναλογία των μηκών κύματος είναι η κύρια παράμετρος, επειδή εκτός από την ποιότητα του φωτός, άλλοι παράγοντες μπορούν να ρυθμιστούν σε πραγματικό χρόνο κατά τη λειτουργία. Επομένως, η πιο σημαντική παράμετρος στο στάδιο του σχεδιασμού των εργοστασίων θα πρέπει να είναι η επιλογή της ποιότητας του φωτός.

Συγγραφέας: Yong Xu

Πηγή άρθρου: Λογαριασμός Wechat της Τεχνολογίας Γεωργικής Μηχανικής (κηπουρική θερμοκηπίου)

Αναφορά: Yong Xu,Στρατηγική επιλογής ποιότητας φωτός σε εργοστάσια [J]. Τεχνολογία Γεωργικής Μηχανικής, 2022, 42(4): 22-25.