Nguồn bài viết: Tạp chí Nghiên cứu Cơ giới hóa Nông nghiệp;

Tác giả: Yingying Shan, Xinmin Shan, Song Gu.

Dưa hấu, là một loại cây trồng kinh tế điển hình, có nhu cầu thị trường lớn và yêu cầu chất lượng cao, nhưng việc trồng cây con lại khó khăn hơn so với dưa lưới và cà tím. Lý do chính là: dưa hấu là loại cây ưa sáng. Nếu không đủ ánh sáng sau khi gieo hạt, dưa hấu sẽ phát triển quá mức và tạo thành cây con rễ cao, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng cây con và sự sinh trưởng sau này. Thời gian từ khi gieo hạt đến khi trồng dưa hấu thường rơi vào khoảng từ tháng 12 năm đó đến tháng 2 năm sau, đây là mùa có nhiệt độ thấp nhất, ánh sáng yếu nhất và nguy cơ mắc bệnh cao nhất. Đặc biệt ở miền Nam Trung Quốc, rất thường xuyên xảy ra tình trạng không có nắng từ 10 ngày đến nửa tháng vào đầu mùa xuân. Nếu thời tiết liên tục âm u và có tuyết, thậm chí sẽ gây ra thiệt hại lớn về kinh tế cho người nông dân.

Làm thế nào để sử dụng nguồn sáng nhân tạo, ví dụ như ánh sáng từ đèn LED trồng cây, để bón “phân bón ánh sáng” cho cây trồng, bao gồm cả cây con dưa hấu trong điều kiện thiếu ánh sáng mặt trời, nhằm đạt được mục đích tăng năng suất, hiệu quả cao, chất lượng cao, khả năng kháng bệnh và không gây ô nhiễm, đồng thời thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng, đã là hướng nghiên cứu trọng điểm của các nhà khoa học sản xuất nông nghiệp trong nhiều năm qua.

Những năm gần đây, các nghiên cứu tiếp tục phát hiện ra rằng tỷ lệ ánh sáng đỏ và xanh khác nhau cũng có ảnh hưởng đáng kể đến sự phát triển của cây con. Ví dụ, nhà nghiên cứu Tang Dawei và cộng sự đã tìm thấy rằng tỷ lệ ánh sáng đỏ/xanh R/B = 7:3 là tốt nhất cho sự phát triển của cây dưa chuột con; nhà nghiên cứu Gao Yi và cộng sự đã chỉ ra trong bài báo của họ rằng nguồn sáng hỗn hợp R/B = 8:1 là cấu hình ánh sáng bổ sung phù hợp nhất cho sự phát triển của cây mướp con.

Trước đây, một số người đã thử sử dụng các nguồn sáng nhân tạo như đèn huỳnh quang và đèn natri để tiến hành thí nghiệm ươm cây con, nhưng kết quả không khả quan. Từ những năm 1990, đã có những nghiên cứu về việc trồng cây con bằng đèn LED làm nguồn sáng bổ sung.

Đèn LED trồng cây có những ưu điểm như tiết kiệm năng lượng, thân thiện với môi trường, an toàn và đáng tin cậy, tuổi thọ cao, kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, sinh nhiệt thấp và khả năng phân tán ánh sáng tốt hoặc điều khiển kết hợp. Có thể kết hợp theo nhu cầu để thu được ánh sáng đơn sắc thuần túy và quang phổ hỗn hợp, và hiệu suất sử dụng năng lượng ánh sáng có thể đạt 80% - 90%. Nó được coi là nguồn sáng tốt nhất trong canh tác.

Hiện nay, ở Trung Quốc đã có rất nhiều nghiên cứu về việc trồng lúa, dưa chuột và rau bina bằng nguồn sáng LED thuần túy, và đã đạt được một số tiến bộ. Tuy nhiên, đối với cây dưa hấu, một loại cây khó trồng, công nghệ hiện tại vẫn đang ở giai đoạn sử dụng ánh sáng tự nhiên, và đèn LED chỉ được dùng làm nguồn sáng bổ sung.

Trước những vấn đề nêu trên, bài báo này sẽ cố gắng sử dụng ánh sáng LED làm nguồn sáng thuần túy để nghiên cứu tính khả thi của việc nhân giống cây dưa hấu và tỷ lệ quang thông tối ưu nhằm nâng cao chất lượng cây giống dưa hấu mà không cần dựa vào ánh sáng mặt trời, nhằm cung cấp cơ sở lý thuyết và dữ liệu hỗ trợ cho việc kiểm soát ánh sáng đối với cây giống dưa hấu trong các cơ sở sản xuất.

A.Quy trình và kết quả thử nghiệm

1. Vật liệu thí nghiệm và xử lý bằng ánh sáng

Giống dưa hấu ZAOJIA 8424 được sử dụng trong thí nghiệm, và giá thể ươm cây là Jinhai Jinjin 3. Địa điểm thử nghiệm được chọn là nhà máy sản xuất cây giống bằng đèn LED tại thành phố Quzhou, và thiết bị chiếu sáng LED được sử dụng làm nguồn sáng thử nghiệm. Thí nghiệm kéo dài 5 chu kỳ. Mỗi chu kỳ thí nghiệm là 25 ngày, tính từ khi ngâm hạt, nảy mầm đến khi cây con phát triển. Thời gian chiếu sáng là 8 giờ. Nhiệt độ trong nhà dao động từ 25°C đến 28°C vào ban ngày (7:00-17:00) và từ 15°C đến 18°C ​​vào buổi tối (17:00-7:00). Độ ẩm môi trường là 60% – 80%.

