[Tóm tắt] Dựa trên một lượng lớn dữ liệu thực nghiệm, bài báo này thảo luận một số vấn đề quan trọng trong việc lựa chọn chất lượng ánh sáng trong các nhà máy trồng cây, bao gồm việc lựa chọn nguồn sáng, tác động của ánh sáng đỏ, xanh lam và vàng, và việc lựa chọn dải phổ, nhằm cung cấp những hiểu biết sâu sắc về chất lượng ánh sáng trong các nhà máy trồng cây. Việc xác định chiến lược phù hợp đưa ra một số giải pháp thực tiễn có thể được sử dụng để tham khảo.
Lựa chọn nguồn sáng

Các nhà máy trồng cây thường sử dụng đèn LED. Điều này là do đèn LED có đặc điểm hiệu suất phát sáng cao, tiêu thụ năng lượng thấp, ít tỏa nhiệt, tuổi thọ cao và cường độ ánh sáng cũng như phổ ánh sáng có thể điều chỉnh, không chỉ đáp ứng được yêu cầu sinh trưởng của cây và tích lũy vật chất hiệu quả mà còn tiết kiệm năng lượng, giảm sinh nhiệt và chi phí điện. Đèn LED trồng cây có thể được chia nhỏ hơn nữa thành đèn LED phổ rộng đơn chip dùng cho mục đích chung, đèn LED phổ rộng đơn chip chuyên dụng cho cây trồng và đèn LED phổ điều chỉnh được kết hợp nhiều chip. Giá của hai loại đèn LED chuyên dụng cho cây trồng sau thường cao hơn gấp 5 lần so với đèn LED thông thường, vì vậy cần lựa chọn nguồn sáng khác nhau tùy theo mục đích sử dụng. Đối với các nhà máy trồng cây quy mô lớn, các loại cây trồng thay đổi theo nhu cầu thị trường. Để giảm chi phí xây dựng mà không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả sản xuất, tác giả khuyến nghị sử dụng chip LED phổ rộng dùng cho chiếu sáng chung làm nguồn sáng. Đối với các nhà máy trồng cây quy mô nhỏ, nếu các loại cây trồng tương đối cố định, để đạt được hiệu quả và chất lượng sản xuất cao mà không làm tăng đáng kể chi phí xây dựng, có thể sử dụng chip LED phổ rộng dùng cho chiếu sáng chuyên dụng hoặc chiếu sáng chung làm nguồn sáng. Nếu mục đích là nghiên cứu ảnh hưởng của ánh sáng đến sự sinh trưởng của cây trồng và sự tích lũy các chất có hiệu quả, nhằm cung cấp công thức chiếu sáng tối ưu cho sản xuất quy mô lớn trong tương lai, thì có thể sử dụng sự kết hợp nhiều chip đèn LED có phổ ánh sáng điều chỉnh được để thay đổi các yếu tố như cường độ ánh sáng, phổ ánh sáng và thời gian chiếu sáng, từ đó tìm ra công thức chiếu sáng tối ưu cho từng loại cây, tạo cơ sở cho sản xuất quy mô lớn.

Ánh sáng đỏ và xanh

Về kết quả thí nghiệm cụ thể, khi hàm lượng ánh sáng đỏ (R) cao hơn ánh sáng xanh (B) (rau diếp R:B = 6:2 và 7:3; rau bina R:B = 4:1; cây con bầu R:B = 7:3; cây con dưa chuột R:B = 7:3), thí nghiệm cho thấy hàm lượng sinh khối (bao gồm chiều cao phần trên mặt đất, diện tích lá tối đa, trọng lượng tươi và trọng lượng khô, v.v.) cao hơn, nhưng đường kính thân và chỉ số cây con khỏe mạnh lại lớn hơn khi hàm lượng ánh sáng xanh cao hơn ánh sáng đỏ. Đối với các chỉ số sinh hóa, hàm lượng ánh sáng đỏ cao hơn ánh sáng xanh nhìn chung có lợi cho việc tăng hàm lượng đường hòa tan trong cây. Tuy nhiên, đối với sự tích lũy vitamin C, protein hòa tan, chất diệp lục và carotenoid trong cây, việc sử dụng đèn LED có hàm lượng ánh sáng xanh cao hơn ánh sáng đỏ sẽ có lợi hơn, và hàm lượng malondialdehyde cũng tương đối thấp trong điều kiện chiếu sáng này.

Vì nhà máy trồng cây chủ yếu được sử dụng để trồng rau lá hoặc ươm giống công nghiệp, nên từ các kết quả trên có thể kết luận rằng, trên cơ sở tăng năng suất và đảm bảo chất lượng, việc sử dụng chip LED có hàm lượng ánh sáng đỏ cao hơn ánh sáng xanh làm nguồn sáng là phù hợp. Tỷ lệ tốt hơn là R:B = 7:3. Hơn nữa, tỷ lệ ánh sáng đỏ và xanh như vậy về cơ bản có thể áp dụng cho tất cả các loại rau lá hoặc cây con, và không có yêu cầu cụ thể nào đối với các loại cây khác nhau.

