منبع مقاله: مجله تحقیقات مکانیزاسیون کشاورزی؛

نویسنده: Yingying Shan، Xinmin Shan، Song Gu.

هندوانه، به عنوان یک محصول اقتصادی معمول، تقاضای زیادی در بازار دارد و به کیفیت بالایی نیاز دارد، اما کشت نشا آن برای خربزه و بادمجان دشوار است. دلیل اصلی این است که: هندوانه یک محصول نوردوست است. اگر پس از شکستن نشا هندوانه نور کافی وجود نداشته باشد، بیش از حد رشد می‌کند و نشاهای بلند ایجاد می‌کند که به طور جدی بر کیفیت نشاها و رشد بعدی تأثیر می‌گذارد. زمان کاشت هندوانه بین دسامبر همان سال و فوریه سال بعد اتفاق می‌افتد که فصلی با کمترین دما، ضعیف‌ترین نور و جدی‌ترین بیماری است. به خصوص در جنوب چین، بسیار رایج است که در اوایل بهار به مدت 10 روز تا نیمی از ماه آفتاب وجود ندارد. اگر هوای ابری و برفی مداوم وجود داشته باشد، حتی باعث مرگ تعداد زیادی نشا می‌شود که ضرر اقتصادی زیادی به کشاورزان وارد می‌کند.

چگونگی استفاده از منبع نور مصنوعی، مثلاً نور لامپ‌های رشد LED، برای اعمال «کود سبک» به محصولات کشاورزی از جمله نهال هندوانه در شرایط کمبود نور خورشید، به منظور دستیابی به هدف افزایش عملکرد، راندمان بالا، کیفیت بالا، مقاومت در برابر بیماری و عاری از آلودگی بودن در عین حال افزایش رشد و توسعه محصولات، سال‌هاست که جهت‌گیری اصلی تحقیقات دانشمندان تولید کشاورزی بوده است.

در سال‌های اخیر، تحقیقات بیشتر نشان داده است که نسبت‌های مختلف نور قرمز و آبی نیز تأثیر قابل توجهی بر رشد نهال‌های گیاه دارند. به عنوان مثال، محقق تانگ داوی و دیگران دریافتند که R/b = 7:3 بهترین نسبت نور قرمز و آبی برای رشد نهال خیار است؛ محقق گائو یی و دیگران در مقاله خود اشاره کردند که منبع نور ترکیبی R/b = 8:1 مناسب‌ترین پیکربندی نور مکمل برای رشد نهال لوفا است.

پیش از این، برخی افراد سعی می‌کردند از منابع نور مصنوعی مانند لامپ‌های فلورسنت و لامپ‌های سدیم برای انجام آزمایش‌های نهال استفاده کنند، اما نتیجه خوبی حاصل نشد. از دهه 1990، تحقیقاتی در مورد کشت نهال با استفاده از چراغ‌های رشد LED به عنوان منابع نوری مکمل انجام شده است.

چراغ‌های رشد LED مزایایی از جمله صرفه‌جویی در مصرف انرژی، حفاظت از محیط زیست، ایمنی و قابلیت اطمینان، طول عمر بالا، اندازه کوچک، وزن سبک، تولید گرمای کم و پراکندگی نور خوب یا کنترل ترکیبی را دارند. می‌توان آن‌ها را با توجه به نیاز برای به دست آوردن نور تک رنگ خالص و طیف مرکب ترکیب کرد و میزان استفاده مؤثر از انرژی نور می‌تواند به 80٪ تا 90٪ برسد. این چراغ‌ها به عنوان بهترین منبع نور در کشت در نظر گرفته می‌شوند.

در حال حاضر، مطالعات زیادی در مورد کشت برنج، خیار و اسفناج با منبع نور LED خالص در چین انجام شده و پیشرفت‌هایی نیز حاصل شده است. با این حال، برای نهال‌های هندوانه که رشد آنها دشوار است، فناوری فعلی هنوز در مرحله نور طبیعی باقی مانده است و از نور LED فقط به عنوان منبع نور مکمل استفاده می‌شود.

با توجه به مشکلات فوق، در این مقاله سعی خواهد شد از نور LED به عنوان منبع نور خالص برای مطالعه امکان‌سنجی پرورش نهال هندوانه و بهترین نسبت شار نوری برای بهبود کیفیت نهال هندوانه بدون تکیه بر نور خورشید استفاده شود تا مبانی نظری و پشتیبانی داده‌ها برای کنترل نور نهال هندوانه در تأسیسات فراهم شود.

A.روند آزمایش و نتایج

۱. مواد آزمایشی و عملیات نوری

در این آزمایش از هندوانه ZAOJIA 8424 و محیط کشت گیاهچه Jinhai Jinjin 3 استفاده شد. محل آزمایش در کارخانه تولید چراغ رشد LED در شهر Quzhou انتخاب شد و از تجهیزات روشنایی رشد LED به عنوان منبع نور آزمایش استفاده شد. این آزمایش 5 دوره به طول انجامید. دوره آزمایش 25 روز از خیساندن بذر، جوانه زنی تا رشد گیاهچه بود. دوره نوری 8 ساعت بود. دمای داخل سالن در طول روز (7:00-17:00) 25 تا 28 درجه و در عصر (17:00-7:00) 15 تا 18 درجه بود. رطوبت محیط 60 تا 80 درصد بود.

در چراغ‌های رشد گیاه از دانه‌های LED قرمز و آبی با طول موج قرمز ۶۶۰ نانومتر و طول موج آبی ۴۵۰ نانومتر استفاده شده است. در این آزمایش، نور قرمز و آبی با نسبت شار نوری ۵:۱، ۶:۱ و ۷:۱۳ برای مقایسه استفاده شدند.

