[Abstract]Aan de hand van een grote hoeveelheid experimentele gegevens bespreekt dit artikel verschillende belangrijke aspecten bij de selectie van lichtkwaliteit in plantenfabrieken. Het gaat hierbij om de keuze van lichtbronnen, de effecten van rood, blauw en geel licht, en de selectie van spectrale bereiken, met als doel inzicht te geven in de lichtkwaliteit in plantenfabrieken. De bepaling van een afstemmingsstrategie biedt een aantal praktische oplossingen die als referentie kunnen dienen.
Keuze van de lichtbron

Plantenkwekerijen gebruiken over het algemeen LED-verlichting. Dit komt doordat LED-lampen een hoge lichtopbrengst, een laag energieverbruik, weinig warmteontwikkeling, een lange levensduur en een instelbare lichtintensiteit en spectrum hebben. Hierdoor kunnen ze niet alleen voldoen aan de eisen voor plantengroei en effectieve materiaalaccumulatie, maar ook energie besparen, warmteontwikkeling verminderen en de elektriciteitskosten verlagen. LED-groeilampen kunnen verder worden onderverdeeld in LED-lampen met één chip en een breed spectrum voor algemeen gebruik, LED-lampen met één chip en een breed spectrum specifiek voor planten, en LED-lampen met meerdere chips en een instelbaar spectrum. De prijs van de laatste twee soorten LED-lampen voor planten is over het algemeen meer dan vijf keer zo hoog als die van gewone LED-lampen, dus het is belangrijk om verschillende lichtbronnen te kiezen afhankelijk van het doel. Voor grote plantenkwekerijen verandert het type planten dat ze kweken met de marktvraag. Om de bouwkosten te verlagen en de productie-efficiëntie niet significant te beïnvloeden, raadt de auteur aan om LED-chips met een breed spectrum te gebruiken als lichtbron voor algemene verlichting. Voor kleine plantenkwekerijen, waar de plantensoorten relatief vastliggen, kunnen breedband-LED-chips voor plantspecifieke of algemene verlichting worden gebruikt om een ​​hoge productie-efficiëntie en -kwaliteit te bereiken zonder de bouwkosten significant te verhogen. Als het doel is om het effect van licht op plantengroei en de accumulatie van werkzame stoffen te bestuderen, om zo de beste lichtformule voor grootschalige productie in de toekomst te ontwikkelen, kan een combinatie van meerdere LED-chips met instelbaar spectrum worden gebruikt. Hierbij kunnen factoren zoals lichtintensiteit, spectrum en belichtingstijd worden aangepast om de optimale lichtformule voor elke plant te verkrijgen, wat de basis vormt voor grootschalige productie.

Het rode en blauwe licht

Wat de specifieke experimentele resultaten betreft, bleek uit het experiment dat wanneer het gehalte aan rood licht (R) hoger was dan dat aan blauw licht (B) (sla R:B = 6:2 en 7:3; spinazie R:B = 4:1; pompoenzaailingen R:B = 7:3; komkommerzaailingen R:B = 7:3), de biomassa (inclusief de planthoogte van het bovengrondse deel, het maximale bladoppervlak, het versgewicht en het drooggewicht, enz.) hoger was, maar de stengeldiameter en de zaailingsterkte-index van de planten groter waren bij een hoger gehalte aan blauw licht. Voor biochemische indicatoren geldt dat een hoger gehalte aan rood licht dan aan blauw licht over het algemeen gunstig is voor de toename van het gehalte aan oplosbare suikers in planten. Voor de accumulatie van vitamine C, oplosbare eiwitten, chlorofyl en carotenoïden in planten is het echter voordeliger om LED-verlichting te gebruiken met een hoger gehalte aan blauw licht dan aan rood licht, en het gehalte aan malondialdehyde is onder deze lichtomstandigheden ook relatief laag.

