[Abstract]Sulla base di un gran numero di dati sperimentali, questo articolo discute diverse questioni importanti nella selezione della qualità della luce nelle fabbriche di impianti, inclusa la selezione delle sorgenti luminose, gli effetti della luce rossa, blu e gialla e la selezione dello spettro gamme, al fine di fornire informazioni sulla qualità della luce nelle fabbriche di impianti. La determinazione della strategia di abbinamento fornisce alcune soluzioni pratiche che possono essere utilizzate come riferimento.
Selezione della sorgente luminosa

Le fabbriche di impianti utilizzano generalmente luci a LED. Questo perché le luci a LED hanno le caratteristiche di elevata efficienza luminosa, basso consumo energetico, minore generazione di calore, lunga durata e intensità e spettro della luce regolabili, che possono non solo soddisfare i requisiti di crescita delle piante e un efficace accumulo di materiale, ma anche risparmiare energia, ridurre la produzione di calore e i costi dell’elettricità. Le luci di coltivazione a LED possono essere ulteriormente suddivise in luci LED ad ampio spettro a chip singolo per uso generale, luci LED ad ampio spettro specifiche per impianti a chip singolo e luci LED a spettro regolabile combinate multi-chip. Il prezzo di questi ultimi due tipi di luci LED specifiche per l'impianto è generalmente più di 5 volte quello delle normali luci LED, quindi è necessario selezionare sorgenti luminose diverse in base agli scopi diversi. Per le grandi fabbriche di piante, i tipi di piante che coltivano cambiano con la domanda del mercato. Al fine di ridurre i costi di costruzione e non incidere in modo significativo sull'efficienza produttiva, l'autore consiglia di utilizzare come sorgente luminosa chip LED ad ampio spettro per l'illuminazione generale. Per le piccole fabbriche di impianti, se le tipologie di impianti sono relativamente fisse, al fine di ottenere elevata efficienza e qualità produttiva senza aumentare significativamente i costi di costruzione, come sorgente luminosa possono essere utilizzati chip LED ad ampio spettro per illuminazione specifica dell'impianto o generale. Se si vuole studiare l'effetto della luce sulla crescita delle piante e sull'accumulo di sostanze efficaci, in modo da fornire la migliore formula di luce per la produzione su larga scala in futuro, è possibile utilizzare una combinazione multi-chip di luci LED a spettro regolabile per cambiare fattori quali intensità della luce, spettro e tempo di luce per ottenere la migliore formula di luce per ciascuna pianta, fornendo così la base per la produzione su larga scala.

La luce rossa e blu

Per quanto riguarda i risultati sperimentali specifici, quando il contenuto di luce rossa (R) è superiore a quello di luce blu (B) (lattuga R:B = 6:2 e 7:3; spinaci R:B = 4: 1; piantine di zucca R:B = 7:3; piantine di cetriolo R:B = 7:3), l'esperimento ha mostrato che il contenuto di biomassa (compresa l'altezza della pianta della parte aerea, l'area fogliare massima, il peso fresco e il peso secco , ecc.) erano più alti, ma il diametro dello stelo e l'indice di forte semenzale delle piante erano maggiori quando il contenuto di luce blu era superiore a quello della luce rossa. Per gli indicatori biochimici, il contenuto di luce rossa superiore a quello di luce blu è generalmente benefico per l’aumento del contenuto di zucchero solubile nelle piante. Tuttavia, per l'accumulo di VC, proteine ​​solubili, clorofilla e carotenoidi nelle piante, è più vantaggioso utilizzare l'illuminazione a LED con un contenuto di luce blu più elevato rispetto alla luce rossa e anche il contenuto di malondialdeide è relativamente basso in queste condizioni di illuminazione.

Poiché l'impianto viene utilizzato principalmente per la coltivazione di ortaggi in foglia o per l'allevamento industriale di piantine, dai risultati di cui sopra si può concludere che, con la premessa di aumentare la resa e tenendo conto della qualità, è opportuno utilizzare chip LED con un rosso più alto contenuto di luce rispetto alla luce blu come sorgente luminosa. Un rapporto migliore è R:B = 7:3. Inoltre, questo rapporto tra luce rossa e blu è sostanzialmente applicabile a tutti i tipi di verdure in foglia o piantine e non esistono requisiti specifici per le diverse piante.

