Ứng dụng đèn LED trồng trọt trong cơ sở làm vườn và ảnh hưởng của nó đến sinh trưởng cây trồng

Tác giả: Yamin Li và Houchen Liu, v.v., từ Trường Cao đẳng Làm vườn, Đại học Nông nghiệp Nam Trung Quốc

Nguồn bài viết: Làm vườn trong nhà kính

Các loại hình cơ sở làm vườn chủ yếu bao gồm nhà kính bằng nhựa, nhà kính sử dụng năng lượng mặt trời, nhà kính nhiều nhịp và nhà máy sản xuất thực vật. Do các tòa nhà cơ sở chặn nguồn ánh sáng tự nhiên ở một mức độ nhất định nên không có đủ ánh sáng trong nhà, từ đó làm giảm năng suất và chất lượng cây trồng. Do đó, ánh sáng bổ sung đóng vai trò không thể thiếu đối với cây trồng chất lượng và năng suất cao của cơ sở nhưng nó cũng trở thành yếu tố chính làm tăng mức tiêu thụ năng lượng và chi phí vận hành trong cơ sở.

Từ lâu, các nguồn sáng nhân tạo được sử dụng trong lĩnh vực làm vườn cơ sở chủ yếu bao gồm đèn natri cao áp, đèn huỳnh quang, đèn halogen kim loại, đèn sợi đốt, v.v. nhược điểm nổi bật là sinh nhiệt cao, tiêu thụ năng lượng cao và chi phí vận hành cao. Sự phát triển của đi-ốt phát sáng (LED) thế hệ mới giúp có thể sử dụng nguồn sáng nhân tạo năng lượng thấp trong lĩnh vực làm vườn của cơ sở. LED có ưu điểm là hiệu suất chuyển đổi quang điện cao, nguồn DC, khối lượng nhỏ, tuổi thọ cao, tiêu thụ năng lượng thấp, bước sóng cố định, bức xạ nhiệt thấp và bảo vệ môi trường. So với đèn natri cao áp và đèn huỳnh quang thường được sử dụng hiện nay, đèn LED không chỉ có thể điều chỉnh số lượng và chất lượng ánh sáng (tỷ lệ của các dải ánh sáng khác nhau) theo nhu cầu phát triển của thực vật mà còn có thể chiếu xạ cây ở khoảng cách gần do đối với ánh sáng lạnh của nó, do đó, số lượng lớp canh tác và tỷ lệ sử dụng không gian có thể được cải thiện, đồng thời có thể nhận ra các chức năng tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường và sử dụng hiệu quả không gian mà nguồn sáng truyền thống không thể thay thế.

Dựa trên những ưu điểm này, đèn LED đã được sử dụng thành công trong chiếu sáng làm vườn, nghiên cứu cơ bản về môi trường có thể kiểm soát, nuôi cấy mô thực vật, cây giống của nhà máy sản xuất thực vật và hệ sinh thái hàng không vũ trụ. Trong những năm gần đây, hiệu suất của hệ thống chiếu sáng trồng trọt bằng đèn LED ngày càng được cải thiện, giá thành ngày càng giảm và tất cả các loại sản phẩm có bước sóng cụ thể đang dần được phát triển nên ứng dụng của nó trong lĩnh vực nông nghiệp và sinh học sẽ rộng rãi hơn.

Bài viết này tóm tắt tình hình nghiên cứu đèn LED trong lĩnh vực cơ sở làm vườn, tập trung ứng dụng đèn LED bổ sung trong nền tảng sinh học ánh sáng, đèn LED trồng cây trong quá trình hình thành ánh sáng thực vật, chất lượng dinh dưỡng và tác dụng làm chậm lão hóa, cấu tạo và ứng dụng công thức ánh sáng, phân tích và triển vọng về các vấn đề hiện tại và triển vọng của công nghệ ánh sáng bổ sung LED.