Lựa chọn bước sóng đỏ và xanh lam

Trong quá trình quang hợp, năng lượng ánh sáng chủ yếu được hấp thụ thông qua chất diệp lục a và chất diệp lục b. Hình dưới đây cho thấy phổ hấp thụ của chất diệp lục a và chất diệp lục b, trong đó vạch phổ màu xanh lá cây là phổ hấp thụ của chất diệp lục a, và vạch phổ màu xanh lam là phổ hấp thụ của chất diệp lục b. Có thể thấy từ hình vẽ rằng cả chất diệp lục a và chất diệp lục b đều có hai đỉnh hấp thụ, một ở vùng ánh sáng xanh lam và một ở vùng ánh sáng đỏ. Tuy nhiên, hai đỉnh hấp thụ của chất diệp lục a và chất diệp lục b hơi khác nhau. Cụ thể hơn, hai bước sóng đỉnh của chất diệp lục a lần lượt là 430 nm và 662 nm, và hai bước sóng đỉnh của chất diệp lục b lần lượt là 453 nm và 642 nm. Bốn giá trị bước sóng này sẽ không thay đổi đối với các loại cây khác nhau, vì vậy việc lựa chọn bước sóng đỏ và xanh lam trong nguồn sáng sẽ không thay đổi đối với các loài cây khác nhau.

Phổ hấp thụ của diệp lục a và diệp lục b

Đèn LED thông thường có phổ ánh sáng rộng có thể được sử dụng làm nguồn sáng cho nhà máy trồng cây, miễn là ánh sáng đỏ và xanh lam có thể bao phủ hai bước sóng cực đại của chất diệp lục a và chất diệp lục b, tức là phạm vi bước sóng của ánh sáng đỏ thường là 620~680 nm, trong khi ánh sáng xanh lam có phạm vi bước sóng từ 400 đến 480 nm. Tuy nhiên, phạm vi bước sóng của ánh sáng đỏ và xanh lam không nên quá rộng vì không chỉ lãng phí năng lượng ánh sáng mà còn có thể gây ra những tác động khác.

Nếu sử dụng đèn LED gồm các chip đỏ, vàng và xanh lam làm nguồn sáng cho nhà máy trồng cây, thì bước sóng cực đại của ánh sáng đỏ nên được đặt ở bước sóng cực đại của chất diệp lục a, tức là ở 660 nm, và bước sóng cực đại của ánh sáng xanh lam nên được đặt ở bước sóng cực đại của chất diệp lục b, tức là ở 450 nm.

Vai trò của đèn vàng và đèn xanh

Tỷ lệ ánh sáng đỏ, xanh lá cây và xanh dương là R:G:B=6:1:3 sẽ phù hợp hơn. Còn đối với việc xác định bước sóng cực đại của ánh sáng xanh lá cây, vì nó chủ yếu đóng vai trò điều tiết trong quá trình sinh trưởng của cây, nên chỉ cần nằm trong khoảng từ 530 đến 550 nm.

Bản tóm tắt

Bài viết này thảo luận về chiến lược lựa chọn chất lượng ánh sáng trong các nhà máy trồng cây từ cả khía cạnh lý thuyết và thực tiễn, bao gồm việc lựa chọn dải bước sóng của ánh sáng đỏ và xanh lam trong nguồn sáng LED cũng như vai trò và tỷ lệ của ánh sáng vàng và xanh lục. Trong quá trình sinh trưởng của cây, cần xem xét toàn diện sự kết hợp hợp lý giữa ba yếu tố cường độ ánh sáng, chất lượng ánh sáng và thời gian chiếu sáng, cùng mối quan hệ của chúng với chất dinh dưỡng, nhiệt độ, độ ẩm và nồng độ CO2. Đối với sản xuất thực tế, dù bạn dự định sử dụng đèn LED phổ rộng hay đèn LED đa chip có thể điều chỉnh phổ, tỷ lệ bước sóng vẫn là yếu tố cần cân nhắc hàng đầu, bởi vì ngoài chất lượng ánh sáng, các yếu tố khác có thể được điều chỉnh theo thời gian thực trong quá trình vận hành. Do đó, yếu tố quan trọng nhất trong giai đoạn thiết kế nhà máy trồng cây chính là việc lựa chọn chất lượng ánh sáng.

Tác giả: Yong Xu

Nguồn bài viết: Tài khoản Wechat của Khoa Công nghệ Kỹ thuật Nông nghiệp (trồng trọt trong nhà kính)

Người tham khảo: Yong Xu,Chiến lược lựa chọn chất lượng ánh sáng trong nhà máy trồng cây [J]. Công nghệ kỹ thuật nông nghiệp, 2022, 42(4): 22-25.