Selezione della lunghezza d'onda rossa e blu

Durante la fotosintesi, l'energia luminosa viene assorbita principalmente attraverso la clorofilla a e la clorofilla b. La figura seguente mostra gli spettri di assorbimento della clorofilla a e della clorofilla b, dove la linea spettrale verde è lo spettro di assorbimento della clorofilla a e la linea spettrale blu è lo spettro di assorbimento della clorofilla b. Dalla figura si può vedere che sia la clorofilla a che la clorofilla b hanno due picchi di assorbimento, uno nella regione della luce blu e l'altro nella regione della luce rossa. Ma i due picchi di assorbimento della clorofilla a e della clorofilla b sono leggermente diversi. Per essere precisi, le due lunghezze d'onda di picco della clorofilla a sono rispettivamente 430 nm e 662 nm, e le due lunghezze d'onda di picco della clorofilla b sono rispettivamente 453 nm e 642 nm. Questi quattro valori di lunghezza d'onda non cambieranno con piante diverse, quindi la selezione delle lunghezze d'onda rossa e blu nella sorgente luminosa non cambierà con specie di piante diverse.

Spettri di assorbimento della clorofilla a e della clorofilla b

Una normale illuminazione a LED ad ampio spettro può essere utilizzata come sorgente luminosa della fabbrica di piante, purché la luce rossa e blu possa coprire le due lunghezze d'onda di picco della clorofilla a e della clorofilla b, cioè l'intervallo di lunghezze d'onda della luce rossa è generalmente 620~680 nm, mentre la luce blu ha una gamma di lunghezze d'onda compresa tra 400 e 480 nm. Tuttavia, la gamma di lunghezze d’onda della luce rossa e blu non dovrebbe essere troppo ampia perché non solo spreca energia luminosa, ma potrebbe anche avere altri impatti.

Se come sorgente luminosa dell'impianto viene utilizzata una luce LED composta da chip rossi, gialli e blu, la lunghezza d'onda di picco della luce rossa dovrebbe essere impostata sulla lunghezza d'onda di picco della clorofilla a, cioè a 660 nm, la lunghezza d'onda di picco della luce blu dovrebbe essere impostata sulla lunghezza d'onda di picco della clorofilla b, cioè a 450 nm.

Il ruolo della luce gialla e verde

È più appropriato quando il rapporto tra luce rossa, verde e blu è R:G:B=6:1:3. Per quanto riguarda la determinazione della lunghezza d'onda di picco della luce verde, poiché svolge principalmente un ruolo regolatore nel processo di crescita delle piante, è sufficiente che sia compresa tra 530 e 550 nm.

Riepilogo

Questo articolo discute la strategia di selezione della qualità della luce nelle fabbriche vegetali da aspetti sia teorici che pratici, inclusa la selezione dell'intervallo di lunghezze d'onda della luce rossa e blu nella sorgente luminosa a LED e il ruolo e il rapporto tra luce gialla e verde. Nel processo di crescita delle piante, dovrebbe essere considerata in modo globale anche la ragionevole corrispondenza tra i tre fattori di intensità della luce, qualità della luce e durata della luce, nonché la loro relazione con i nutrienti, la temperatura, l’umidità e la concentrazione di CO2. Per la produzione effettiva, sia che si preveda di utilizzare una luce LED a spettro sintonizzabile ad ampio spettro o una combinazione multi-chip, il rapporto delle lunghezze d'onda è la considerazione principale, poiché oltre alla qualità della luce, altri fattori possono essere regolati in tempo reale durante il funzionamento. Pertanto, la considerazione più importante nella fase di progettazione delle fabbriche di impianti dovrebbe essere la scelta della qualità della luce.

Autore: Yong Xu

Fonte dell'articolo: account Wechat della tecnologia di ingegneria agricola (orticoltura in serra)

Riferimento: Yong Xu,Strategia di selezione della qualità della luce nelle fabbriche di piante [J]. Tecnologia di ingegneria agricola, 2022, 42(4): 22-25.