[چکیده] بر اساس تعداد زیادی از داده‌های تجربی، این مقاله چندین مسئله مهم در انتخاب کیفیت نور در کارخانه‌های گیاهی، از جمله انتخاب منابع نوری، اثرات نور قرمز، آبی و زرد و انتخاب محدوده‌های طیفی را مورد بحث قرار می‌دهد تا بینشی در مورد کیفیت نور در کارخانه‌های گیاهی ارائه دهد. تعیین استراتژی تطبیق، برخی از راه‌حل‌های عملی را ارائه می‌دهد که می‌توانند به عنوان مرجع مورد استفاده قرار گیرند.
انتخاب منبع نور

کارخانه‌های گیاه‌پروری عموماً از چراغ‌های LED استفاده می‌کنند. دلیل این امر این است که چراغ‌های LED دارای ویژگی‌هایی مانند راندمان نوری بالا، مصرف انرژی پایین، تولید گرمای کمتر، عمر طولانی و شدت و طیف نور قابل تنظیم هستند که نه تنها می‌توانند نیازهای رشد گیاه و تجمع مؤثر مواد را برآورده کنند، بلکه در مصرف انرژی نیز صرفه‌جویی کرده، تولید گرما و هزینه‌های برق را کاهش می‌دهند. چراغ‌های رشد LED را می‌توان به چراغ‌های LED تک تراشه‌ای با طیف گسترده برای مصارف عمومی، چراغ‌های LED تک تراشه‌ای با طیف گسترده مخصوص گیاه و چراغ‌های LED ترکیبی چند تراشه‌ای با طیف قابل تنظیم تقسیم کرد. قیمت دو نوع اخیر چراغ‌های LED مخصوص گیاه عموماً بیش از 5 برابر چراغ‌های LED معمولی است، بنابراین منابع نوری مختلف باید با توجه به اهداف مختلف انتخاب شوند. برای کارخانه‌های گیاه‌پروری بزرگ، نوع گیاهانی که پرورش می‌دهند با تقاضای بازار تغییر می‌کند. به منظور کاهش هزینه‌های ساخت و عدم تأثیر قابل توجه بر راندمان تولید، نویسنده استفاده از تراشه‌های LED با طیف گسترده را برای روشنایی عمومی به عنوان منبع روشنایی توصیه می‌کند. برای کارخانه‌های کوچک، اگر نوع گیاهان نسبتاً ثابت باشد، برای دستیابی به راندمان و کیفیت تولید بالا بدون افزایش قابل توجه هزینه ساخت، می‌توان از تراشه‌های LED با طیف گسترده برای روشنایی خاص گیاه یا عمومی به عنوان منبع روشنایی استفاده کرد. اگر قرار باشد تأثیر نور بر رشد گیاه و تجمع مواد مؤثر بررسی شود تا بهترین فرمول نوری برای تولید در مقیاس بزرگ در آینده ارائه شود، می‌توان از ترکیبی چند تراشه‌ای از چراغ‌های LED با طیف قابل تنظیم برای تغییر عواملی مانند شدت نور، طیف و زمان نور استفاده کرد تا بهترین فرمول نوری برای هر گیاه به دست آید و زمینه تولید در مقیاس بزرگ فراهم شود.

نور قرمز و آبی

تا آنجا که به نتایج خاص آزمایش مربوط می‌شود، وقتی محتوای نور قرمز (R) بیشتر از نور آبی (B) باشد (کاهو R:B = 6:2 و 7:3؛ اسفناج R:B = 4:1؛ نهال کدو R:B = 7:3؛ نهال خیار R:B = 7:3)، آزمایش نشان داد که محتوای زیست توده (شامل ارتفاع گیاه در قسمت هوایی، حداکثر سطح برگ، وزن تر و وزن خشک و غیره) بیشتر بود، اما قطر ساقه و شاخص نهال قوی گیاهان وقتی محتوای نور آبی بیشتر از نور قرمز بود، بیشتر بود. برای شاخص‌های بیوشیمیایی، محتوای نور قرمز بیشتر از نور آبی به طور کلی برای افزایش محتوای قند محلول در گیاهان مفید است. با این حال، برای تجمع VC، پروتئین محلول، کلروفیل و کاروتنوئیدها در گیاهان، استفاده از روشنایی LED با محتوای نور آبی بالاتر از نور قرمز سودمندتر است و محتوای مالون دی آلدئید نیز در این شرایط نوری نسبتاً کم است.

