Autori: Yamin Li e Houcheng Liu, ecc., del College of Horticulture, South China Agriculture University

Fonte dell'articolo: Greenhouse Horticulture

Le tipologie di impianti orticoli includono principalmente serre in plastica, serre solari, serre a campata multipla e fabbriche di piante. Poiché gli edifici degli impianti bloccano in una certa misura le fonti di luce naturale, l'illuminazione interna è insufficiente, il che a sua volta riduce la resa e la qualità delle colture. Pertanto, la luce supplementare svolge un ruolo indispensabile per la produzione di colture di alta qualità e ad alto rendimento, ma è anche diventata un fattore determinante nell'aumento del consumo energetico e dei costi operativi dell'impianto.

Per lungo tempo, le fonti di luce artificiale utilizzate nel campo dell'orticoltura intensiva includono principalmente lampade al sodio ad alta pressione, lampade fluorescenti, lampade alogene metalliche, lampade a incandescenza, ecc. Gli svantaggi principali sono l'elevata produzione di calore, l'elevato consumo energetico e gli elevati costi operativi. Lo sviluppo della nuova generazione di diodi a emissione luminosa (LED) rende possibile l'utilizzo di sorgenti luminose artificiali a basso consumo energetico nel campo dell'orticoltura intensiva. I LED presentano i vantaggi di un'elevata efficienza di conversione fotoelettrica, alimentazione a corrente continua, volume ridotto, lunga durata, basso consumo energetico, lunghezza d'onda fissa, bassa radiazione termica e protezione ambientale. Rispetto alle lampade al sodio ad alta pressione e alle lampade fluorescenti comunemente utilizzate attualmente, i LED non solo possono regolare la quantità e la qualità della luce (la proporzione di diverse bande luminose) in base alle esigenze di crescita delle piante, ma possono anche irradiare le piante a distanza ravvicinata grazie alla loro luce fredda. In questo modo, è possibile migliorare il numero di strati di coltivazione e il tasso di utilizzo dello spazio, e realizzare funzioni di risparmio energetico, protezione ambientale ed efficienza dello spazio che non possono essere sostituite dalle sorgenti luminose tradizionali.

Grazie a questi vantaggi, i LED sono stati utilizzati con successo nell'illuminazione orticola, nella ricerca di base sugli ambienti controllabili, nella coltura di tessuti vegetali, nelle piantine di piante in fabbrica e negli ecosistemi aerospaziali. Negli ultimi anni, le prestazioni dell'illuminazione a LED per la coltivazione stanno migliorando, il prezzo sta diminuendo e tutti i tipi di prodotti con lunghezze d'onda specifiche vengono gradualmente sviluppati, quindi la sua applicazione nel campo dell'agricoltura e della biologia sarà più ampia.

Questo articolo riassume lo stato della ricerca sui LED nel campo dell'orticoltura in ambito industriale, si concentra sull'applicazione della luce supplementare a LED nelle basi della biologia della luce, sulle luci di crescita a LED sulla formazione della luce nelle piante, sulla qualità nutrizionale e sull'effetto del ritardo dell'invecchiamento, sulla costruzione e applicazione della formula luminosa e analizza e propone i problemi e le prospettive attuali della tecnologia della luce supplementare a LED.

Effetto della luce supplementare a LED sulla crescita delle colture orticole

Gli effetti regolatori della luce sulla crescita e lo sviluppo delle piante includono la germinazione dei semi, l'allungamento del fusto, lo sviluppo di foglie e radici, il fototropismo, la sintesi e la decomposizione della clorofilla e l'induzione della fioritura. Gli elementi che influenzano l'ambiente luminoso della struttura includono l'intensità luminosa, il ciclo luminoso e la distribuzione spettrale. Questi elementi possono essere regolati tramite l'integrazione di luce artificiale senza limitazioni dovute alle condizioni meteorologiche.

