[Abstract] Basandosi su un ampio numero di dati sperimentali, questo articolo discute diverse questioni importanti nella selezione della qualità della luce negli impianti produttivi, tra cui la selezione delle sorgenti luminose, gli effetti della luce rossa, blu e gialla e la selezione degli intervalli spettrali, al fine di fornire approfondimenti sulla qualità della luce negli impianti produttivi. La determinazione della strategia di abbinamento fornisce alcune soluzioni pratiche che possono essere utilizzate come riferimento.
Selezione della sorgente luminosa

Gli impianti industriali utilizzano generalmente luci a LED. Questo perché le luci a LED presentano le caratteristiche di elevata efficienza luminosa, basso consumo energetico, minore generazione di calore, lunga durata e intensità luminosa e spettro regolabili, che non solo soddisfano i requisiti di crescita delle piante e di un efficace accumulo di materiale, ma consentono anche di risparmiare energia, ridurre la generazione di calore e i costi dell'elettricità. Le luci a LED per la coltivazione possono essere ulteriormente suddivise in luci a LED ad ampio spettro a chip singolo per uso generale, luci a LED ad ampio spettro a chip singolo specifiche per le piante e luci a LED combinate multi-chip a spettro regolabile. Il prezzo di queste ultime due tipologie di luci a LED specifiche per le piante è generalmente oltre 5 volte superiore a quello delle normali luci a LED, quindi è necessario selezionare diverse sorgenti luminose in base alle diverse esigenze. Per gli impianti industriali di grandi dimensioni, le tipologie di piante coltivate cambiano in base alla domanda del mercato. Al fine di ridurre i costi di costruzione e non influire in modo significativo sull'efficienza produttiva, l'autore raccomanda di utilizzare chip LED ad ampio spettro per l'illuminazione generale come fonte di illuminazione. Per le fabbriche di piccole dimensioni, se le tipologie di impianti sono relativamente fisse, al fine di ottenere un'elevata efficienza e qualità produttiva senza aumentare significativamente i costi di costruzione, è possibile utilizzare come fonte di illuminazione chip LED ad ampio spettro per l'illuminazione specifica di un impianto o generale. Per studiare l'effetto della luce sulla crescita delle piante e sull'accumulo di sostanze efficaci, al fine di fornire la migliore formula di illuminazione per la produzione su larga scala in futuro, è possibile utilizzare una combinazione multi-chip di luci LED a spettro regolabile per modificare fattori come l'intensità luminosa, lo spettro e il tempo di illuminazione, al fine di ottenere la migliore formula di illuminazione per ogni impianto, 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 (inclusa l'altezza della parte aerea, l'area fogliare massima, il peso fresco e il peso secco, ecc.) era maggiore, ma il diametro del fusto e l'indice di germinabilità delle piante erano maggiori quando il contenuto di luce blu era superiore a quello di luce rossa. Per gli indicatori biochimici, un contenuto di luce rossa superiore a quello di luce blu è generalmente benefico per l'aumento del contenuto di zuccheri solubili nelle piante. Tuttavia, per l'accumulo di CV, proteine ​​solubili, clorofilla e carotenoidi nelle piante, è più vantaggioso utilizzare un'illuminazione a LED con un contenuto di luce blu più elevato rispetto a quello di luce rossa, e anche il contenuto di malondialdeide è relativamente basso in queste condizioni di illuminazione.

Poiché la fabbrica di piante è utilizzata principalmente per la coltivazione di ortaggi a foglia o per la coltivazione industriale di piantine, dai risultati sopra riportati si può concludere che, con la premessa di aumentare la resa e tenendo conto della qualità, è opportuno utilizzare chip LED con un contenuto di luce rossa maggiore rispetto a quello di luce blu come sorgente luminosa. Un rapporto migliore è R:B = 7:3. Inoltre, tale rapporto tra luce rossa e blu è sostanzialmente applicabile a tutti i tipi di ortaggi a foglia o piantine, e non ci sono 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 osservare che sia la clorofilla a che la clorofilla b presentano due picchi di assorbimento, uno nella regione della luce blu e l'altro nella regione della luce rossa. Tuttavia, 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 cambiano a seconda della pianta, quindi la selezione delle lunghezze d'onda rosse e blu nella sorgente luminosa non cambierà a seconda della specie vegetale.

Spettri di assorbimento della clorofilla a e della clorofilla b

Come sorgente luminosa per l'impianto di produzione, è possibile utilizzare una normale illuminazione a LED ad ampio spettro, purché la luce rossa e blu coprano le due lunghezze d'onda di picco della clorofilla a e della clorofilla b, ovvero l'intervallo di lunghezza d'onda della luce rossa è generalmente compreso tra 620 e 680 nm, mentre quello della luce blu tra 400 e 480 nm. Tuttavia, l'intervallo di lunghezza d'onda della luce rossa e blu non dovrebbe essere troppo ampio, perché non solo spreca energia luminosa, ma può anche avere altri effetti.

Se come sorgente luminosa dell'impianto si utilizza una luce LED composta da chip rossi, gialli e blu, la lunghezza d'onda massima della luce rossa deve essere impostata sulla lunghezza d'onda massima della clorofilla a, ovvero a 660 nm, mentre la lunghezza d'onda massima della luce blu deve essere impostata sulla lunghezza d'onda massima della clorofilla b, ovvero 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 negli impianti produttivi, sia da un punto di vista teorico che pratico, 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, è necessario considerare attentamente anche la ragionevole corrispondenza tra i tre fattori: intensità luminosa, qualità della luce e tempo di illuminazione, e la loro relazione con nutrienti, temperatura, umidità e concentrazione di CO2. Per la produzione effettiva, che si preveda di utilizzare una luce LED ad ampio spettro o una combinazione multi-chip con spettro sintonizzabile, il rapporto tra le 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 degli impianti produttivi dovrebbe essere la selezione della qualità della luce.

Autore: Yong Xu

Fonte dell'articolo: account Wechat di Agricultural Engineering Technology (orticoltura in serra)

Riferimento: Yong Xu,Strategia di selezione della qualità della luce nelle fabbriche vegetali [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022, 42(4): 22-25.