از آنجایی که کارخانه گیاه‌پروری عمدتاً برای کشت سبزیجات برگ‌دار یا پرورش صنعتی نهال استفاده می‌شود، می‌توان از نتایج فوق نتیجه گرفت که با فرض افزایش عملکرد و در نظر گرفتن کیفیت، استفاده از تراشه‌های LED با محتوای نور قرمز بیشتر نسبت به نور آبی به عنوان منبع نور مناسب است. نسبت بهتر R:B = 7:3 است. علاوه بر این، چنین نسبتی از نور قرمز و آبی اساساً برای انواع سبزیجات برگ‌دار یا نهال‌ها قابل استفاده است و هیچ الزام خاصی برای گیاهان مختلف وجود ندارد.

انتخاب طول موج قرمز و آبی

در طول فتوسنتز، انرژی نور عمدتاً از طریق کلروفیل a و کلروفیل b جذب می‌شود. شکل زیر طیف‌های جذبی کلروفیل a و کلروفیل b را نشان می‌دهد، که در آن خط طیفی سبز، طیف جذبی کلروفیل a و خط طیفی آبی، طیف جذبی کلروفیل b است. از شکل می‌توان دریافت که هم کلروفیل a و هم کلروفیل b دو پیک جذبی دارند، یکی در ناحیه نور آبی و دیگری در ناحیه نور قرمز. اما دو پیک جذبی کلروفیل a و کلروفیل b کمی متفاوت هستند. به طور دقیق، دو طول موج پیک کلروفیل a به ترتیب ۴۳۰ نانومتر و ۶۶۲ نانومتر و دو طول موج پیک کلروفیل b به ترتیب ۴۵۳ نانومتر و ۶۴۲ نانومتر هستند. این چهار مقدار طول موج با گیاهان مختلف تغییر نمی‌کنند، بنابراین انتخاب طول موج‌های قرمز و آبی در منبع نور با گونه‌های گیاهی مختلف تغییر نخواهد کرد.

طیف جذبی کلروفیل a و کلروفیل b

یک چراغ LED معمولی با طیف گسترده می‌تواند به عنوان منبع نور کارخانه گیاه مورد استفاده قرار گیرد، به شرطی که نور قرمز و آبی بتواند دو طول موج اوج کلروفیل a و کلروفیل b را پوشش دهد، یعنی محدوده طول موج نور قرمز عموماً 620 تا 680 نانومتر است، در حالی که محدوده طول موج نور آبی از 400 تا 480 نانومتر است. با این حال، محدوده طول موج نور قرمز و آبی نباید خیلی وسیع باشد زیرا نه تنها انرژی نور را هدر می‌دهد، بلکه ممکن است تأثیرات دیگری نیز داشته باشد.

اگر از یک نور LED متشکل از تراشه‌های قرمز، زرد و آبی به عنوان منبع نور کارخانه گیاه استفاده شود، طول موج اوج نور قرمز باید روی طول موج اوج کلروفیل a، یعنی در 660 نانومتر، تنظیم شود، طول موج اوج نور آبی باید روی طول موج اوج کلروفیل b، یعنی در 450 نانومتر تنظیم شود.

نقش نور زرد و سبز

زمانی که نسبت نور قرمز، سبز و آبی R:G:B=6:1:3 باشد، مناسب‌تر است. در مورد تعیین طول موج اوج نور سبز، از آنجایی که عمدتاً نقش تنظیمی در فرآیند رشد گیاه دارد، فقط باید بین ۵۳۰ تا ۵۵۰ نانومتر باشد.

خلاصه

این مقاله به بررسی استراتژی انتخاب کیفیت نور در کارخانه‌های گیاهی از جنبه‌های نظری و عملی، از جمله انتخاب محدوده طول موج نور قرمز و آبی در منبع نور LED و نقش و نسبت نور زرد و سبز می‌پردازد. در فرآیند رشد گیاه، تطابق منطقی بین سه عامل شدت نور، کیفیت نور و زمان نور و رابطه آنها با مواد مغذی، دما و رطوبت و غلظت CO2 نیز باید به طور جامع در نظر گرفته شود. برای تولید واقعی، چه قصد استفاده از یک نور LED با طیف گسترده یا ترکیبی از چند تراشه با طیف قابل تنظیم را داشته باشید، نسبت طول موج‌ها از ملاحظات اصلی است، زیرا علاوه بر کیفیت نور، عوامل دیگر را می‌توان در حین کار به صورت بلادرنگ تنظیم کرد. بنابراین، مهمترین نکته در مرحله طراحی کارخانه‌های گیاهی باید انتخاب کیفیت نور باشد.

نویسنده: یونگ زو

منبع مقاله: حساب کاربری وی‌چت شرکت فناوری مهندسی کشاورزی (باغبانی گلخانه‌ای)

مرجع: یونگ شو،استراتژی انتخاب کیفیت نور در کارخانه‌های گیاهی [J]. فناوری مهندسی کشاورزی، 2022، 42(4): 22-25.