Lựa chọn và thiết kế đèn LED trồng trọt như thế nào?

Là một nhánh quan trọng của nền nông nghiệp hiện đại, khái niệm nhà máy sản xuất cây trồng đã trở nên rất phổ biến. Trong môi trường trồng cây trong nhà, ánh sáng cây trồng là nguồn năng lượng thiết yếu cho quá trình quang hợp.Đèn LED trồng cây có những ưu điểm vượt trội mà đèn bổ sung truyền thống không có và chắc chắn sẽ trở thành lựa chọn hàng đầu cho đèn chính hoặc đèn phụ trong các ứng dụng thương mại lớn như trang trại thẳng đứng và nhà kính.

Thực vật là một trong những dạng sống phức tạp nhất trên hành tinh này. Việc trồng cây tuy đơn giản nhưng khó khăn và phức tạp. Ngoài ánh sáng phát triển, nhiều yếu tố còn ảnh hưởng lẫn nhau, việc cân bằng các yếu tố này là một nghệ thuật tuyệt vời mà người trồng cần hiểu và nắm vững. Nhưng về vấn đề chiếu sáng cây trồng, vẫn còn nhiều yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

Đầu tiên, chúng ta hãy tìm hiểu quang phổ của mặt trời và sự hấp thụ quang phổ của thực vật. Như có thể thấy trong hình bên dưới, quang phổ mặt trời là quang phổ liên tục, trong đó phổ màu xanh lam và xanh lục mạnh hơn phổ màu đỏ và phổ ánh sáng nhìn thấy nằm trong khoảng từ 380 đến 780 nm. Có một số yếu tố hấp thụ quan trọng trong sự phát triển của thực vật và quang phổ hấp thụ ánh sáng của một số chất phụ trợ chính ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật là khác nhau đáng kể. Vì vậy, việc áp dụngĐèn LED trồng câykhông phải là vấn đề đơn giản mà rất có mục tiêu. Ở đây cần giới thiệu các khái niệm về hai yếu tố quang hợp quan trọng nhất của cây trồng.

Quá trình quang hợp của thực vật dựa vào chất diệp lục trong lục lạp của lá, đây là một trong những sắc tố quan trọng nhất liên quan đến quá trình quang hợp. Nó tồn tại trong tất cả các sinh vật có khả năng quang hợp, bao gồm cả thực vật xanh và thực vật nhân sơ. Tảo xanh lam (vi khuẩn lam) và tảo nhân chuẩn. Chất diệp lục hấp thụ năng lượng ánh sáng và tổng hợp carbon dioxide và nước thành hydrocarbon.

Chất diệp lục a có màu xanh lam, hấp thụ chủ yếu ánh sáng đỏ; diệp lục b có màu xanh vàng, hấp thụ chủ yếu ánh sáng xanh tím. Chủ yếu để phân biệt cây che bóng với cây ưa nắng. Tỷ lệ diệp lục b và diệp lục a của cây che bóng nhỏ nên cây che bóng có khả năng hấp thụ ánh sáng xanh mạnh và thích nghi với việc phát triển trong bóng râm. Có hai khả năng hấp thụ mạnh của diệp lục a và diệp lục b: vùng màu đỏ có bước sóng 630 ~ 680 nm và vùng màu xanh tím có bước sóng 400 ~ 460 nm.

Carotenoid (carotenoid) là thuật ngữ chung để chỉ một nhóm các sắc tố tự nhiên quan trọng, thường thấy trong các sắc tố màu vàng, đỏ cam hoặc đỏ ở động vật, thực vật bậc cao, nấm và tảo. Cho đến nay, hơn 600 carotenoid tự nhiên đã được phát hiện. Carotenoid được sản xuất trong tế bào thực vật không chỉ hấp thụ và truyền năng lượng giúp quang hợp mà còn có chức năng bảo vệ tế bào khỏi bị phá hủy bởi các phân tử oxy liên kết electron đơn bị kích thích. Sự hấp thụ ánh sáng của carotenoid có phạm vi từ 303 ~ 505 nm. Nó tạo ra màu sắc của thực phẩm và ảnh hưởng đến việc hấp thụ thức ăn của cơ thể con người; ở tảo, thực vật và vi sinh vật không thể hiện được màu sắc vì bị diệp lục bao phủ.

Trong quá trình thiết kế và lựa chọnĐèn LED trồng cây, có một số hiểu lầm cần tránh, chủ yếu ở các khía cạnh sau.

1. Tỷ lệ bước sóng đỏ và xanh của bước sóng ánh sáng

Là hai vùng hấp thụ chính cho quá trình quang hợp của hai loài thực vật, quang phổ phát ra từĐèn LED trồng câynên chủ yếu là ánh sáng đỏ và ánh sáng xanh. Nhưng nó không thể được đo lường đơn giản bằng tỷ lệ giữa màu đỏ và màu xanh. Ví dụ: tỷ lệ màu đỏ và xanh lam là 4:1, 6:1, 9:1, v.v.

Có nhiều loài thực vật khác nhau với tập tính khác nhau và các giai đoạn sinh trưởng khác nhau cũng có nhu cầu tập trung ánh sáng khác nhau. Phổ cần thiết cho sự phát triển của thực vật phải là phổ liên tục với độ rộng phân bố nhất định. Rõ ràng là không phù hợp khi sử dụng nguồn sáng làm từ hai chip có bước sóng cụ thể là đỏ và xanh lam với quang phổ rất hẹp. Qua thí nghiệm, người ta thấy cây có xu hướng màu vàng, thân lá rất nhẹ và thân lá rất mỏng. Đã có rất nhiều nghiên cứu về phản ứng của thực vật với các quang phổ khác nhau ở nước ngoài, chẳng hạn như ảnh hưởng của phần hồng ngoại đến chu kỳ quang, ảnh hưởng của phần màu vàng lục đến hiệu ứng tạo bóng, ảnh hưởng của phần tím về khả năng kháng sâu bệnh, chất dinh dưỡng, v.v.

