[Аннотация] На основе большого объема экспериментальных данных в данной статье рассматриваются несколько важных вопросов выбора качества освещения в теплицах, включая выбор источников света, влияние красного, синего и желтого света, а также выбор спектральных диапазонов, с целью предоставления информации о качестве освещения в теплицах. Определение стратегии подбора освещения предлагает некоторые практические решения, которые могут быть использованы в качестве参考.
Выбор источника света

В растениеводческих хозяйствах обычно используются светодиодные светильники. Это объясняется тем, что светодиоды обладают такими характеристиками, как высокая светоотдача, низкое энергопотребление, меньшее тепловыделение, длительный срок службы и регулируемая интенсивность и спектр света, что позволяет не только обеспечить рост растений и эффективное накопление питательных веществ, но и экономить энергию, снижать тепловыделение и затраты на электроэнергию. Светодиодные светильники для выращивания растений можно разделить на одночиповые широкоспектральные светодиодные светильники общего назначения, одночиповые широкоспектральные светодиодные светильники для конкретных растений и многочиповые комбинированные светодиодные светильники с регулируемым спектром. Цена последних двух типов широкоспектральных светодиодных светильников, как правило, более чем в 5 раз выше, чем у обычных светодиодных светильников, поэтому выбор источников света должен зависеть от целей. В крупных растениеводческих хозяйствах виды выращиваемых растений меняются в зависимости от рыночного спроса. Чтобы снизить затраты на строительство и не оказать существенного влияния на эффективность производства, автор рекомендует использовать широкоспектральные светодиодные чипы общего назначения в качестве источника освещения. Для небольших фабрик по выращиванию растений, если виды растений относительно фиксированы, с целью достижения высокой эффективности и качества производства без значительного увеличения затрат на строительство, в качестве источника света можно использовать светодиодные чипы широкого спектра для освещения конкретных растений или общего освещения. Если же необходимо изучить влияние света на рост растений и накопление эффективных веществ, чтобы в будущем разработать оптимальную схему освещения для крупномасштабного производства, можно использовать многочиповую комбинацию светодиодных светильников с регулируемым спектром, изменяя такие параметры, как интенсивность света, спектр и время освещения, чтобы получить оптимальную схему освещения для каждого растения и тем самым заложить основу для крупномасштабного производства.

Красный и синий свет

Что касается конкретных экспериментальных результатов, то при более высоком содержании красного света (R) по сравнению с синим светом (B) (салат R:B = 6:2 и 7:3; шпинат R:B = 4:1; рассада тыквы R:B = 7:3; рассада огурца R:B = 7:3) эксперимент показал, что содержание биомассы (включая высоту надземной части растения, максимальную площадь листьев, свежую и сухую массу и т. д.) было выше, но диаметр стебля и индекс прочности рассады были больше, когда содержание синего света было выше, чем красного. Что касается биохимических показателей, то более высокое содержание красного света по сравнению с синим, как правило, способствует увеличению содержания растворимых сахаров в растениях. Однако для накопления витамина С, растворимого белка, хлорофилла и каротиноидов в растениях более выгодно использовать светодиодное освещение с более высоким содержанием синего света, чем красного, и содержание малонового диальдегида также относительно низкое при таких условиях освещения.

Поскольку установка для выращивания растений в основном используется для выращивания листовых овощей или для промышленного выращивания рассады, из приведенных выше результатов можно сделать вывод, что при условии повышения урожайности и с учетом качества целесообразно использовать в качестве источника света светодиодные чипы с более высоким содержанием красного света, чем синего. Лучшее соотношение – R:B = 7:3. Более того, такое соотношение красного и синего света в основном применимо ко всем видам листовых овощей или рассады, и нет никаких специфических требований к различным растениям.

Выбор длины волны красного и синего цвета

В процессе фотосинтеза световая энергия поглощается в основном хлорофиллом а и хлорофиллом b. На рисунке ниже показаны спектры поглощения хлорофилла а и хлорофилла b, где зеленая спектральная линия — это спектр поглощения хлорофилла а, а синяя спектральная линия — это спектр поглощения хлорофилла b. Из рисунка видно, что оба хлорофилла а и хлорофилла b имеют два пика поглощения: один в синей области спектра, а другой в красной области. Однако эти два пика поглощения хлорофилла а и хлорофилла b немного различаются. Точнее, две пиковые длины волн хлорофилла а составляют 430 нм и 662 нм соответственно, а две пиковые длины волн хлорофилла b — 453 нм и 642 нм соответственно. Эти четыре значения длин волн не меняются у разных растений, поэтому выбор красных и синих длин волн в источнике света не будет меняться в зависимости от вида растения.

Спектры поглощения хлорофилла а и хлорофилла b

В качестве источника света для озеленения можно использовать обычные светодиодные светильники с широким спектром излучения, при условии, что красный и синий свет охватывают две пиковые длины волн хлорофилла а и хлорофилла b, то есть диапазон длин волн красного света обычно составляет 620–680 нм, а синего — от 400 до 480 нм. Однако диапазон длин волн красного и синего света не должен быть слишком широким, поскольку это не только приводит к потере световой энергии, но и может иметь другие негативные последствия.

Если в качестве источника света для озеленения используется светодиодный светильник, состоящий из красных, желтых и синих чипов, то пиковая длина волны красного света должна быть установлена ​​на пиковую длину волны хлорофилла а, то есть на 660 нм, а пиковая длина волны синего света должна быть установлена ​​на пиковую длину волны хлорофилла b, то есть на 450 нм.

Роль желтого и зеленого света

Более подходящим является соотношение красного, зеленого и синего света R:G:B=6:1:3. Что касается определения пиковой длины волны зеленого света, поскольку он в основном играет регулирующую роль в процессе роста растений, то ее достаточно определить в диапазоне от 530 до 550 нм.

Краткое содержание

В данной статье рассматривается стратегия выбора качества освещения в растениеводческих хозяйствах как с теоретической, так и с практической точки зрения, включая выбор диапазона длин волн красного и синего света в светодиодном источнике света, а также роль и соотношение желтого и зеленого света. В процессе роста растений необходимо всесторонне учитывать разумное соответствие трех факторов: интенсивности света, качества света и продолжительности освещения, а также их взаимосвязь с питательными веществами, температурой, влажностью и концентрацией CO2. В практическом производстве, независимо от того, планируется ли использование широкоспектрального или многочипового комбинированного светодиодного освещения с регулируемым спектром, соотношение длин волн является первостепенным фактором, поскольку помимо качества света, другие факторы могут регулироваться в режиме реального времени во время работы. Поэтому наиболее важным аспектом на этапе проектирования растениеводческих хозяйств должен быть выбор качества освещения.

Автор: Юн Сюй

Источник статьи: аккаунт WeChat, посвященный сельскохозяйственным технологиям (тепличное садоводство).

Ссылка: Юн Сюй,Стратегия выбора качества света в растительных заводах [J]. Технология сельскохозяйственной инженерии, 2022, 42(4): 22-25.