Ảnh hưởng của ánh sáng bổ sung LED đến sự phát triển của cây trồng làm vườn

Tác động điều hòa của ánh sáng đối với sự sinh trưởng và phát triển của thực vật bao gồm sự nảy mầm của hạt, sự kéo dài của thân, sự phát triển của lá và rễ, tính hướng quang, tổng hợp và phân hủy diệp lục và cảm ứng ra hoa. Các yếu tố môi trường chiếu sáng trong cơ sở bao gồm cường độ ánh sáng, chu kỳ ánh sáng và phân bố quang phổ. Các yếu tố có thể được điều chỉnh bằng cách bổ sung ánh sáng nhân tạo mà không bị giới hạn bởi điều kiện thời tiết.

Hiện nay, có ít nhất ba loại tế bào cảm quang ở thực vật: phytochrome (hấp thụ ánh sáng đỏ và ánh sáng đỏ xa), cryptochrome (hấp thụ ánh sáng xanh và gần tia cực tím) và UV-A và UV-B. Việc sử dụng nguồn ánh sáng có bước sóng cụ thể để chiếu xạ cây trồng có thể cải thiện hiệu quả quang hợp của thực vật, đẩy nhanh quá trình hình thành ánh sáng và thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của thực vật. Ánh sáng đỏ cam (610 ~ 720 nm) và ánh sáng tím xanh (400 ~ 510 nm) được sử dụng trong quá trình quang hợp ở thực vật. Sử dụng công nghệ LED, ánh sáng đơn sắc (như ánh sáng đỏ có đỉnh 660nm, ánh sáng xanh có đỉnh 450nm, v.v.) có thể được bức xạ theo dải hấp thụ mạnh nhất của diệp lục và độ rộng miền quang phổ chỉ ± 20 nm.

Hiện nay người ta tin rằng ánh sáng màu đỏ cam sẽ đẩy nhanh đáng kể sự phát triển của thực vật, thúc đẩy sự tích tụ chất khô, hình thành củ, củ, củ lá và các cơ quan thực vật khác, khiến cây nở hoa và kết trái sớm hơn, phát huy tác dụng. vai trò hàng đầu trong việc tăng cường màu sắc thực vật; Ánh sáng xanh và tím có thể kiểm soát tính hướng quang của lá cây, thúc đẩy quá trình mở khí khổng và chuyển động của lục lạp, ức chế sự kéo dài của thân, ngăn chặn sự kéo dài của cây, trì hoãn sự ra hoa của cây và thúc đẩy sự phát triển của các cơ quan sinh dưỡng; sự kết hợp giữa đèn LED màu đỏ và màu xanh lam có thể bù đắp cho lượng ánh sáng không đủ của một màu của cả hai và tạo thành đỉnh hấp thụ quang phổ về cơ bản phù hợp với quá trình quang hợp và hình thái học của cây trồng. Tỷ lệ sử dụng năng lượng ánh sáng có thể đạt 80% đến 90% và hiệu quả tiết kiệm năng lượng là đáng kể.

Được trang bị đèn bổ sung LED trong cơ sở làm vườn có thể đạt được sự gia tăng đáng kể về sản lượng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng số lượng quả, tổng sản lượng và trọng lượng của từng quả cà chua bi dưới ánh sáng bổ sung 300 μmol/(m2·s) dải đèn LED và đèn LED trong 12h (8:00-20:00) tăng lên đáng kể. tăng. Ánh sáng bổ sung của dải LED đã tăng lần lượt là 42,67%, 66,89% và 16,97%, và ánh sáng bổ sung của đèn LED tăng lần lượt là 48,91%, 94,86% và 30,86%. Đèn bổ sung LED của thiết bị chiếu sáng trồng trọt LED trong toàn bộ thời kỳ sinh trưởng [tỷ lệ ánh sáng đỏ và xanh là 3:2 và cường độ ánh sáng là 300 μmol/(m2·s)] có thể làm tăng đáng kể chất lượng và năng suất của từng quả trên một đơn vị diện tích chiehwa và cà tím. Chikuquan tăng 5,3% và 15,6%, cà tím tăng 7,6% và 7,8%. Thông qua chất lượng ánh sáng LED, cường độ và thời gian của toàn bộ thời kỳ sinh trưởng, chu kỳ sinh trưởng của cây trồng có thể được rút ngắn, năng suất thương mại, chất lượng dinh dưỡng và giá trị hình thái của các sản phẩm nông nghiệp có thể được cải thiện, đồng thời mang lại hiệu quả cao, tiết kiệm năng lượng và có thể thực hiện được việc sản xuất thông minh các loại cây trồng làm vườn.

