[Kokkuvõte]Suure hulga eksperimentaalsete andmete põhjal käsitleb see artikkel mitmeid olulisi küsimusi tehasetehaste valguse kvaliteedi valikul, sealhulgas valgusallikate valikut, punase, sinise ja kollase valguse mõju ning spektraalvahemike valikut, et anda ülevaade tehasetehaste valguse kvaliteedist. Sobivusstrateegia määramine pakub mõningaid praktilisi lahendusi, mida saab võrdluseks kasutada.
Valgusallika valik

Taimetehased kasutavad üldiselt LED-valgusteid. Selle põhjuseks on LED-valgustite kõrge valgusviljakus, madal energiatarve, väiksem soojuseraldus, pikk eluiga ning reguleeritav valgustugevus ja -spekter, mis mitte ainult ei vasta taimede kasvu ja materjali tõhusa kogumise nõuetele, vaid ka säästab energiat, vähendab soojuseraldust ja elektrikulusid. LED-kasvuvalgustid saab jagada üldotstarbelisteks ühekiibilisteks laia spektriga LED-valgustiteks, ühekiibilisteks taimespetsiifilisteks laia spektriga LED-valgustiteks ja mitmekiibilisteks kombineeritud reguleeritava spektriga LED-valgustiteks. Kahe viimase taimespetsiifilise LED-valgusti hind on üldiselt enam kui viis korda kõrgem kui tavalistel LED-valgustitel, seega tuleks vastavalt erinevatele eesmärkidele valida erinevad valgusallikad. Suurte tehasetehaste puhul muutuvad kasvatatavate taimede tüübid vastavalt turu nõudlusele. Ehituskulude vähendamiseks ja tootmistõhususe olulise mõjutamise vältimiseks soovitab autor valgusallikana kasutada üldvalgustuseks mõeldud laia spektriga LED-kiipe. Väikeste tehasetehaste puhul, kui taimede tüübid on suhteliselt fikseeritud, saab kõrge tootmistõhususe ja kvaliteedi saavutamiseks ilma ehituskulusid oluliselt suurendamata valgusallikana kasutada taimespetsiifiliseks või üldvalgustuseks mõeldud laia spektriga LED-kiipe. Kui soovitakse uurida valguse mõju taimede kasvule ja toimeainete akumuleerumisele, et pakkuda tulevikus parimat valgusvalemit suurtootmiseks, saab reguleeritava spektriga LED-tulede mitmekiibilist kombinatsiooni kasutada selliste tegurite muutmiseks nagu valguse intensiivsus, spekter ja valgusaeg, et saada iga taime jaoks parim valgusvalem, luues seeläbi aluse suurtootmiseks.

Punane ja sinine valgus

Mis puutub konkreetsetesse eksperimentaalsetesse tulemustesse, siis kui punase valguse (R) sisaldus oli suurem kui sinise valguse (B) sisaldus (salati puhul R:B = 6:2 ja 7:3; spinati puhul R:B = 4:1; kõrvitsaseemnete puhul R:B = 7:3; kurgiseemnete puhul R:B = 7:3), näitas katse, et biomassi sisaldus (sh taime maapealse osa kõrgus, maksimaalne lehepindala, värske kaal ja kuivkaal jne) oli suurem, kuid taimede varre läbimõõt ja tugev seemikuindeks olid suuremad, kui sinise valguse sisaldus oli suurem kui punase valguse sisaldus. Biokeemiliste näitajate osas on punasest valgusest suurem punase valguse sisaldus üldiselt kasulik lahustuva suhkru sisalduse suurendamiseks taimedes. Taimedes VC, lahustuva valgu, klorofülli ja karotenoidide akumuleerumiseks on aga soodsam kasutada LED-valgustust, mille sinise valguse sisaldus oli suurem kui punase valguse sisaldus, ning malondialdehüüdi sisaldus on sellises valgustingimuses samuti suhteliselt madal.

