[บทคัดย่อ] บทความนี้ได้รวบรวมข้อมูลเชิงทดลองจำนวนมากเพื่ออภิปรายประเด็นสำคัญหลายประการในการเลือกคุณภาพแสงในโรงเรือนปลูกพืช ซึ่งรวมถึงการเลือกแหล่งกำเนิดแสง ผลกระทบของแสงสีแดง สีน้ำเงิน และสีเหลือง และการเลือกช่วงสเปกตรัม เพื่อให้ได้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับคุณภาพแสงในโรงเรือนปลูกพืช การกำหนดกลยุทธ์ที่เหมาะสมจะให้แนวทางแก้ไขที่เป็นรูปธรรมซึ่งสามารถนำไปใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงได้
การเลือกแหล่งกำเนิดแสง

โดยทั่วไปแล้วโรงงานปลูกพืชจะใช้ไฟ LED เนื่องจากไฟ LED มีคุณสมบัติเด่นคือ ประสิทธิภาพการส่องสว่างสูง การใช้พลังงานต่ำ ความร้อนน้อย อายุการใช้งานยาวนาน และสามารถปรับความเข้มและสเปกตรัมของแสงได้ ซึ่งไม่เพียงแต่ตอบสนองความต้องการในการเจริญเติบโตของพืชและการสะสมวัสดุอย่างมีประสิทธิภาพเท่านั้น แต่ยังช่วยประหยัดพลังงาน ลดความร้อน และลดค่าไฟฟ้าอีกด้วย ไฟ LED สำหรับปลูกพืชสามารถแบ่งออกเป็นไฟ LED สเปกตรัมกว้างแบบชิปเดี่ยวสำหรับใช้งานทั่วไป ไฟ LED สเปกตรัมกว้างแบบชิปเดี่ยวสำหรับพืชโดยเฉพาะ และไฟ LED สเปกตรัมปรับได้แบบหลายชิป ราคาของไฟ LED สำหรับพืชโดยเฉพาะสองประเภทหลังนั้นโดยทั่วไปแล้วจะสูงกว่าไฟ LED ทั่วไปมากกว่า 5 เท่า ดังนั้นจึงควรเลือกแหล่งกำเนิดแสงที่แตกต่างกันตามวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน สำหรับโรงงานปลูกพืชขนาดใหญ่ ชนิดของพืชที่ปลูกจะเปลี่ยนแปลงไปตามความต้องการของตลาด เพื่อลดต้นทุนการก่อสร้างและไม่กระทบต่อประสิทธิภาพการผลิตอย่างมีนัยสำคัญ ผู้เขียนจึงแนะนำให้ใช้ชิป LED สเปกตรัมกว้างสำหรับแสงสว่างทั่วไปเป็นแหล่งกำเนิดแสง สำหรับโรงงานเพาะเลี้ยงพืชขนาดเล็ก หากชนิดของพืชค่อนข้างคงที่ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพและคุณภาพการผลิตสูงโดยไม่เพิ่มต้นทุนการก่อสร้างอย่างมีนัยสำคัญ สามารถใช้ชิป LED แบบสเปกตรัมกว้างสำหรับแสงเฉพาะพืชหรือแสงทั่วไปเป็นแหล่งกำเนิดแสงได้ แต่หากต้องการศึกษาผลของแสงต่อการเจริญเติบโตและการสะสมสารสำคัญในพืช เพื่อหาสูตรแสงที่ดีที่สุดสำหรับการผลิตขนาดใหญ่ในอนาคต สามารถใช้ไฟ LED แบบปรับสเปกตรัมได้หลายชิปเพื่อเปลี่ยนปัจจัยต่างๆ เช่น ความเข้มของแสง สเปกตรัม และระยะเวลาการให้แสง เพื่อให้ได้สูตรแสงที่ดีที่สุดสำหรับพืชแต่ละชนิด ซึ่งจะเป็นพื้นฐานสำหรับการผลิตขนาดใหญ่ในอนาคต