Ứng dụng đèn LED bổ sung trong trồng rau giống

Điều hòa hình thái thực vật và sinh trưởng, phát triển bằng nguồn sáng LED là một công nghệ quan trọng trong lĩnh vực canh tác nhà kính. Thực vật bậc cao có thể cảm nhận và nhận tín hiệu ánh sáng thông qua các hệ thống tế bào cảm quang như phytochrome, cryptochrome và tế bào cảm quang, đồng thời tiến hành các thay đổi hình thái thông qua các chất truyền tin nội bào để điều chỉnh các mô và cơ quan thực vật. Quang hình có nghĩa là thực vật dựa vào ánh sáng để kiểm soát sự biệt hóa tế bào, những thay đổi về cấu trúc và chức năng, cũng như sự hình thành các mô và cơ quan, bao gồm ảnh hưởng đến sự nảy mầm của một số hạt, thúc đẩy sự thống trị của ngọn, ức chế sự phát triển của chồi bên, sự kéo dài của thân. và chủ nghĩa nhiệt đới.

Trồng cây giống rau là một phần quan trọng của cơ sở nông nghiệp. Thời tiết mưa liên tục sẽ khiến cơ sở không đủ ánh sáng, cây con dễ bị dài ra, ảnh hưởng đến sự phát triển của rau, sự phân hóa nụ hoa và sự phát triển của quả, cuối cùng ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng. Trong sản xuất, một số chất điều hòa sinh trưởng thực vật như gibberellin, auxin, paclobutrazol và chlormequat được sử dụng để điều hòa sự phát triển của cây con. Tuy nhiên, việc sử dụng chất điều hòa sinh trưởng thực vật không hợp lý dễ gây ô nhiễm môi trường rau và cơ sở sản xuất, gây bất lợi cho sức khỏe con người.

Đèn bổ sung LED có nhiều ưu điểm độc đáo của đèn bổ sung và việc sử dụng đèn bổ sung LED để ươm cây con là một cách khả thi. Trong thí nghiệm về ánh sáng bổ sung LED [25±5 μmol/(m2·s)] được tiến hành trong điều kiện ánh sáng yếu [0~35 μmol/(m2·s)], người ta nhận thấy rằng ánh sáng xanh thúc đẩy sự kéo dài và tăng trưởng của cây giống dưa chuột. Ánh sáng đỏ và ánh sáng xanh ức chế sự phát triển của cây con. So với ánh sáng yếu tự nhiên, chỉ số cây con khỏe mạnh của cây con được bổ sung ánh sáng đỏ và xanh tăng lần lượt là 151,26% và 237,98%. So với chất lượng ánh sáng đơn sắc, chỉ số cây con khoẻ có chứa thành phần đỏ và xanh khi xử lý ánh sáng hỗn hợp bổ sung ánh sáng tăng 304,46%.

Thêm ánh sáng đỏ vào cây giống dưa chuột có thể làm tăng số lượng lá thật, diện tích lá, chiều cao cây, đường kính thân, chất lượng khô và tươi, chỉ số cây con khỏe, sức sống của rễ, hoạt động SOD và hàm lượng protein hòa tan của cây giống dưa chuột. Bổ sung UV-B có thể làm tăng hàm lượng diệp lục a, diệp lục b và carotenoid trong lá giống dưa chuột. So với ánh sáng tự nhiên, việc bổ sung ánh sáng LED đỏ và xanh có thể làm tăng đáng kể diện tích lá, chất lượng chất khô và chỉ số cây con cao của cây giống cà chua. Bổ sung đèn LED đỏ và đèn xanh giúp tăng đáng kể chiều cao và độ dày thân của cây giống cà chua. Việc xử lý bằng ánh sáng bổ sung ánh sáng xanh bằng đèn LED có thể làm tăng đáng kể sinh khối của cây giống dưa chuột và cà chua, đồng thời trọng lượng tươi và khô của cây con tăng lên khi cường độ ánh sáng bổ sung ánh sáng xanh tăng lên, đồng thời thân dày và chỉ số cây con khỏe của cà chua cây con đều đi theo đèn bổ sung đèn xanh. Sự gia tăng sức mạnh tăng lên. Sự kết hợp giữa ánh sáng đỏ và xanh lam của đèn LED có thể làm tăng độ dày thân, diện tích lá, trọng lượng khô của toàn bộ cây, tỷ lệ rễ và chồi và chỉ số cây con mạnh mẽ của cà tím. So với ánh sáng trắng, ánh sáng đỏ LED có thể làm tăng sinh khối của cây bắp cải và thúc đẩy sự phát triển kéo dài và mở rộng lá của cây bắp cải. Ánh sáng xanh LED thúc đẩy sự phát triển dày đặc, tích lũy chất khô và chỉ số cây con mạnh của cây giống bắp cải, đồng thời làm cho cây giống bắp cải lùn đi. Kết quả trên cho thấy ưu điểm của cây rau giống trồng bằng công nghệ điều tiết ánh sáng là rất rõ ràng.