۲. شاخص و روش اندازه‌گیری

در پایان هر دوره، 3 نهال به طور تصادفی برای آزمایش کیفیت نهال انتخاب شدند. شاخص‌ها شامل وزن خشک و تر، ارتفاع گیاه، قطر ساقه، تعداد برگ، سطح ویژه برگ و طول ریشه بودند. از این میان، ارتفاع گیاه، قطر ساقه و طول ریشه را می‌توان با کولیس ورنیه اندازه‌گیری کرد؛ تعداد برگ و تعداد ریشه را می‌توان به صورت دستی شمارش کرد؛ وزن خشک و تر و سطح ویژه برگ را می‌توان با خط‌کش محاسبه کرد.

۳. تحلیل آماری داده‌ها

۴. نتایج

نتایج آزمایش در جدول 1 و شکل‌های 1-5 نشان داده شده است.

از جدول ۱ و شکل ۱-۵ می‌توان دریافت که با افزایش نسبت نور به عبور، وزن تر خشک کاهش می‌یابد، ارتفاع گیاه افزایش می‌یابد (پدیده طول بیهوده وجود دارد)، ساقه گیاه نازک‌تر و کوچک‌تر می‌شود، سطح ویژه برگ کاهش می‌یابد و طول ریشه کوتاه‌تر و کوتاه‌تر می‌شود.

B.تحلیل و ارزیابی نتایج

۱. وقتی نسبت نور به عبور ۵:۱ باشد، رشد نهال هندوانه در بهترین حالت خود قرار دارد.

۲. جوانه‌های کم تحت تابش نور رشد LED با نسبت نور آبی بالا نشان می‌دهد که نور آبی اثر سرکوب آشکاری بر رشد گیاه، به ویژه در ساقه گیاه دارد و هیچ تأثیر آشکاری بر رشد برگ ندارد. نور قرمز رشد گیاه را تقویت می‌کند و گیاه وقتی نسبت نور قرمز زیاد است، اما طول آن واضح است، سریع‌تر رشد می‌کند، همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است.

۳. یک گیاه در دوره‌های مختلف رشد به نسبت‌های متفاوتی از نور قرمز و آبی نیاز دارد. به عنوان مثال، نهال هندوانه در مراحل اولیه به نور آبی بیشتری نیاز دارد که می‌تواند به طور مؤثر رشد نهال را سرکوب کند. اما در مراحل بعدی، به نور قرمز بیشتری نیاز دارد. اگر نسبت نور آبی بالا بماند، نهال کوچک و کوتاه خواهد بود.

۴. شدت نور نهال هندوانه در مراحل اولیه نمی‌تواند خیلی زیاد باشد، که این امر بر رشد بعدی نهال‌ها تأثیر می‌گذارد. راه بهتر این است که در مراحل اولیه از نور ضعیف استفاده کنید و سپس بعداً از نور قوی استفاده کنید.

۵. باید از روشنایی معقول چراغ رشد LED اطمینان حاصل شود. مشخص شده است که اگر شدت نور خیلی کم باشد، رشد گیاهچه ضعیف و به راحتی رشد می‌کند. باید اطمینان حاصل شود که روشنایی رشد طبیعی گیاهچه‌ها نمی‌تواند کمتر از ۱۲۰ وات بر میلی‌لیتر باشد. با این حال، تغییر روند رشد گیاهچه‌ها با روشنایی خیلی زیاد آشکار نیست و مصرف انرژی افزایش می‌یابد که برای کاربرد آینده کارخانه مفید نیست.

Cنتایج

نتایج نشان داد که استفاده از منبع نور LED خالص برای پرورش نهال هندوانه در اتاق تاریک امکان‌پذیر است و شار نوری 5:1 برای رشد نهال هندوانه نسبت به 6 یا 7 برابر مؤثرتر است. سه نکته کلیدی در کاربرد فناوری LED در پرورش صنعتی نهال هندوانه وجود دارد.

۱. نسبت نور قرمز و آبی بسیار مهم است. رشد اولیه نهال هندوانه را نمی‌توان با چراغ رشد LED با نور آبی خیلی زیاد روشن کرد، در غیر این صورت بر رشد بعدی تأثیر خواهد گذاشت.

۲. شدت نور تأثیر مهمی در تمایز سلول‌ها و اندام‌های نهال هندوانه دارد. شدت نور قوی باعث رشد قوی نهال‌ها می‌شود؛ شدت نور ضعیف باعث رشد بیهوده نهال‌ها می‌شود.

۳. در مرحله نهالی، در مقایسه با نهال‌هایی با شدت نور کمتر از ۱۲۰ میکرومول بر متر مربع بر ثانیه، نهال‌هایی با شدت نور بالاتر از ۱۵۰ میکرومول بر متر مربع بر ثانیه هنگام انتقال به زمین کشاورزی به آرامی رشد کردند.

رشد نهال هندوانه زمانی که نسبت نور قرمز به آبی ۵ به ۱ بود، بهترین بود. با توجه به اثرات مختلف نور آبی و نور قرمز بر گیاهان، بهترین روش نورپردازی، افزایش مناسب نسبت نور آبی در مراحل اولیه رشد نهال و افزودن نور قرمز بیشتر در مراحل پایانی رشد نهال است؛ در مراحل اولیه از نور ضعیف و در مراحل پایانی از نور قوی استفاده شود.