Attualmente, nelle piante sono presenti almeno tre tipi di fotorecettori: fitocromo (che assorbe la luce rossa e la luce rosso-lontana), criptocromo (che assorbe la luce blu e la luce ultravioletta vicina) e UV-A e UV-B. L'uso di sorgenti luminose a lunghezza d'onda specifica per irradiare le colture può migliorare l'efficienza fotosintetica delle piante, accelerare la morfogenesi luminosa e promuovere la crescita e lo sviluppo delle piante. La luce rosso-arancio (610 ~ 720 nm) e la luce blu-violetta (400 ~ 510 nm) sono state utilizzate nella fotosintesi delle piante. Utilizzando la tecnologia LED, la luce monocromatica (come la luce rossa con picco di 660 nm, la luce blu con picco di 450 nm, ecc.) può essere irradiata in linea con la banda di assorbimento più forte della clorofilla, con una larghezza del dominio spettrale di soli ± 20 nm.

Attualmente si ritiene che la luce rosso-arancio acceleri significativamente lo sviluppo delle piante, favorisca l'accumulo di sostanza secca, la formazione di bulbi, tuberi, bulbi fogliari e altri organi vegetali, faccia sì che le piante fioriscano e fruttifichino prima e svolga un ruolo fondamentale nell'esaltazione del colore delle piante; la luce blu e viola può controllare il fototropismo delle foglie delle piante, promuovere l'apertura degli stomi e il movimento dei cloroplasti, inibire l'allungamento dello stelo, prevenire l'allungamento delle piante, ritardare la fioritura delle piante e promuovere la crescita degli organi vegetativi; la combinazione di LED rossi e blu può compensare la luce insufficiente di un singolo colore dei due e formare un picco di assorbimento spettrale sostanzialmente coerente con la fotosintesi e la morfologia delle colture. Il tasso di utilizzo dell'energia luminosa può raggiungere l'80-90% e l'effetto di risparmio energetico è significativo.

L'uso di luci supplementari a LED nell'orticoltura intensiva può consentire un aumento significativo della produzione. Studi hanno dimostrato che il numero di frutti, la produzione totale e il peso di ciascun pomodorino sotto la luce supplementare di strisce e tubi LED da 300 μmol/(m²·s) per 12 ore (8:00-20:00) aumentano significativamente. La luce supplementare della striscia LED è aumentata rispettivamente del 42,67%, del 66,89% e del 16,97%, mentre la luce supplementare del tubo LED è aumentata rispettivamente del 48,91%, del 94,86% e del 30,86%. La luce supplementare a LED dell'apparecchio di illuminazione a LED per la coltivazione durante l'intero periodo di crescita [il rapporto tra luce rossa e blu è 3:2 e l'intensità luminosa è di 300 μmol/(m²·s)] può aumentare significativamente la qualità del singolo frutto e la resa per unità di superficie di chiehwa e melanzane. Il chikuquan è aumentato del 5,3% e del 15,6%, mentre le melanzane sono aumentate del 7,6% e del 7,8%. Grazie alla qualità della luce LED, alla sua intensità e alla durata dell'intero periodo di crescita, è possibile abbreviare il ciclo di crescita delle piante, migliorare la resa commerciale, la qualità nutrizionale e il valore morfologico dei prodotti agricoli e realizzare una produzione di colture orticole intelligenti, ad alta efficienza e a risparmio energetico.

Applicazione della luce supplementare a LED nella coltivazione di piantine di ortaggi

La regolazione della morfologia, della crescita e dello sviluppo delle piante mediante sorgenti luminose a LED è una tecnologia importante nel campo della coltivazione in serra. Le piante superiori possono percepire e ricevere segnali luminosi attraverso sistemi fotorecettoriali come il fitocromo, il criptocromo e il fotorecettore, e indurre cambiamenti morfologici attraverso messaggeri intracellulari per regolare tessuti e organi vegetali. La fotomorfogenesi implica che le piante si affidano alla luce per controllare la differenziazione cellulare, i cambiamenti strutturali e funzionali, nonché la formazione di tessuti e organi, influenzando in particolare la germinazione di alcuni semi, la promozione della dominanza apicale, l'inibizione della crescita delle gemme laterali, l'allungamento del fusto e il tropismo.