Ảnh hưởng của ánh sáng bổ sung LED đến chất lượng dinh dưỡng của rau quả

Protein, đường, axit hữu cơ và vitamin có trong rau quả là những nguyên liệu dinh dưỡng có lợi cho sức khỏe con người. Chất lượng ánh sáng có thể ảnh hưởng đến hàm lượng VC trong thực vật bằng cách điều chỉnh hoạt động của enzyme tổng hợp và phân hủy VC, đồng thời nó có thể điều chỉnh quá trình chuyển hóa protein và tích lũy carbohydrate trong cây trồng làm vườn. Ánh sáng đỏ thúc đẩy quá trình tích lũy carbohydrate, xử lý ánh sáng xanh có lợi cho sự hình thành protein, trong khi sự kết hợp giữa ánh sáng đỏ và xanh có thể cải thiện chất lượng dinh dưỡng của thực vật cao hơn đáng kể so với ánh sáng đơn sắc.

Thêm đèn LED màu đỏ hoặc xanh lam có thể làm giảm hàm lượng nitrat trong rau diếp, thêm đèn LED màu xanh lam hoặc xanh lục có thể thúc đẩy sự tích tụ đường hòa tan trong rau diếp và thêm đèn LED hồng ngoại có lợi cho sự tích tụ VC trong rau diếp. Kết quả cho thấy việc bổ sung ánh sáng xanh có thể cải thiện hàm lượng VC và hàm lượng protein hòa tan trong cà chua; ánh sáng đỏ và ánh sáng kết hợp xanh đỏ có thể thúc đẩy hàm lượng đường và axit trong quả cà chua, và tỷ lệ đường trên axit cao nhất dưới ánh sáng kết hợp xanh đỏ; ánh sáng kết hợp xanh đỏ có thể cải thiện hàm lượng VC trong quả dưa chuột.

Các phenol, flavonoid, anthocyanin và các chất khác trong trái cây và rau quả không chỉ có ảnh hưởng quan trọng đến màu sắc, hương vị và giá trị hàng hóa của trái cây và rau quả mà còn có hoạt tính chống oxy hóa tự nhiên và có thể ức chế hoặc loại bỏ các gốc tự do trong cơ thể con người một cách hiệu quả.

Sử dụng ánh sáng xanh LED để bổ sung ánh sáng có thể làm tăng đáng kể hàm lượng anthocyanin trong vỏ cà tím lên 73,6%, trong khi sử dụng ánh sáng đỏ LED và sự kết hợp giữa ánh sáng đỏ và xanh lam có thể làm tăng hàm lượng flavonoid và tổng phenol. Ánh sáng xanh có thể thúc đẩy sự tích tụ lycopene, flavonoid và anthocyanin trong quả cà chua. Sự kết hợp giữa ánh sáng đỏ và xanh lam thúc đẩy sản xuất anthocyanin ở một mức độ nhất định, nhưng lại ức chế quá trình tổng hợp flavonoid. So với xử lý bằng ánh sáng trắng, xử lý bằng ánh sáng đỏ có thể làm tăng đáng kể hàm lượng anthocyanin trong chồi rau diếp, nhưng xử lý bằng ánh sáng xanh có hàm lượng anthocyanin thấp nhất. Hàm lượng phenol tổng số của xà lách lá xanh, lá tím và lá đỏ cao hơn khi xử lý bằng ánh sáng trắng, kết hợp ánh sáng đỏ-xanh và ánh sáng xanh, nhưng thấp nhất khi xử lý bằng ánh sáng đỏ. Bổ sung đèn cực tím LED hoặc ánh sáng màu cam có thể làm tăng hàm lượng hợp chất phenolic trong lá rau diếp, đồng thời bổ sung ánh sáng xanh có thể làm tăng hàm lượng anthocyanin. Vì vậy, việc sử dụng đèn LED trồng trọt là một cách hiệu quả để điều chỉnh chất lượng dinh dưỡng của trái cây và rau quả trong cơ sở canh tác làm vườn.

