[บทคัดย่อ]จากข้อมูลการทดลองจำนวนมาก บทความนี้จะกล่าวถึงประเด็นสำคัญหลายประการในการเลือกคุณภาพของแสงในโรงงาน รวมถึงการเลือกแหล่งกำเนิดแสง ผลกระทบของแสงสีแดง สีน้ำเงิน และสีเหลือง และการเลือกสเปกตรัม เพื่อให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับคุณภาพแสงในโรงงานอุตสาหกรรมการกำหนดกลยุทธ์การจับคู่ให้แนวทางปฏิบัติบางอย่างที่สามารถใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงได้
การเลือกแหล่งกำเนิดแสง

โรงงานอุตสาหกรรมโดยทั่วไปใช้ไฟ LEDเนื่องจากไฟ LED มีลักษณะของการส่องสว่างสูง, การใช้พลังงานต่ำ, การสร้างความร้อนน้อยลง, อายุการใช้งานยาวนานและความเข้มของแสงและสเปกตรัมที่ปรับได้ ซึ่งไม่เพียงตอบสนองความต้องการของการเจริญเติบโตของพืชและการสะสมวัสดุที่มีประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังประหยัดพลังงานอีกด้วย ลดการผลิตความร้อนและค่าไฟฟ้าไฟ LED เติบโตสามารถแบ่งออกได้อีกเป็นไฟ LED สเปกตรัมกว้างชิปเดียวสำหรับวัตถุประสงค์ทั่วไป ไฟ LED สเปกตรัมกว้างเฉพาะโรงงานชิปเดียว และไฟ LED สเปกตรัมปรับรวมหลายชิปโดยทั่วไปราคาของไฟ LED เฉพาะโรงงานสองชนิดหลังจะสูงกว่าไฟ LED ทั่วไปถึง 5 เท่า ดังนั้นควรเลือกแหล่งกำเนิดแสงที่แตกต่างกันตามวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกันสำหรับโรงงานขนาดใหญ่ ประเภทของพืชที่ปลูกจะเปลี่ยนแปลงไปตามความต้องการของตลาดเพื่อลดต้นทุนการก่อสร้างและไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการผลิตอย่างมีนัยสำคัญ ผู้เขียนแนะนำให้ใช้ชิป LED สเปกตรัมกว้างสำหรับแสงทั่วไปเป็นแหล่งกำเนิดแสงสำหรับโรงงานขนาดเล็ก หากประเภทของโรงงานค่อนข้างคงที่ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพและคุณภาพในการผลิตสูงโดยไม่ต้องเพิ่มต้นทุนการก่อสร้างมากนัก ชิป LED สเปกตรัมกว้างสำหรับแสงเฉพาะโรงงานหรือแสงทั่วไปสามารถใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงได้หากเป็นการศึกษาผลกระทบของแสงต่อการเจริญเติบโตของพืชและการสะสมของสารที่มีประสิทธิภาพ เพื่อให้สูตรแสงที่ดีที่สุดสำหรับการผลิตขนาดใหญ่ในอนาคต การผสมผสานหลายชิปของไฟ LED แบบปรับสเปกตรัมสามารถใช้เพื่อเปลี่ยน ปัจจัยต่างๆ เช่น ความเข้มของแสง สเปกตรัม และเวลาของแสง เพื่อให้ได้สูตรแสงที่ดีที่สุดสำหรับพืชแต่ละชนิด ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการผลิตขนาดใหญ่

แสงสีแดงและสีน้ำเงิน

เท่าที่เกี่ยวข้องกับผลการทดลองที่เฉพาะเจาะจง เมื่อเนื้อหาของแสงสีแดง (R) สูงกว่าแสงสีน้ำเงิน (B) (ผักกาดหอม R:B = 6:2 และ 7:3; ผักโขม R:B = 4: 1; ต้นกล้ามะระ R:B = 7:3; ต้นกล้าแตงกวา R:B = 7:3) จากการทดลองพบว่าปริมาณมวลชีวภาพ (รวมถึงความสูงของส่วนอากาศของพืช พื้นที่ใบสูงสุด น้ำหนักสดและน้ำหนักแห้ง ฯลฯ) สูงกว่า แต่เส้นผ่านศูนย์กลางลำต้นและดัชนีต้นกล้าที่แข็งแรงของพืชจะมีขนาดใหญ่กว่าเมื่อปริมาณแสงสีน้ำเงินสูงกว่าแสงสีแดงสำหรับตัวบ่งชี้ทางชีวเคมี ปริมาณแสงสีแดงที่สูงกว่าแสงสีน้ำเงินโดยทั่วไปจะเป็นประโยชน์ต่อการเพิ่มปริมาณน้ำตาลที่ละลายน้ำได้ในพืชอย่างไรก็ตาม สำหรับการสะสมของ VC, โปรตีนที่ละลายน้ำได้, คลอโรฟิลล์และแคโรทีนอยด์ในพืช การใช้ไฟ LED ที่มีปริมาณแสงสีน้ำเงินสูงกว่าแสงสีแดงจะมีประโยชน์มากกว่า และปริมาณมาลอนไดอัลดีไฮด์ก็ค่อนข้างต่ำภายใต้สภาพแสงนี้เช่นกัน

เนื่องจากโรงงานส่วนใหญ่ใช้สำหรับการเพาะปลูกผักใบหรือเพื่อการเลี้ยงต้นกล้าในเชิงอุตสาหกรรม จึงสรุปได้จากผลลัพธ์ข้างต้นว่าภายใต้สมมติฐานของการเพิ่มผลผลิตและคำนึงถึงคุณภาพ จึงเหมาะสมที่จะใช้ชิป LED ที่มีสีแดงสูงกว่า ปริมาณแสงมากกว่าแสงสีน้ำเงินเป็นแหล่งกำเนิดแสงอัตราส่วนที่ดีกว่าคือ R:B = 7:3ยิ่งไปกว่านั้น อัตราส่วนของแสงสีแดงและสีน้ำเงินดังกล่าวยังใช้ได้กับผักใบหรือต้นกล้าทุกชนิด และไม่มีข้อกำหนดเฉพาะสำหรับพืชแต่ละชนิด

การเลือกความยาวคลื่นสีแดงและสีน้ำเงิน

ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง พลังงานแสงส่วนใหญ่จะถูกดูดซึมผ่านคลอโรฟิลล์ เอ และคลอโรฟิลล์ บีภาพด้านล่างแสดงสเปกตรัมการดูดกลืนของคลอโรฟิลล์ a และคลอโรฟิลล์ b โดยที่เส้นสเปกตรัมสีเขียวคือสเปกตรัมการดูดกลืนของคลอโรฟิลล์ a และเส้นสเปกตรัมสีน้ำเงินคือสเปกตรัมการดูดกลืนของคลอโรฟิลล์ bจะเห็นได้จากรูปว่าทั้งคลอโรฟิลล์ a และคลอโรฟิลล์ b มีพีคในการดูดซึม 2 จุด จุดหนึ่งอยู่ในบริเวณแสงสีน้ำเงินและอีกจุดหนึ่งอยู่ในบริเวณแสงสีแดงแต่จุดยอดการดูดซึม 2 พีคของคลอโรฟิลล์ เอ และคลอโรฟิลล์ บี แตกต่างกันเล็กน้อยเพื่อให้แม่นยำ ความยาวคลื่นสูงสุดสองช่วงของคลอโรฟิลล์ a คือ 430 นาโนเมตร และ 662 นาโนเมตร ตามลำดับ และความยาวคลื่นสูงสุดสองช่วงของคลอโรฟิลล์ b คือ 453 นาโนเมตร และ 642 นาโนเมตร ตามลำดับค่าความยาวคลื่นทั้งสี่นี้จะไม่เปลี่ยนแปลงตามพืชที่แตกต่างกัน ดังนั้นการเลือกความยาวคลื่นสีแดงและสีน้ำเงินในแหล่งกำเนิดแสงจะไม่เปลี่ยนแปลงตามพืชแต่ละชนิด