La coltivazione di piantine di ortaggi è una parte importante dell'agricoltura intensiva. Le piogge continue causano una luce insufficiente nell'impianto e le piantine tendono ad allungarsi, il che influisce sulla crescita degli ortaggi, sulla differenziazione delle gemme a fiore e sullo sviluppo dei frutti, influendo in ultima analisi sulla resa e sulla qualità. In produzione, alcuni regolatori della crescita delle piante, come gibberellina, auxina, paclobutrazolo e clormequat, vengono utilizzati per regolare la crescita delle piantine. Tuttavia, l'uso improprio di regolatori della crescita delle piante può facilmente inquinare l'ambiente in cui crescono gli ortaggi e gli impianti, con conseguenti effetti negativi sulla salute umana.

La luce supplementare a LED presenta numerosi vantaggi unici ed è un modo fattibile per utilizzare la luce supplementare a LED per far crescere le piantine. Nell'esperimento con luce supplementare a LED [25±5 μmol/(m²·s)] condotto in condizioni di scarsa illuminazione [0~35 μmol/(m²·s)], si è scoperto che la luce verde promuove l'allungamento e la crescita delle piantine di cetriolo. La luce rossa e la luce blu inibiscono la crescita delle piantine. Rispetto alla luce naturale debole, l'indice di crescita delle piantine forti integrate con luce rossa e blu è aumentato rispettivamente del 151,26% e del 237,98%. Rispetto alla qualità della luce monocromatica, l'indice di crescita delle piantine forti che contengono componenti rosse e blu sottoposte al trattamento con luce supplementare composta è aumentato del 304,46%.

L'aggiunta di luce rossa alle piantine di cetriolo può aumentare il numero di foglie vere, la superficie fogliare, l'altezza della pianta, il diametro del fusto, la qualità della sostanza secca e fresca, un forte indice di germinabilità, la vitalità delle radici, l'attività della SOD e il contenuto di proteine ​​solubili delle piantine di cetriolo. L'integrazione di UV-B può aumentare il contenuto di clorofilla a, clorofilla b e carotenoidi nelle foglie delle piantine di cetriolo. Rispetto alla luce naturale, l'integrazione di luce LED rossa e blu può aumentare significativamente la superficie fogliare, la qualità della sostanza secca e un forte indice di germinabilità nelle piantine di pomodoro. L'integrazione di luce LED rossa e verde aumenta significativamente l'altezza e lo spessore del fusto delle piantine di pomodoro. Il trattamento con luce LED verde può aumentare significativamente la biomassa delle piantine di cetriolo e pomodoro, e il peso fresco e secco delle piantine aumenta con l'aumento dell'intensità luminosa dell'integrazione di luce verde, mentre lo spessore del fusto e il forte indice di germinabilità delle piantine di pomodoro seguono tutti l'integrazione di luce verde. L'aumento di potenza aumenta. La combinazione di luce LED rossa e blu può aumentare lo spessore del fusto, l'area fogliare, il peso secco dell'intera pianta, il rapporto radice/germoglio e un elevato indice di germinazione delle piantine di melanzana. Rispetto alla luce bianca, la luce LED rossa può aumentare la biomassa delle piantine di cavolo e promuoverne l'allungamento e l'espansione fogliare. La luce LED blu favorisce la crescita densa, l'accumulo di sostanza secca e un elevato indice di germinazione delle piantine di cavolo, rendendole nane. I risultati sopra riportati mostrano che i vantaggi delle piantine di ortaggi coltivate con la tecnologia di regolazione della luce sono molto evidenti.

Effetto della luce supplementare a LED sulla qualità nutrizionale di frutta e verdura

Le proteine, gli zuccheri, gli acidi organici e le vitamine contenuti in frutta e verdura sono sostanze nutritive benefiche per la salute umana. La qualità della luce può influenzare il contenuto di VC nelle piante regolando l'attività della sintesi e della decomposizione degli enzimi VC, e può regolare il metabolismo proteico e l'accumulo di carboidrati nelle piante orticole. La luce rossa favorisce l'accumulo di carboidrati, il trattamento con luce blu è benefico per la formazione di proteine, mentre la combinazione di luce rossa e blu può migliorare la qualità nutrizionale delle piante significativamente più di quella della luce monocromatica.