Tác dụng của đèn LED bổ sung trong việc chống lão hóa cây trồng

Sự suy thoái chất diệp lục, mất protein nhanh và thủy phân RNA trong quá trình lão hóa thực vật chủ yếu được biểu hiện ở sự lão hóa của lá. Lục lạp rất nhạy cảm với những thay đổi của môi trường ánh sáng bên ngoài, đặc biệt bị ảnh hưởng bởi chất lượng ánh sáng. Ánh sáng đỏ, ánh sáng xanh và ánh sáng kết hợp đỏ-xanh có lợi cho quá trình hình thành lục lạp, ánh sáng xanh có lợi cho sự tích tụ các hạt tinh bột trong lục lạp, còn ánh sáng đỏ và ánh sáng đỏ xa có tác động tiêu cực đến sự phát triển của lục lạp. Sự kết hợp giữa ánh sáng xanh và ánh sáng đỏ và xanh có thể thúc đẩy quá trình tổng hợp chất diệp lục trong lá cây dưa chuột, và sự kết hợp giữa ánh sáng đỏ và xanh cũng có thể trì hoãn sự suy giảm hàm lượng chất diệp lục trong lá ở giai đoạn sau. Hiệu ứng này rõ ràng hơn khi tỷ lệ ánh sáng đỏ giảm và tỷ lệ ánh sáng xanh tăng. Hàm lượng chất diệp lục trong lá cây dưa chuột dưới xử lý ánh sáng kết hợp đỏ và xanh lam bằng đèn LED cao hơn đáng kể so với xử lý dưới ánh sáng huỳnh quang và xử lý ánh sáng đỏ và xanh đơn sắc. Ánh sáng xanh LED có thể làm tăng đáng kể giá trị a/b diệp lục của cây giống Wutacai và tỏi xanh.

Trong quá trình lão hóa có các cytokinin (CTK), auxin (IAA), sự thay đổi hàm lượng axit abscisic (ABA) và nhiều thay đổi khác nhau trong hoạt động của enzyme. Hàm lượng hormone thực vật dễ bị ảnh hưởng bởi môi trường ánh sáng. Chất lượng ánh sáng khác nhau có tác dụng điều chỉnh khác nhau đối với hormone thực vật và các bước đầu tiên của quá trình truyền tín hiệu ánh sáng liên quan đến cytokinin.

CTK thúc đẩy sự phát triển của tế bào lá, tăng cường quá trình quang hợp của lá, đồng thời ức chế hoạt động của ribonuclease, deoxyribonuclease và protease, đồng thời làm chậm sự phân hủy của axit nucleic, protein và diệp lục, do đó có thể làm chậm đáng kể quá trình lão hóa của lá. Có sự tương tác giữa ánh sáng và sự điều hòa phát triển qua trung gian CTK, và ánh sáng có thể kích thích sự gia tăng nồng độ cytokinin nội sinh. Khi mô thực vật ở trạng thái lão hóa, hàm lượng cytokinin nội sinh của chúng giảm đi.

IAA chủ yếu tập trung ở các bộ phận phát triển mạnh mẽ và có rất ít hàm lượng trong các mô hoặc cơ quan lão hóa. Ánh sáng tím có thể làm tăng hoạt động của indole acetic acid oxidase và nồng độ IAA thấp có thể ức chế sự kéo dài và phát triển của thực vật.