Đèn LED chiếu sáng dùng trong trồng cây sử dụng các hạt LED màu đỏ và xanh lam, với bước sóng màu đỏ là 660nm và bước sóng màu xanh lam là 450nm. Trong thí nghiệm, ánh sáng đỏ và xanh lam với tỷ lệ quang thông 5:1, 6:1 và 7:13 được sử dụng để so sánh.

2. Chỉ số và phương pháp đo lường

Vào cuối mỗi chu kỳ, 3 cây con được chọn ngẫu nhiên để kiểm tra chất lượng cây con. Các chỉ số bao gồm trọng lượng khô và trọng lượng tươi, chiều cao cây, đường kính thân, số lá, diện tích lá riêng và chiều dài rễ. Trong đó, chiều cao cây, đường kính thân và chiều dài rễ có thể được đo bằng thước kẹp; số lá và số rễ có thể được đếm thủ công; trọng lượng khô và trọng lượng tươi và diện tích lá riêng có thể được tính bằng thước kẻ.

3. Phân tích thống kê dữ liệu

4. Kết quả

Kết quả thử nghiệm được thể hiện trong Bảng 1 và các hình 1-5.

Từ bảng 1 và hình 1-5, có thể thấy rằng khi tỷ lệ ánh sáng truyền qua tăng lên, trọng lượng tươi khô giảm, chiều cao cây tăng (có hiện tượng chiều dài vô ích), thân cây trở nên mảnh và nhỏ hơn, diện tích lá riêng giảm, và chiều dài rễ ngày càng ngắn đi.

B.Phân tích và đánh giá kết quả

1. Khi tỷ lệ ánh sáng truyền qua là 5:1, cây con dưa hấu phát triển tốt nhất.

2. Cây con thấp được chiếu sáng bằng đèn LED trồng cây có tỷ lệ ánh sáng xanh cao cho thấy ánh sáng xanh có tác dụng ức chế rõ rệt đối với sự phát triển của cây, đặc biệt là thân cây, và không có ảnh hưởng rõ rệt đến sự phát triển của lá; ánh sáng đỏ thúc đẩy sự phát triển của cây, và cây phát triển nhanh hơn khi tỷ lệ ánh sáng đỏ lớn, nhưng chiều dài của cây sẽ khác biệt rõ rệt, như thể hiện trong Hình 2.

3. Cây trồng cần tỷ lệ ánh sáng đỏ và xanh khác nhau trong các giai đoạn sinh trưởng khác nhau. Ví dụ, cây con dưa hấu cần nhiều ánh sáng xanh hơn ở giai đoạn đầu, có thể ức chế hiệu quả sự phát triển của cây con; nhưng ở giai đoạn sau, nó cần nhiều ánh sáng đỏ hơn. Nếu tỷ lệ ánh sáng xanh vẫn cao, cây con sẽ nhỏ và thấp.

4. Cường độ ánh sáng chiếu vào cây con dưa hấu ở giai đoạn đầu không được quá mạnh, vì sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển sau này của cây. Cách tốt hơn là sử dụng ánh sáng yếu ở giai đoạn đầu và sau đó chuyển sang ánh sáng mạnh hơn.

5. Cần đảm bảo cường độ chiếu sáng đèn LED hợp lý. Người ta nhận thấy rằng nếu cường độ ánh sáng quá thấp, cây con sẽ sinh trưởng yếu và dễ bị chết. Cần đảm bảo cường độ chiếu sáng bình thường cho sự sinh trưởng của cây con không được thấp hơn 120W/ml; tuy nhiên, nếu cường độ chiếu sáng quá cao, sự thay đổi xu hướng sinh trưởng của cây con sẽ không rõ rệt, và mức tiêu thụ năng lượng sẽ tăng lên, điều này không có lợi cho việc ứng dụng trong tương lai của nhà máy.

C. Kết quả

Kết quả cho thấy việc sử dụng nguồn sáng LED thuần túy để trồng cây con dưa hấu trong phòng tối là khả thi, và tỷ lệ quang thông 5:1 thuận lợi hơn cho sự phát triển của cây con dưa hấu so với tỷ lệ 6 hoặc 7 lần. Có ba điểm mấu chốt trong việc ứng dụng công nghệ LED trong canh tác công nghiệp cây con dưa hấu.

1. Tỷ lệ ánh sáng đỏ và xanh rất quan trọng. Trong giai đoạn đầu phát triển, cây con dưa hấu không thể được chiếu sáng bằng đèn LED trồng cây có quá nhiều ánh sáng xanh, nếu không sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển sau này.

2. Cường độ ánh sáng có ảnh hưởng quan trọng đến sự biệt hóa tế bào và cơ quan của cây con dưa hấu. Cường độ ánh sáng mạnh giúp cây con phát triển mạnh; cường độ ánh sáng yếu khiến cây con phát triển kém hiệu quả.

3. Ở giai đoạn cây con, so với cây con được trồng trong điều kiện cường độ ánh sáng thấp hơn 120 μmol/m2·s, cây con được trồng trong điều kiện cường độ ánh sáng cao hơn 150 μmol/m2·s phát triển chậm hơn khi được chuyển ra đồng ruộng.

Sự phát triển của cây con dưa hấu đạt hiệu quả tốt nhất khi tỷ lệ ánh sáng đỏ và xanh là 5:1. Dựa trên tác động khác nhau của ánh sáng xanh và ánh sáng đỏ lên cây trồng, phương pháp chiếu sáng tốt nhất là tăng tỷ lệ ánh sáng xanh một cách thích hợp trong giai đoạn đầu phát triển của cây con, và bổ sung thêm ánh sáng đỏ trong giai đoạn cuối phát triển của cây con; sử dụng ánh sáng yếu trong giai đoạn đầu, sau đó sử dụng ánh sáng mạnh hơn trong giai đoạn cuối.