Trong ứng dụng thực tế, cây con thường bị cháy hoặc héo. Vì vậy, việc thiết kế thông số này phải thiết kế phù hợp với loài cây, môi trường và điều kiện sinh trưởng.

2. Ánh sáng trắng thông thường và quang phổ đầy đủ

Hiệu ứng ánh sáng mà thực vật “nhìn thấy” khác với mắt người. Các loại đèn ánh sáng trắng thông dụng của chúng ta không thể thay thế được ánh sáng mặt trời, chẳng hạn như các loại đèn ống ánh sáng trắng ba sơ cấp được sử dụng rộng rãi ở Nhật Bản, v.v. Việc sử dụng các quang phổ này có ảnh hưởng nhất định đến sự phát triển của thực vật, nhưng hiệu quả thì không. tốt như nguồn sáng được tạo ra bởi đèn LED. .

Đối với các ống huỳnh quang có ba màu cơ bản thường được sử dụng trong những năm trước, mặc dù màu trắng được tổng hợp nhưng các quang phổ đỏ, lục và lam được tách ra và độ rộng của phổ rất hẹp và phần liên tục của quang phổ tương đối yếu. Đồng thời, công suất vẫn tương đối lớn so với đèn LED, gấp 1,5 đến 3 lần mức tiêu thụ năng lượng. Toàn bộ quang phổ của đèn LED được thiết kế dành riêng cho chiếu sáng cây trồng sẽ tối ưu hóa quang phổ. Mặc dù hiệu ứng thị giác vẫn là màu trắng nhưng nó chứa đựng những phần ánh sáng quan trọng cần thiết cho quá trình quang hợp của thực vật.

3. Thông số cường độ chiếu sáng PPFD

Mật độ quang hợp (PPFD) là một thông số quan trọng để đo cường độ ánh sáng ở thực vật. Nó có thể được thể hiện bằng lượng tử ánh sáng hoặc năng lượng bức xạ. Nó đề cập đến mật độ thông lượng bức xạ hiệu quả của ánh sáng trong quá trình quang hợp, biểu thị tổng số lượng tử ánh sáng tới trên thân lá cây trong phạm vi bước sóng từ 400 đến 700 nm trên một đơn vị thời gian và đơn vị diện tích. Đơn vị làμE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). Bức xạ hoạt động quang hợp (PAR) đề cập đến tổng bức xạ mặt trời có bước sóng trong khoảng 400 đến 700 nm.

Điểm bão hòa bù ánh sáng của thực vật, còn gọi là điểm bù ánh sáng, có nghĩa là PPFD cần phải cao hơn điểm này, khả năng quang hợp của nó có thể lớn hơn hô hấp và tốc độ sinh trưởng của thực vật lớn hơn mức tiêu thụ trước khi cây có thể phát triển. Các loại cây khác nhau có điểm bù ánh sáng khác nhau và không thể coi nó một cách đơn giản là đạt được một chỉ số nhất định, chẳng hạn như PPFD lớn hơn 200μmol·m-2·s-1.

Cường độ ánh sáng được phản ánh bởi máy đo độ sáng được sử dụng trước đây là độ sáng, nhưng do quang phổ của sự phát triển của thực vật thay đổi do độ cao của nguồn sáng từ cây, độ che phủ của ánh sáng và liệu ánh sáng có thể xuyên qua không. lá, v.v., nó được sử dụng làm ánh sáng khi nghiên cứu quá trình quang hợp. Các chỉ báo mạnh không đủ chính xác và PAR hiện được sử dụng chủ yếu.

Nói chung, cây có PPFD dương tính > 50μmol·m-2·s-1 có thể khởi động cơ chế quang hợp; trong khi cây che bóng PPFD chỉ cần 20μmol·m-2·s-1. Do đó, khi lắp đặt đèn LED trồng cây, bạn có thể lắp đặt và đặt theo giá trị tham chiếu này, chọn độ cao lắp đặt phù hợp, đồng thời đạt được giá trị PPFD lý tưởng và độ đồng đều trên bề mặt lá.

4. Công thức nhẹ

Công thức ánh sáng là một khái niệm mới được đề xuất gần đây, chủ yếu bao gồm ba yếu tố: chất lượng ánh sáng, số lượng ánh sáng và thời lượng. Hiểu đơn giản rằng chất lượng ánh sáng là quang phổ phù hợp nhất cho quá trình quang hợp của thực vật; lượng ánh sáng là giá trị PPFD thích hợp và độ đồng đều; thời gian là giá trị tích lũy của bức xạ và tỷ lệ giữa thời gian ngày và đêm. Các nhà nông học Hà Lan đã phát hiện ra rằng thực vật sử dụng tỷ lệ tia hồng ngoại và ánh sáng đỏ để đánh giá sự thay đổi ngày và đêm. Tỷ lệ hồng ngoại tăng đáng kể vào lúc hoàng hôn và thực vật phản ứng nhanh với giấc ngủ. Nếu không có quá trình này, thực vật sẽ mất vài giờ để hoàn thành quá trình này.

Trong ứng dụng thực tế cần tích lũy kinh nghiệm thông qua thử nghiệm và lựa chọn sự kết hợp tốt nhất.