แสงสีแดงและสีน้ำเงิน

สำหรับผลการทดลองเฉพาะนั้น เมื่อปริมาณแสงสีแดง (R) สูงกว่าปริมาณแสงสีน้ำเงิน (B) (ผักกาดหอม R:B = 6:2 และ 7:3; ผักโขม R:B = 4:1; ต้นกล้าฟักทอง R:B = 7:3; ต้นกล้าแตงกวา R:B = 7:3) การทดลองแสดงให้เห็นว่าปริมาณชีวมวล (รวมถึงความสูงของส่วนเหนือดิน พื้นที่ใบสูงสุด น้ำหนักสด และน้ำหนักแห้ง ฯลฯ) สูงขึ้น แต่เส้นผ่านศูนย์กลางลำต้นและดัชนีความแข็งแรงของต้นกล้าจะสูงกว่าเมื่อปริมาณแสงสีน้ำเงินสูงกว่าปริมาณแสงสีแดง สำหรับตัวชี้วัดทางชีวเคมี โดยทั่วไปแล้วปริมาณแสงสีแดงที่สูงกว่าแสงสีน้ำเงินจะเป็นประโยชน์ต่อการเพิ่มปริมาณน้ำตาลที่ละลายได้ในพืช อย่างไรก็ตาม สำหรับการสะสมวิตามินซี โปรตีนที่ละลายได้ คลอโรฟิลล์ และแคโรทีนอยด์ในพืช การใช้แสง LED ที่มีปริมาณแสงสีน้ำเงินสูงกว่าแสงสีแดงจะให้ประโยชน์มากกว่า และปริมาณมาลอนไดอัลดีไฮด์ก็ค่อนข้างต่ำภายใต้สภาวะแสงนี้

เนื่องจากโรงงานเพาะปลูกส่วนใหญ่ใช้สำหรับการเพาะปลูกผักใบเขียวหรือการเพาะต้นกล้าเชิงอุตสาหกรรม จากผลลัพธ์ข้างต้นจึงสรุปได้ว่า ภายใต้เงื่อนไขของการเพิ่มผลผลิตและคำนึงถึงคุณภาพ การใช้ชิป LED ที่มีปริมาณแสงสีแดงสูงกว่าแสงสีน้ำเงินเป็นแหล่งกำเนิดแสงนั้นเหมาะสมที่สุด อัตราส่วน R:B = 7:3 ยิ่งไปกว่านั้น อัตราส่วนของแสงสีแดงและสีน้ำเงินดังกล่าวสามารถใช้ได้กับผักใบเขียวหรือต้นกล้าทุกชนิด และไม่มีข้อกำหนดเฉพาะสำหรับพืชแต่ละชนิด

การเลือกความยาวคลื่นสีแดงและสีน้ำเงิน

ในกระบวนการสังเคราะห์แสง พลังงานแสงส่วนใหญ่จะถูกดูดซับโดยคลอโรฟิลล์เอและคลอโรฟิลล์บี รูปด้านล่างแสดงสเปกตรัมการดูดซับของคลอโรฟิลล์เอและคลอโรฟิลล์บี โดยเส้นสเปกตรัมสีเขียวคือสเปกตรัมการดูดซับของคลอโรฟิลล์เอ และเส้นสเปกตรัมสีน้ำเงินคือสเปกตรัมการดูดซับของคลอโรฟิลล์บี จากรูปจะเห็นได้ว่าทั้งคลอโรฟิลล์เอและคลอโรฟิลล์บีมีจุดสูงสุดของการดูดซับสองจุด จุดหนึ่งอยู่ในช่วงแสงสีน้ำเงินและอีกจุดหนึ่งอยู่ในช่วงแสงสีแดง แต่จุดสูงสุดของการดูดซับทั้งสองจุดของคลอโรฟิลล์เอและคลอโรฟิลล์บีนั้นแตกต่างกันเล็กน้อย กล่าวคือ ความยาวคลื่นของจุดสูงสุดทั้งสองของคลอโรฟิลล์เอคือ 430 นาโนเมตรและ 662 นาโนเมตร ตามลำดับ และความยาวคลื่นของจุดสูงสุดทั้งสองของคลอโรฟิลล์บีคือ 453 นาโนเมตรและ 642 นาโนเมตร ตามลำดับ ค่าความยาวคลื่นทั้งสี่นี้จะไม่เปลี่ยนแปลงไปตามชนิดของพืช ดังนั้นการเลือกความยาวคลื่นสีแดงและสีน้ำเงินในแหล่งกำเนิดแสงจึงจะไม่เปลี่ยนแปลงไปตามชนิดของพืชเช่นกัน