L'aggiunta di luce LED rossa o blu può ridurre il contenuto di nitrati nella lattuga, l'aggiunta di luce LED blu o verde può favorire l'accumulo di zuccheri solubili nella lattuga e l'aggiunta di luce LED a infrarossi favorisce l'accumulo di VC nella lattuga. I risultati hanno mostrato che l'integrazione di luce blu potrebbe migliorare il contenuto di VC e il contenuto di proteine ​​solubili del pomodoro; la luce rossa e la luce combinata rosso-blu potrebbero favorire il contenuto di zuccheri e acidi del pomodoro, e il rapporto tra zuccheri e acidi era più alto con la luce combinata rosso-blu; la luce combinata rosso-blu potrebbe migliorare il contenuto di VC del cetriolo.

I fenoli, i flavonoidi, gli antociani e altre sostanze presenti nella frutta e nella verdura non solo influenzano in modo significativo il colore, il sapore e il valore commerciale di frutta e verdura, ma hanno anche un'attività antiossidante naturale e possono inibire o rimuovere efficacemente i radicali liberi nel corpo umano.

L'uso di luce blu a LED come integrazione alla luce può aumentare significativamente il contenuto di antociani nella buccia delle melanzane del 73,6%, mentre l'uso di luce rossa a LED e una combinazione di luce rossa e blu può aumentare il contenuto di flavonoidi e fenoli totali. La luce blu può favorire l'accumulo di licopene, flavonoidi e antociani nei pomodori. La combinazione di luce rossa e blu promuove in una certa misura la produzione di antociani, ma inibisce la sintesi dei flavonoidi. Rispetto al trattamento con luce bianca, il trattamento con luce rossa può aumentare significativamente il contenuto di antociani nei germogli di lattuga, ma il trattamento con luce blu presenta il contenuto di antociani più basso. Il contenuto di fenoli totali nella lattuga a foglia verde, viola e rossa era più elevato sotto il trattamento con luce bianca, luce combinata rosso-blu e luce blu, ma era il più basso sotto il trattamento con luce rossa. L'integrazione di luce ultravioletta a LED o luce arancione può aumentare il contenuto di composti fenolici nelle foglie di lattuga, mentre l'integrazione di luce verde può aumentare il contenuto di antociani. Pertanto, l'uso di luci di coltivazione a LED è un modo efficace per regolare la qualità nutrizionale di frutta e verdura nella coltivazione orticola in serra.

L'effetto della luce supplementare a LED sull'anti-invecchiamento delle piante

La degradazione della clorofilla, la rapida perdita di proteine ​​e l'idrolisi dell'RNA durante la senescenza delle piante si manifestano principalmente come senescenza fogliare. I cloroplasti sono molto sensibili ai cambiamenti dell'ambiente luminoso esterno, in particolare alla qualità della luce. La luce rossa, la luce blu e la luce combinata rosso-blu favoriscono la morfogenesi dei cloroplasti, la luce blu favorisce l'accumulo di granuli di amido nei cloroplasti e la luce rossa e la luce rosso-lontano hanno un effetto negativo sullo sviluppo dei cloroplasti. La combinazione di luce blu e luce rossa e blu può promuovere la sintesi di clorofilla nelle foglie delle piantine di cetriolo e la combinazione di luce rossa e blu può anche ritardare l'attenuazione del contenuto di clorofilla nelle foglie nella fase successiva. Questo effetto è più evidente con la diminuzione del rapporto luce rossa e l'aumento del rapporto luce blu. Il contenuto di clorofilla nelle foglie delle piantine di cetriolo sottoposte a trattamento con luce combinata LED rossa e blu era significativamente più alto rispetto a quello sottoposte a controllo con luce fluorescente e trattamenti con luce monocromatica rossa e blu. La luce blu a LED può aumentare significativamente il valore della clorofilla a/b nelle piantine di Wutacai e di aglio verde.

Durante la senescenza, si verificano variazioni nelle citochinine (CTK), nell'auxina (IAA), nel contenuto di acido abscissico (ABA) e in una varietà di cambiamenti nell'attività enzimatica. Il contenuto di ormoni vegetali è facilmente influenzato dall'ambiente luminoso. Diverse qualità di luce hanno diversi effetti regolatori sugli ormoni vegetali e le fasi iniziali del percorso di trasduzione del segnale luminoso coinvolgono le citochinine.