ABA chủ yếu được hình thành trong các mô lá già, quả trưởng thành, hạt, thân, rễ và các bộ phận khác. Hàm lượng ABA của dưa chuột và bắp cải dưới sự kết hợp giữa ánh sáng đỏ và xanh thấp hơn so với ánh sáng trắng và ánh sáng xanh.

Peroxidase (POD), superoxide effutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX), catalase (CAT) là các enzyme bảo vệ quan trọng hơn và liên quan đến ánh sáng ở thực vật. Nếu cây già đi, hoạt động của các enzyme này sẽ giảm nhanh chóng.

Chất lượng ánh sáng khác nhau có ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động của enzyme chống oxy hóa thực vật. Sau 9 ngày xử lý bằng đèn đỏ, hoạt động APX của cây cải dầu tăng lên đáng kể và hoạt động POD giảm đi. Hoạt tính POD của cà chua sau 15 ngày chiếu ánh sáng đỏ và ánh sáng xanh cao hơn so với ánh sáng trắng lần lượt là 20,9% và 11,7%. Sau 20 ngày xử lý bằng đèn xanh, hoạt tính POD của cà chua thấp nhất, chỉ bằng 55,4% ánh sáng trắng. Bổ sung ánh sáng xanh 4h có thể làm tăng đáng kể hàm lượng protein hòa tan, hoạt động của enzyme POD, SOD, APX và CAT trong lá dưa leo ở giai đoạn cây con. Ngoài ra, hoạt tính của SOD và APX giảm dần theo thời gian chiếu sáng kéo dài. Hoạt tính của SOD và APX dưới ánh sáng xanh và đỏ giảm chậm nhưng luôn cao hơn so với ánh sáng trắng. Chiếu xạ ánh sáng đỏ làm giảm đáng kể hoạt động peroxidase và IAA peroxidase của lá cà chua và IAA peroxidase của lá cà tím, nhưng lại khiến hoạt động peroxidase của lá cà tím tăng lên đáng kể. Do đó, việc áp dụng chiến lược chiếu sáng bổ sung LED hợp lý có thể làm chậm quá trình lão hóa của cây trồng trong cơ sở một cách hiệu quả và cải thiện năng suất cũng như chất lượng.

Xây dựng và ứng dụng công thức đèn LED

Sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng bị ảnh hưởng đáng kể bởi chất lượng ánh sáng và các tỷ lệ thành phần khác nhau của nó. Công thức ánh sáng chủ yếu bao gồm một số yếu tố như tỷ lệ chất lượng ánh sáng, cường độ ánh sáng và thời gian chiếu sáng. Vì các loại cây khác nhau có yêu cầu về ánh sáng khác nhau và các giai đoạn sinh trưởng, phát triển khác nhau nên cần có sự kết hợp tốt nhất giữa chất lượng ánh sáng, cường độ ánh sáng và thời gian bổ sung ánh sáng cho cây trồng.

 Tỷ lệ quang phổ ánh sáng

So với ánh sáng trắng và ánh sáng đỏ và xanh đơn lẻ, sự kết hợp giữa ánh sáng đỏ và xanh LED có lợi thế toàn diện đối với sự sinh trưởng và phát triển của cây giống dưa chuột và bắp cải.

Khi tỷ lệ ánh sáng đỏ và xanh là 8:2, độ dày thân cây, chiều cao cây, trọng lượng khô của cây, trọng lượng tươi, chỉ số cây con khỏe, v.v., đều tăng lên đáng kể và nó cũng có lợi cho sự hình thành ma trận lục lạp và lamella cơ bản và đầu ra của các vấn đề đồng hóa.

Việc sử dụng kết hợp chất lượng đỏ, xanh lá cây và xanh lam cho giá đỗ đỏ có lợi cho sự tích lũy chất khô của nó, đồng thời ánh sáng xanh có thể thúc đẩy quá trình tích lũy chất khô của giá đỗ đỏ. Sự tăng trưởng rõ ràng nhất khi tỷ lệ ánh sáng đỏ, lục và lam là 6:2:1. Hiệu quả kéo dài hypocotyl của mầm đậu đỏ là tốt nhất trong tỷ lệ ánh sáng đỏ và xanh là 8: 1, và độ giãn dài của hypocotyl của mầm đậu đỏ rõ ràng bị ức chế dưới tỷ lệ ánh sáng đỏ và xanh là 6: 3, nhưng protein hòa tan nội dung là cao nhất.