Kuna taimetehast kasutatakse peamiselt lehtköögiviljade kasvatamiseks või tööstuslikuks seemikute kasvatamiseks, võib ülaltoodud tulemustest järeldada, et saagikuse suurendamise ja kvaliteedi arvestamise eeldusel on sobiv valgusallikana kasutada LED-kiipe, mille punase valguse sisaldus on suurem kui sinise valguse sisaldus. Parem suhe on R:B = 7:3. Lisaks on selline punase ja sinise valguse suhe põhimõtteliselt kohaldatav igat tüüpi lehtköögiviljade või seemikute puhul ning erinevate taimede jaoks pole erinõudeid.

Punase ja sinise lainepikkuse valik

Fotosünteesi käigus neeldub valgusenergia peamiselt klorofüll a ja klorofüll b kaudu. Allolev joonis näitab klorofüll a ja klorofüll b neeldumisspektreid, kus roheline spektraaljoon on klorofüll a neeldumisspekter ja sinine spektraaljoon on klorofüll b neeldumisspekter. Jooniselt on näha, et nii klorofüll a-l kui ka klorofüll b-l on kaks neeldumispiiki, üks sinise valguse piirkonnas ja teine ​​punase valguse piirkonnas. Kuid klorofüll a ja klorofüll b kaks neeldumispiiki on veidi erinevad. Täpsemalt öeldes on klorofüll a kaks lainepikkuse piiki vastavalt 430 nm ja 662 nm ning klorofüll b kaks lainepikkuse piiki vastavalt 453 nm ja 642 nm. Need neli lainepikkuse väärtust ei muutu erinevate taimede puhul, seega ei muutu ka punase ja sinise lainepikkuse valik valgusallikas erinevate taimeliikide puhul.

Klorofülli a ja klorofülli b neeldumisspektrid

Tehase valgusallikana saab kasutada tavalist laia spektriga LED-valgustust, kui punane ja sinine valgus katavad klorofüll a ja klorofüll b kahte lainepikkuse tippu, st punase valguse lainepikkuste vahemik on üldiselt 620–680 nm ja sinise valguse lainepikkuste vahemik on 400–480 nm. Punase ja sinise valguse lainepikkuste vahemik ei tohiks aga olla liiga lai, sest see mitte ainult ei raiska valgusenergiat, vaid võib avaldada ka muid mõjusid.

Kui tehase valgusallikana kasutatakse punastest, kollastest ja sinistest kiipidest koosnevat LED-valgust, tuleks punase valguse tipplainepikkuseks seada klorofüll a tipplainepikkus, st 660 nm, ja sinise valguse tipplainepikkuseks klorofüll b tipplainepikkus, st 450 nm.

Kollase ja rohelise valguse roll

Punase, rohelise ja sinise valguse suhe on R:G:B = 6:1:3, mis puutub rohelise valguse lainepikkuse tippu, siis kuna see mängib peamiselt regulatiivset rolli taimede kasvu protsessis, peab see olema ainult vahemikus 530–550 nm.

Kokkuvõte

See artikkel käsitleb taimetehaste valguse kvaliteedi valikustrateegiat nii teoreetilisest kui ka praktilisest aspektist, sealhulgas punase ja sinise valguse lainepikkuste vahemiku valikut LED-valgusallikas ning kollase ja rohelise valguse rolli ja suhet. Taimekasvuprotsessis tuleks põhjalikult kaaluda ka kolme teguri – valguse intensiivsuse, valguse kvaliteedi ja valgusaja – mõistlikku sobivust ning nende seost toitainete, temperatuuri ja niiskuse ning CO2 kontsentratsiooniga. Tegeliku tootmise puhul, olenemata sellest, kas plaanitakse kasutada laia spektriga või mitme kiibiga kombineeritud häälestatava spektriga LED-valgustit, on lainepikkuste suhe esmatähtis, sest lisaks valguse kvaliteedile saab töötamise ajal reaalajas reguleerida ka teisi tegureid. Seetõttu peaks taimetehaste projekteerimisetapis kõige olulisem kaalutlus olema valguse kvaliteedi valik.

Autor: Yong Xu

Artikli allikas: Wechati põllumajandustehnika konto (kasvuhooneaiandus)

Viide: Yong Xu,Valguskvaliteedi valiku strateegia taimetehastes [J]. Põllumajandustehnika, 2022, 42(4): 22-25.