La CTK promuove l'espansione delle cellule fogliari, migliora la fotosintesi fogliare, inibendo al contempo le attività di ribonucleasi, desossiribonucleasi e proteasi, e ritarda la degradazione di acidi nucleici, proteine ​​e clorofilla, quindi può ritardare significativamente la senescenza fogliare. Esiste un'interazione tra la luce e la regolazione dello sviluppo mediata dalla CTK, e la luce può stimolare l'aumento dei livelli di citochinine endogene. Quando i tessuti vegetali sono in stato di senescenza, il loro contenuto di citochinine endogene diminuisce.

L'IAA è concentrato principalmente nelle aree in crescita vigorosa, mentre è presente in quantità molto ridotta nei tessuti o negli organi invecchiati. La luce viola può aumentare l'attività dell'enzima indolacetico ossidasi, mentre bassi livelli di IAA possono inibire l'allungamento e la crescita delle piante.

L'ABA si forma principalmente nei tessuti fogliari senescenti, nei frutti maturi, nei semi, negli steli, nelle radici e in altre parti. Il contenuto di ABA di cetrioli e cavoli esposti alla combinazione di luce rossa e blu è inferiore a quello della luce bianca e blu.

La perossidasi (POD), la superossido dismutasi (SOD), l'ascorbato perossidasi (APX) e la catalasi (CAT) sono enzimi protettivi più importanti e correlati alla luce nelle piante. Con l'invecchiamento delle piante, l'attività di questi enzimi diminuisce rapidamente.

Diverse qualità di luce hanno effetti significativi sulle attività enzimatiche antiossidanti delle piante. Dopo 9 giorni di trattamento con luce rossa, l'attività APX delle piantine di colza è aumentata significativamente e l'attività POD è diminuita. L'attività POD del pomodoro dopo 15 giorni di luce rossa e blu era superiore a quella della luce bianca rispettivamente del 20,9% e dell'11,7%. Dopo 20 giorni di trattamento con luce verde, l'attività POD del pomodoro era la più bassa, solo il 55,4% della luce bianca. L'integrazione di 4 ore di luce blu può aumentare significativamente il contenuto di proteine ​​solubili, POD, SOD, APX e le attività enzimatiche CAT nelle foglie di cetriolo allo stadio di piantina. Inoltre, le attività di SOD e APX diminuiscono gradualmente con il prolungamento della luce. L'attività di SOD e APX sotto luce blu e rossa diminuisce lentamente, ma è sempre superiore a quella della luce bianca. L'irradiazione con luce rossa ha ridotto significativamente l'attività della perossidasi e dell'IAA perossidasi nelle foglie di pomodoro e dell'IAA perossidasi nelle foglie di melanzana, ma ha causato un aumento significativo dell'attività della perossidasi nelle foglie di melanzana. Pertanto, l'adozione di una ragionevole strategia di illuminazione supplementare a LED può ritardare efficacemente la senescenza delle colture orticole in campo e migliorarne resa e qualità.

Costruzione e applicazione della formula della luce LED

La crescita e lo sviluppo delle piante sono significativamente influenzati dalla qualità della luce e dai suoi diversi rapporti di composizione. La formula della luce include principalmente diversi elementi come il rapporto di qualità della luce, l'intensità luminosa e il tempo di integrazione luminosa. Poiché piante diverse hanno esigenze luminose diverse e diverse fasi di crescita e sviluppo, è necessaria la migliore combinazione di qualità della luce, intensità luminosa e tempo di integrazione luminosa per le colture coltivate.

 ◆Rapporto dello spettro luminoso

Rispetto alla luce bianca e alla singola luce rossa e blu, la combinazione di luce LED rossa e blu offre un vantaggio complessivo sulla crescita e sullo sviluppo delle piantine di cetriolo e cavolo.

Quando il rapporto tra luce rossa e blu è 8:2, lo spessore del fusto della pianta, l'altezza della pianta, il peso secco della pianta, il peso fresco, l'indice di germinazione forte, ecc., aumentano significativamente, e ciò è vantaggioso anche per la formazione della matrice dei cloroplasti e della lamella basale e per la produzione di sostanze assimilabili.