Aangezien de plantenfabriek voornamelijk wordt gebruikt voor de teelt van bladgroenten of voor de industriële opkweek van zaailingen, kan uit de bovenstaande resultaten worden geconcludeerd dat, met het oog op een hogere opbrengst en behoud van kwaliteit, het geschikt is om LED-chips met een hoger roodlichtgehalte dan blauwlichtgehalte als lichtbron te gebruiken. Een optimale verhouding is R:B = 7:3. Bovendien is een dergelijke verhouding tussen rood en blauw licht in principe toepasbaar voor alle soorten bladgroenten en zaailingen, en zijn er geen specifieke eisen voor verschillende plantensoorten.

Rode en blauwe golflengteselectie

Tijdens de fotosynthese wordt lichtenergie voornamelijk geabsorbeerd door chlorofyl a en chlorofyl b. De onderstaande afbeelding toont de absorptiespectra van chlorofyl a en chlorofyl b, waarbij de groene lijn het absorptiespectrum van chlorofyl a weergeeft en de blauwe lijn het absorptiespectrum van chlorofyl b. Uit de afbeelding blijkt dat zowel chlorofyl a als chlorofyl b twee absorptiepieken hebben, één in het blauwe lichtgebied en de andere in het rode lichtgebied. De twee absorptiepieken van chlorofyl a en chlorofyl b verschillen echter enigszins. Om precies te zijn, de twee piekgolflengten van chlorofyl a zijn respectievelijk 430 nm en 662 nm, en die van chlorofyl b zijn respectievelijk 453 nm en 642 nm. Deze vier golflengtewaarden blijven gelijk bij verschillende plantensoorten, waardoor de keuze van de rode en blauwe golflengten in de lichtbron niet verandert.

Absorptiespectra van chlorofyl a en chlorofyl b

Gewone ledverlichting met een breed spectrum kan als lichtbron voor de plantenfabriek worden gebruikt, zolang het rode en blauwe licht de twee piekgolflengten van chlorofyl a en chlorofyl b bestrijken. Dat wil zeggen dat het golflengtebereik van rood licht over het algemeen tussen de 620 en 680 nm ligt, terwijl dat van blauw licht tussen de 400 en 480 nm ligt. Het golflengtebereik van rood en blauw licht mag echter niet te breed zijn, omdat dit niet alleen energieverspilling veroorzaakt, maar ook andere negatieve gevolgen kan hebben.

Als een LED-lamp bestaande uit rode, gele en blauwe chips als lichtbron voor de plantenfabriek wordt gebruikt, moet de piek golflengte van het rode licht worden ingesteld op de piek golflengte van chlorofyl a, oftewel 660 nm, en de piek golflengte van het blauwe licht op de piek golflengte van chlorofyl b, oftewel 450 nm.

De rol van geel en groen licht

Het is geschikter wanneer de verhouding tussen rood, groen en blauw licht R:G:B=6:1:3 is. Wat betreft de bepaling van de piek golflengte van groen licht, aangezien dit voornamelijk een regulerende rol speelt in het plantengroeiproces, hoeft deze slechts tussen 530 en 550 nm te liggen.

Samenvatting

Dit artikel bespreekt de selectiestrategie voor lichtkwaliteit in plantenkwekerijen vanuit zowel theoretisch als praktisch oogpunt. Hierbij komt onder andere de selectie van het golflengtebereik van rood en blauw licht in de LED-lichtbron aan bod, evenals de rol en verhouding van geel en groen licht. Tijdens de plantengroei is een optimale afstemming tussen de drie factoren lichtintensiteit, lichtkwaliteit en belichtingstijd, en hun relatie met voedingsstoffen, temperatuur, luchtvochtigheid en CO2-concentratie, van groot belang. Voor de daadwerkelijke productie is de verhouding van de golflengten cruciaal, ongeacht of er gebruik wordt gemaakt van een breedspectrum- of een multi-chip LED-lichtbron met instelbaar spectrum. Naast de lichtkwaliteit kunnen immers ook andere factoren tijdens de productie in realtime worden aangepast. Daarom is de selectie van de lichtkwaliteit de belangrijkste overweging in de ontwerpfase van plantenkwekerijen.

Auteur: Yong Xu

Bron van het artikel: WeChat-account van Agricultural Engineering Technology (glashuisbouw)

Referentie: Yong Xu,Strategie voor lichtkwaliteitselectie in plantenfabrieken [J]. Landbouwtechniek, 2022, 42(4): 22-25.