สเปกตรัมการดูดซึมของคลอโรฟิลล์ เอ และคลอโรฟิลล์ บี

ไฟ LED ธรรมดาที่มีสเปกตรัมกว้างสามารถใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงของโรงงานได้ ตราบเท่าที่แสงสีแดงและสีน้ำเงินสามารถครอบคลุมความยาวคลื่นสูงสุดสองช่วงของคลอโรฟิลล์ a และคลอโรฟิลล์ b นั่นคือช่วงความยาวคลื่นของแสงสีแดง โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 620~680 นาโนเมตร ในขณะที่แสงสีน้ำเงินมีช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 400 ถึง 480 นาโนเมตรอย่างไรก็ตาม ช่วงความยาวคลื่นของแสงสีแดงและสีน้ำเงินไม่ควรกว้างเกินไป เพราะนอกจากจะทำให้สูญเสียพลังงานแสงแล้ว ยังอาจมีผลกระทบอื่นๆ อีกด้วย

หากใช้ไฟ LED ที่ประกอบด้วยชิปสีแดง เหลือง และน้ำเงินเป็นแหล่งกำเนิดแสงของโรงงาน ควรตั้งค่าความยาวคลื่นสูงสุดของแสงสีแดงเป็นความยาวคลื่นสูงสุดของคลอโรฟิลล์ เอ นั่นคือที่ 660 นาโนเมตร ซึ่งเป็นความยาวคลื่นสูงสุด ควรตั้งค่าแสงสีน้ำเงินให้มีความยาวคลื่นสูงสุดของคลอโรฟิลล์ บี คือที่ 450 นาโนเมตร

บทบาทของแสงสีเหลืองและสีเขียว

จะเหมาะสมกว่าเมื่ออัตราส่วนของแสงสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงินคือ R:G:B=6:1:3สำหรับการกำหนดความยาวคลื่นสูงสุดของแสงสีเขียว เนื่องจากส่วนใหญ่มีบทบาทควบคุมในกระบวนการเจริญเติบโตของพืช จึงจำเป็นต้องอยู่ระหว่าง 530 ถึง 550 นาโนเมตรเท่านั้น

สรุป

บทความนี้จะกล่าวถึงกลยุทธ์การเลือกคุณภาพของแสงในโรงงานทั้งในเชิงทฤษฎีและเชิงปฏิบัติ รวมถึงการเลือกช่วงความยาวคลื่นของแสงสีแดงและสีน้ำเงินในแหล่งกำเนิดแสง LED และบทบาทและอัตราส่วนของแสงสีเหลืองและสีเขียวในกระบวนการเจริญเติบโตของพืช ควรพิจารณาการจับคู่ที่เหมาะสมระหว่างปัจจัยสามประการของความเข้มแสง คุณภาพของแสง และเวลาแสง และความสัมพันธ์กับสารอาหาร อุณหภูมิและความชื้น และความเข้มข้นของ CO2สำหรับการผลิตจริง ไม่ว่าคุณวางแผนที่จะใช้สเปกตรัมกว้างหรือไฟ LED สเปกตรัมที่ปรับได้รวมกันหลายชิป อัตราส่วนของความยาวคลื่นคือการพิจารณาหลัก เพราะนอกจากคุณภาพของแสงแล้ว ปัจจัยอื่นๆ สามารถปรับเปลี่ยนได้ตามเวลาจริงระหว่างการทำงานดังนั้นการพิจารณาที่สำคัญที่สุดในขั้นตอนการออกแบบของโรงงานจึงควรเลือกคุณภาพของแสง

ผู้แต่ง: ยง ซู

แหล่งที่มาของบทความ: บัญชี Wechat ของเทคโนโลยีวิศวกรรมเกษตร (พืชสวนเรือนกระจก)

อ้างอิง: Yong Xu,กลยุทธ์การเลือกคุณภาพแสงในโรงงาน [J]เทคโนโลยีวิศวกรรมเกษตร พ.ศ. 2565 42(4): 22-25.