L'uso di una combinazione di luce rossa, verde e blu per i germogli di soia rossa è benefico per l'accumulo di sostanza secca, e la luce verde può favorire l'accumulo di sostanza secca nei germogli di soia rossa. La crescita è più evidente quando il rapporto tra luce rossa, verde e blu è di 6:2:1. L'effetto di allungamento dell'ipocotile vegetale nelle piantine di germogli di soia rossa è stato migliore con un rapporto di luce rossa e blu di 8:1, mentre l'allungamento dell'ipocotile è stato ovviamente inibito con un rapporto di luce rossa e blu di 6:3, ma il contenuto di proteine ​​solubili è risultato più elevato.

Quando il rapporto tra luce rossa e blu è di 8:1 per le piantine di luffa, l'indice di crescita e il contenuto di zuccheri solubili delle piantine di luffa sono i più alti. Utilizzando una qualità di luce con un rapporto tra luce rossa e blu di 6:3, il contenuto di clorofilla a, il rapporto clorofilla a/b e il contenuto di proteine ​​solubili delle piantine di luffa sono i più alti.

Utilizzando un rapporto di 3:1 tra luce rossa e blu e sedano, si può promuovere efficacemente l'aumento dell'altezza della pianta di sedano, della lunghezza del picciolo, del numero di foglie, della qualità della sostanza secca, del contenuto di VC, del contenuto di proteine ​​solubili e del contenuto di zuccheri solubili. Nella coltivazione del pomodoro, l'aumento della proporzione di luce blu a LED favorisce la formazione di licopene, amminoacidi liberi e flavonoidi, mentre l'aumento della proporzione di luce rossa favorisce la formazione di acidi titolabili. Quando il rapporto tra luce rossa e blu e foglie di lattuga è di 8:1, si favorisce l'accumulo di carotenoidi, riducendo efficacemente il contenuto di nitrati e aumentando il contenuto di VC.

 ◆Intensità luminosa

Le piante che crescono in condizioni di luce debole sono più suscettibili alla fotoinibizione rispetto a quelle che crescono in condizioni di luce intensa. Il tasso fotosintetico netto delle piantine di pomodoro aumenta con l'aumento dell'intensità luminosa [50, 150, 200, 300, 450, 550 μmol/(m²·s)], mostrando una tendenza prima crescente e poi decrescente, fino a raggiungere il massimo a 300 μmol/(m²·s). L'altezza della pianta, l'area fogliare, il contenuto idrico e il contenuto di CV della lattuga sono aumentati significativamente con un trattamento di intensità luminosa di 150 μmol/(m²·s). Con un trattamento di intensità luminosa di 200 μmol/(m²·s), il peso fresco, il peso totale e il contenuto di aminoacidi liberi sono aumentati significativamente, mentre con un trattamento di intensità luminosa di 300 μmol/(m²·s), l'area fogliare, il contenuto idrico, la clorofilla a, la clorofilla a+b e i carotenoidi della lattuga sono diminuiti. Rispetto all'oscurità, con l'aumento dell'intensità luminosa della luce LED [3, 9, 15 μmol/(m²·s)], il contenuto di clorofilla a, clorofilla b e clorofilla a+b nei germogli di fagioli neri è aumentato significativamente. Il contenuto di VC è il più alto a 3 μmol/(m²·s) e il contenuto di proteine ​​solubili, zuccheri solubili e saccarosio è il più alto a 9 μmol/(m²·s). Alle stesse condizioni di temperatura, con l'aumento dell'intensità luminosa [(2~2,5) lx×103 lx, (4~4,5) lx×103 lx, (6~6,5) lx×103 lx], il tempo di germinazione delle piantine di peperone si è ridotto, il contenuto di zuccheri solubili è aumentato, ma il contenuto di clorofilla a e carotenoidi è gradualmente diminuito.