Khi tỷ lệ ánh sáng đỏ và xanh là 8:1 đối với cây mướp thì chỉ số cây con khỏe và hàm lượng đường hòa tan của cây mướp là cao nhất. Khi sử dụng chất lượng ánh sáng có tỷ lệ ánh sáng đỏ và xanh là 6:3 thì hàm lượng diệp lục a, tỷ lệ diệp lục a/b và hàm lượng protein hòa tan của cây xơ mướp là cao nhất.

Khi sử dụng tỷ lệ 3: 1 của ánh sáng đỏ và xanh cho cần tây, nó có thể thúc đẩy hiệu quả việc tăng chiều cao cây cần tây, chiều dài cuống lá, số lá, chất lượng chất khô, hàm lượng VC, hàm lượng protein hòa tan và hàm lượng đường hòa tan. Trong trồng cà chua, việc tăng tỷ lệ ánh sáng xanh LED sẽ thúc đẩy sự hình thành lycopene, axit amin tự do và flavonoid, đồng thời tăng tỷ lệ ánh sáng đỏ sẽ thúc đẩy sự hình thành các axit có thể chuẩn độ. Khi ánh sáng có tỷ lệ ánh sáng đỏ và xanh trên lá rau diếp là 8:1 sẽ có lợi cho việc tích tụ carotenoid, đồng thời làm giảm hàm lượng nitrat và tăng hàm lượng VC một cách hiệu quả.

 Cường độ ánh sáng

Cây trồng dưới ánh sáng yếu dễ bị ức chế quang hơn so với dưới ánh sáng mạnh. Tốc độ quang hợp thực của cây giống cà chua tăng khi cường độ ánh sáng tăng [50, 150, 200, 300, 450, 550μmol/(m²·s)], cho thấy xu hướng lúc đầu tăng rồi giảm dần và ở mức 300μmol/(m² ·s) để đạt mức tối đa. Chiều cao cây, diện tích lá, hàm lượng nước và hàm lượng VC của rau diếp tăng đáng kể khi xử lý cường độ ánh sáng 150μmol/(m2·s). Dưới xử lý cường độ ánh sáng 200μmol/(m2·s), trọng lượng tươi, tổng trọng lượng và hàm lượng axit amin tự do tăng đáng kể và khi xử lý cường độ ánh sáng 300μmol/(m2·s), diện tích lá, hàm lượng nước , diệp lục a, diệp lục a+b và carotenoid của rau diếp đều giảm. So với bóng tối, với sự gia tăng cường độ ánh sáng phát triển của đèn LED [3, 9, 15 μmol/(m²·s)], hàm lượng diệp lục a, diệp lục b và diệp lục a+b của giá đỗ đen tăng lên đáng kể. Hàm lượng VC cao nhất ở mức 3μmol/(m2·s), hàm lượng protein hòa tan, đường hòa tan và sucrose cao nhất ở mức 9μmol/(m2·s). Trong cùng điều kiện nhiệt độ, khi tăng cường độ ánh sáng [(2~2,5)lx×103 lx, (4~4,5)lx×103 lx, (6~6,5)lx×103 lx], thời gian mạ của cây tiêu giống bị rút ngắn, hàm lượng đường hòa tan tăng lên nhưng hàm lượng diệp lục a và carotenoid giảm dần.