สเปกตรัมการดูดกลืนแสงของคลอโรฟิลล์เอและคลอโรฟิลล์บี

หลอดไฟ LED ทั่วไปที่มีสเปกตรัมกว้างสามารถใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงในโรงเรือนปลูกพืชได้ ตราบใดที่แสงสีแดงและสีน้ำเงินครอบคลุมความยาวคลื่นสูงสุดสองช่วงของคลอโรฟิลล์เอและคลอโรฟิลล์บี กล่าวคือ ช่วงความยาวคลื่นของแสงสีแดงโดยทั่วไปอยู่ที่ 620-680 นาโนเมตร ในขณะที่ช่วงความยาวคลื่นของแสงสีน้ำเงินอยู่ที่ 400-480 นาโนเมตร อย่างไรก็ตาม ช่วงความยาวคลื่นของแสงสีแดงและสีน้ำเงินไม่ควรจะกว้างเกินไป เพราะนอกจากจะสิ้นเปลืองพลังงานแสงแล้ว ยังอาจส่งผลกระทบอื่นๆ ได้อีกด้วย

หากใช้หลอดไฟ LED ที่ประกอบด้วยชิปสีแดง สีเหลือง และสีน้ำเงินเป็นแหล่งกำเนิดแสงในโรงงานปลูกพืช ควรตั้งค่าความยาวคลื่นสูงสุดของแสงสีแดงให้ตรงกับความยาวคลื่นสูงสุดของคลอโรฟิลล์เอ ซึ่งก็คือ 660 นาโนเมตร และควรตั้งค่าความยาวคลื่นสูงสุดของแสงสีน้ำเงินให้ตรงกับความยาวคลื่นสูงสุดของคลอโรฟิลล์บี ซึ่งก็คือ 450 นาโนเมตร

บทบาทของแสงสีเหลืองและสีเขียว

อัตราส่วนของแสงสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงินที่เหมาะสมกว่าคือ R:G:B=6:1:3 ส่วนการกำหนดความยาวคลื่นสูงสุดของแสงสีเขียว เนื่องจากแสงสีเขียวมีบทบาทหลักในการควบคุมการเจริญเติบโตของพืช จึงควรอยู่ในช่วงระหว่าง 530 ถึง 550 นาโนเมตร

สรุป

บทความนี้กล่าวถึงกลยุทธ์การเลือกคุณภาพแสงในโรงเรือนเพาะปลูกพืชทั้งในเชิงทฤษฎีและเชิงปฏิบัติ รวมถึงการเลือกช่วงความยาวคลื่นของแสงสีแดงและสีน้ำเงินในแหล่งกำเนิดแสง LED และบทบาทและอัตราส่วนของแสงสีเหลืองและสีเขียว ในกระบวนการเจริญเติบโตของพืช การจับคู่ที่เหมาะสมระหว่างปัจจัยสามประการ ได้แก่ ความเข้มของแสง คุณภาพแสง และระยะเวลาการให้แสง รวมถึงความสัมพันธ์กับสารอาหาร อุณหภูมิ ความชื้น และความเข้มข้นของ CO2 ควรได้รับการพิจารณาอย่างรอบด้าน สำหรับการผลิตจริง ไม่ว่าคุณจะวางแผนที่จะใช้แสง LED แบบสเปกตรัมกว้างหรือแบบปรับสเปกตรัมได้หลายชิป อัตราส่วนของความยาวคลื่นเป็นสิ่งสำคัญอันดับแรก เพราะนอกจากคุณภาพแสงแล้ว ปัจจัยอื่นๆ ยังสามารถปรับได้แบบเรียลไทม์ระหว่างการใช้งาน ดังนั้น สิ่งสำคัญที่สุดในขั้นตอนการออกแบบโรงเรือนเพาะปลูกพืชจึงควรเป็นการเลือกคุณภาพแสง

ผู้เขียน: หยง ซู

ที่มาของบทความ: บัญชี WeChat ของฝ่ายเทคโนโลยีวิศวกรรมเกษตร (การปลูกพืชในเรือนกระจก)

อ้างอิง: หยง ซูกลยุทธ์การคัดเลือกคุณภาพแสงในโรงงานพืช [J]. เทคโนโลยีวิศวกรรมเกษตร, 2022, 42(4): 22-25.