 ◆Tempo di luce

Prolungare opportunamente il tempo di esposizione alla luce può alleviare in una certa misura lo stress da scarsa illuminazione causato da un'intensità luminosa insufficiente, favorire l'accumulo di prodotti fotosintetici nelle colture orticole e ottenere l'effetto di aumentare la resa e migliorare la qualità. Il contenuto di VC dei germogli ha mostrato un andamento gradualmente crescente con il prolungamento del tempo di esposizione alla luce (0, 4, 8, 12, 16, 20 ore/giorno), mentre il contenuto di aminoacidi liberi, le attività di SOD e CAT hanno mostrato un andamento decrescente. Con il prolungamento del tempo di esposizione alla luce (12, 15, 18 ore), il peso fresco delle piante di cavolo cinese è aumentato significativamente. Il contenuto di VC nelle foglie e nei gambi del cavolo cinese era più alto rispettivamente a 15 e 12 ore. Il contenuto di proteine ​​solubili nelle foglie del cavolo cinese è diminuito gradualmente, ma i gambi erano più alti dopo 15 ore. Il contenuto di zuccheri solubili nelle foglie del cavolo cinese è aumentato gradualmente, mentre i gambi erano più alti a 12 ore. Quando il rapporto tra luce rossa e blu è 1:2, rispetto a 12 ore di luce, il trattamento con luce di 20 ore riduce il contenuto relativo di fenoli e flavonoidi totali nella lattuga a foglia verde, ma quando il rapporto tra luce rossa e blu è 2:1, il trattamento con luce di 20 ore ha aumentato significativamente il contenuto relativo di fenoli e flavonoidi totali nella lattuga a foglia verde.

Da quanto sopra, si può osservare che diverse formule di illuminazione hanno effetti diversi sulla fotosintesi, sulla fotomorfogenesi e sul metabolismo del carbonio e dell'azoto di diverse tipologie di colture. Per ottenere la migliore formula di illuminazione, la migliore configurazione delle sorgenti luminose e la formulazione di strategie di controllo intelligenti, è necessario partire dalle specie vegetali e apportare le opportune modifiche in base alle esigenze delle colture orticole, agli obiettivi di produzione, ai fattori di produzione, ecc., per raggiungere l'obiettivo di un controllo intelligente dell'ambiente luminoso e di colture orticole di alta qualità e ad alta resa in condizioni di risparmio energetico.

Problemi esistenti e prospettive

Il vantaggio significativo della luce di coltivazione a LED è la possibilità di effettuare regolazioni intelligenti in base allo spettro di domanda di caratteristiche fotosintetiche, morfologia, qualità e resa delle diverse piante. Diversi tipi di colture e diversi periodi di crescita della stessa coltura hanno tutti requisiti diversi in termini di qualità della luce, intensità luminosa e fotoperiodo. Ciò richiede un ulteriore sviluppo e miglioramento della ricerca sulle formule di luce per creare un enorme database di formule di luce. In combinazione con la ricerca e lo sviluppo di lampade professionali, è possibile sfruttare al massimo il valore delle luci supplementari a LED nelle applicazioni agricole, in modo da risparmiare energia, migliorare l'efficienza produttiva e ottenere vantaggi economici. L'applicazione della luce di coltivazione a LED nell'orticoltura ha mostrato una vigorosa vitalità, ma il prezzo delle apparecchiature o dei dispositivi di illuminazione a LED è relativamente elevato e l'investimento una tantum è elevato. I requisiti di luce supplementare di diverse colture in diverse condizioni ambientali non sono chiari, lo spettro di luce supplementare, l'intensità e la durata irragionevoli della luce di coltivazione causeranno inevitabilmente vari problemi nell'applicazione nel settore dell'illuminazione di coltivazione.

Tuttavia, con il progresso e il miglioramento della tecnologia e la riduzione dei costi di produzione delle luci di coltivazione a LED, l'illuminazione supplementare a LED sarà sempre più ampiamente utilizzata nell'orticoltura intensiva. Allo stesso tempo, lo sviluppo e il progresso della tecnologia di illuminazione supplementare a LED e la combinazione di nuove fonti energetiche consentiranno il rapido sviluppo dell'agricoltura intensiva, dell'agricoltura familiare, dell'agricoltura urbana e dell'agricoltura spaziale, per soddisfare la domanda di colture orticole in ambienti specifici.