[Resumen] Con base en una gran cantidad de datos experimentales, este artículo analiza varios aspectos importantes en la selección de la calidad de la luz en plantas de fabricación, incluyendo la selección de fuentes de luz, los efectos de la luz roja, azul y amarilla, y la selección de rangos espectrales, con el fin de comprender mejor la calidad de la luz en plantas de fabricación. La determinación de la estrategia de adaptación proporciona algunas soluciones prácticas que pueden utilizarse como referencia.
Selección de la fuente de luz

Las fábricas de plantas generalmente usan luces LED. Esto se debe a que las luces LED tienen las características de alta eficiencia luminosa, bajo consumo de energía, menor generación de calor, larga vida útil e intensidad de luz y espectro ajustables, que no solo pueden satisfacer los requisitos del crecimiento de las plantas y la acumulación efectiva de material, sino que también ahorran energía, reducen la generación de calor y los costos de electricidad. Las luces LED de cultivo se pueden dividir en luces LED de amplio espectro de un solo chip para uso general, luces LED de amplio espectro de un solo chip específicas para plantas y luces LED combinadas de espectro ajustable de múltiples chips. El precio de los dos últimos tipos de luces LED específicas para plantas generalmente es más de 5 veces el de las luces LED comunes, por lo que se deben seleccionar diferentes fuentes de luz según los diferentes propósitos. Para las grandes fábricas de plantas, los tipos de plantas que cultivan cambian con la demanda del mercado. Para reducir los costos de construcción y no afectar significativamente la eficiencia de la producción, el autor recomienda utilizar chips LED de amplio espectro para iluminación general como fuente de iluminación. En fábricas de pequeñas plantas, si los tipos de plantas son relativamente fijos, para lograr una alta eficiencia y calidad de producción sin aumentar significativamente el costo de construcción, se pueden utilizar chips LED de amplio espectro para iluminación específica o general de la planta. Para estudiar el efecto de la luz en el crecimiento de las plantas y la acumulación de sustancias eficaces, y así proporcionar la mejor fórmula de iluminación para la producción a gran escala en el futuro, se puede utilizar una combinación de múltiples chips de luces LED de espectro ajustable para modificar factores como la intensidad, el espectro y el tiempo de iluminación, y así obtener la fórmula de iluminación óptima para cada planta, sentando así las bases para la producción a gran escala.

La luz roja y azul

En lo que respecta a los resultados experimentales específicos, cuando el contenido de luz roja (R) es mayor que el de luz azul (B) (lechuga R:B = 6:2 y 7:3; espinaca R:B = 4:1; plántulas de calabaza R:B = 7:3; plántulas de pepino R:B = 7:3), el experimento mostró que el contenido de biomasa (incluida la altura de la planta de la parte aérea, el área foliar máxima, el peso fresco y el peso seco, etc.) fueron mayores, pero el diámetro del tallo y el índice de plántulas fuertes de las plantas fueron mayores cuando el contenido de luz azul fue mayor que el de luz roja. Para los indicadores bioquímicos, el contenido de luz roja superior al de luz azul generalmente es beneficioso para el aumento del contenido de azúcar soluble en las plantas. Sin embargo, para la acumulación de VC, proteína soluble, clorofila y carotenoides en las plantas, es más ventajoso utilizar iluminación LED con mayor contenido de luz azul que luz roja, y el contenido de malondialdehído también es relativamente bajo en esta condición de iluminación.

Dado que la planta se utiliza principalmente para el cultivo de hortalizas de hoja o la cría industrial de plántulas, los resultados anteriores permiten concluir que, para aumentar el rendimiento y garantizar la calidad, es conveniente utilizar chips LED con mayor contenido de luz roja que de luz azul como fuente de luz. Una mejor relación R:B = 7:3. Además, esta relación de luz roja y azul es aplicable a todo tipo de hortalizas de hoja o plántulas, sin requisitos específicos para cada planta.

Selección de longitud de onda roja y azul

Durante la fotosíntesis, la energía de la luz se absorbe principalmente a través de la clorofila a y la clorofila b. La figura a continuación muestra los espectros de absorción de la clorofila a y la clorofila b, donde la línea espectral verde es el espectro de absorción de la clorofila a y la línea espectral azul es el espectro de absorción de la clorofila b. Se puede ver en la figura que tanto la clorofila a como la clorofila b tienen dos picos de absorción, uno en la región de luz azul y el otro en la región de luz roja. Pero los 2 picos de absorción de la clorofila a y la clorofila b son ligeramente diferentes. Para ser precisos, las dos longitudes de onda máximas de la clorofila a son 430 nm y 662 nm, respectivamente, y las dos longitudes de onda máximas de la clorofila b son 453 nm y 642 nm, respectivamente. Estos cuatro valores de longitud de onda no cambiarán con diferentes plantas, por lo que la selección de longitudes de onda roja y azul en la fuente de luz no cambiará con diferentes especies de plantas.

Espectros de absorción de clorofila a y clorofila b

Se puede utilizar una iluminación LED común de amplio espectro como fuente de luz en la planta, siempre que la luz roja y azul cubran las dos longitudes de onda máximas de la clorofila a y la clorofila b. Es decir, el rango de longitud de onda de la luz roja generalmente oscila entre 620 y 680 nm, mientras que el de la luz azul oscila entre 400 y 480 nm. Sin embargo, el rango de longitud de onda de la luz roja y azul no debe ser demasiado amplio, ya que no solo desperdicia energía lumínica, sino que también puede tener otros efectos.

Si se utiliza una luz LED compuesta de chips rojos, amarillos y azules como fuente de luz de la fábrica de la planta, la longitud de onda máxima de la luz roja debe establecerse en la longitud de onda máxima de la clorofila a, es decir, a 660 nm, la longitud de onda máxima de la luz azul debe establecerse en la longitud de onda máxima de la clorofila b, es decir, a 450 nm.

El papel de la luz amarilla y verde

Es más apropiado cuando la proporción de luz roja, verde y azul es R:G:B = 6:1:3. Para determinar la longitud de onda máxima de la luz verde, dado que desempeña principalmente un papel regulador en el crecimiento de las plantas, solo necesita estar entre 530 y 550 nm.

Resumen

Este artículo analiza la estrategia de selección de la calidad de la luz en las fábricas de plantas desde aspectos teóricos y prácticos, incluyendo la selección del rango de longitud de onda de la luz roja y azul en la fuente de luz LED y el papel y la proporción de la luz amarilla y verde. En el proceso de crecimiento de las plantas, también debe considerarse exhaustivamente la correspondencia razonable entre los tres factores de intensidad de la luz, calidad de la luz y tiempo de luz, y su relación con los nutrientes, la temperatura y la humedad, y la concentración de CO2. Para la producción real, ya sea que planee utilizar una luz LED de amplio espectro o una combinación de múltiples chips de espectro sintonizable, la proporción de longitudes de onda es la consideración principal, ya que además de la calidad de la luz, otros factores se pueden ajustar en tiempo real durante la operación. Por lo tanto, la consideración más importante en la etapa de diseño de las fábricas de plantas debe ser la selección de la calidad de la luz.

Autor: Yong Xu

Fuente del artículo: Cuenta de WeChat de Tecnología de Ingeniería Agrícola (horticultura en invernadero)

Referencia: Yong Xu,Estrategia de selección de la calidad de la luz en fábricas de plantas [J]. Tecnología de Ingeniería Agrícola, 2022, 42(4): 22-25.