 Giờ nhẹ nhàng

Kéo dài thời gian chiếu sáng đúng cách có thể làm giảm căng thẳng ánh sáng yếu do cường độ ánh sáng không đủ ở một mức độ nhất định, giúp tích lũy các sản phẩm quang hợp của cây trồng làm vườn và đạt được hiệu quả tăng năng suất và cải thiện chất lượng. Hàm lượng VC trong rau mầm có xu hướng tăng dần theo thời gian chiếu sáng kéo dài (0, 4, 8, 12, 16, 20h/ngày), trong khi hàm lượng axit amin tự do, hoạt tính SOD và CAT đều có xu hướng giảm. Với việc kéo dài thời gian chiếu sáng (12, 15, 18h), trọng lượng tươi của cây bắp cải tăng lên đáng kể. Hàm lượng VC trong lá và thân bắp cải đạt cao nhất lần lượt ở thời điểm 15 và 12 giờ. Hàm lượng protein hòa tan trong lá bắp cải giảm dần nhưng ở thân đạt cao nhất sau 15h. Hàm lượng đường hòa tan trong lá bắp cải tăng dần, trong đó ở thân đạt cao nhất vào thời điểm 12h. Khi tỷ lệ ánh sáng đỏ và xanh là 1:2, so với thời gian chiếu sáng 12h, xử lý ánh sáng 20h làm giảm hàm lượng tương đối của tổng phenol và flavonoid trong rau diếp lá xanh, nhưng khi tỷ lệ ánh sáng đỏ và xanh là 2:1, xử lý bằng ánh sáng trong 20 giờ đã làm tăng đáng kể hàm lượng tương đối của tổng số phenol và flavonoid trong rau diếp lá xanh.

Từ những điều trên, có thể thấy rằng các công thức ánh sáng khác nhau có tác dụng khác nhau đến quá trình quang hợp, quang hình và chuyển hóa carbon và nitơ của các loại cây trồng khác nhau. Làm thế nào để có được công thức ánh sáng tốt nhất, cấu hình nguồn sáng và xây dựng chiến lược kiểm soát thông minh đòi hỏi các loài thực vật làm điểm khởi đầu và phải thực hiện các điều chỉnh phù hợp theo nhu cầu hàng hóa của cây trồng làm vườn, mục tiêu sản xuất, các yếu tố sản xuất, v.v. để đạt được mục tiêu kiểm soát thông minh môi trường ánh sáng và các loại cây trồng làm vườn chất lượng cao và năng suất cao trong điều kiện tiết kiệm năng lượng.

Những vấn đề hiện tại và triển vọng

Ưu điểm đáng kể của đèn LED trồng trọt là nó có thể thực hiện các điều chỉnh kết hợp thông minh theo phổ nhu cầu về đặc điểm quang hợp, hình thái, chất lượng và năng suất của các loại cây khác nhau. Các loại cây trồng khác nhau và các thời kỳ sinh trưởng khác nhau của cùng một loại cây trồng đều có những yêu cầu khác nhau về chất lượng ánh sáng, cường độ ánh sáng và chu kỳ quang. Điều này đòi hỏi phải phát triển và cải tiến hơn nữa việc nghiên cứu công thức nhẹ để hình thành cơ sở dữ liệu công thức nhẹ khổng lồ. Kết hợp với việc nghiên cứu và phát triển đèn chuyên nghiệp, có thể nhận ra giá trị tối đa của đèn bổ sung LED trong ứng dụng nông nghiệp, nhằm tiết kiệm năng lượng tốt hơn, nâng cao hiệu quả sản xuất và lợi ích kinh tế. Việc ứng dụng đèn LED phát triển trong cơ sở làm vườn đã cho thấy sức sống mãnh liệt, nhưng giá của các thiết bị hoặc thiết bị chiếu sáng LED tương đối cao và số tiền đầu tư một lần lớn. Yêu cầu về ánh sáng bổ sung của các loại cây trồng khác nhau trong các điều kiện môi trường khác nhau là không rõ ràng, phổ ánh sáng bổ sung, cường độ và thời gian chiếu sáng không hợp lý chắc chắn sẽ gây ra nhiều vấn đề khác nhau trong việc ứng dụng ngành chiếu sáng trồng trọt.

Tuy nhiên, với sự tiến bộ và cải tiến của công nghệ cũng như giảm chi phí sản xuất đèn LED trồng trọt, đèn LED bổ sung sẽ được sử dụng rộng rãi hơn trong cơ sở làm vườn. Đồng thời, sự phát triển và tiến bộ của hệ thống công nghệ ánh sáng bổ sung LED và sự kết hợp của năng lượng mới sẽ cho phép phát triển nhanh chóng nông nghiệp cơ sở, nông nghiệp gia đình, nông nghiệp đô thị và nông nghiệp không gian để đáp ứng nhu cầu của người dân về cây trồng làm vườn trong môi trường đặc biệt.

 


Thời gian đăng: 17-03-2021