[Muhtasari] Kulingana na idadi kubwa ya data ya majaribio, makala haya yanajadili masuala kadhaa muhimu katika uteuzi wa ubora wa mwanga katika viwanda vya mimea, ikiwa ni pamoja na uteuzi wa vyanzo vya mwanga, athari za mwanga mwekundu, bluu na njano, na uteuzi wa safu za spektri, ili kutoa ufahamu kuhusu ubora wa mwanga katika viwanda vya mimea. Uamuzi wa mkakati wa kulinganisha hutoa suluhisho za vitendo ambazo zinaweza kutumika kwa marejeleo.
Uchaguzi wa chanzo cha mwanga

Viwanda vya mimea kwa ujumla hutumia taa za LED. Hii ni kwa sababu taa za LED zina sifa za ufanisi mkubwa wa mwangaza, matumizi ya chini ya nishati, uzalishaji mdogo wa joto, maisha marefu na nguvu ya mwanga inayoweza kurekebishwa na wigo, ambayo haiwezi tu kukidhi mahitaji ya ukuaji wa mimea na mkusanyiko mzuri wa nyenzo, lakini pia kuokoa nishati, kupunguza uzalishaji wa joto na gharama za umeme. Taa za LED za kukua zinaweza kugawanywa zaidi katika taa za LED zenye wigo mpana wa chip moja kwa madhumuni ya jumla, taa za LED zenye wigo mpana wa chip moja kwa madhumuni ya jumla, na taa za LED zenye wigo mpana zinazoweza kurekebishwa za chip nyingi. Bei ya aina mbili za mwisho za taa za LED maalum kwa mimea kwa ujumla ni zaidi ya mara 5 ya taa za kawaida za LED, kwa hivyo vyanzo tofauti vya mwanga vinapaswa kuchaguliwa kulingana na madhumuni tofauti. Kwa viwanda vikubwa vya mimea, aina za mimea wanayokua hubadilika kulingana na mahitaji ya soko. Ili kupunguza gharama za ujenzi na kutoathiri sana ufanisi wa uzalishaji, mwandishi anapendekeza kutumia chips za LED zenye wigo mpana kwa taa za jumla kama chanzo cha taa. Kwa viwanda vidogo vya mimea, ikiwa aina za mimea hazibadiliki kiasi, ili kupata ufanisi na ubora wa juu wa uzalishaji bila kuongeza gharama ya ujenzi kwa kiasi kikubwa, chipsi za LED zenye wigo mpana kwa ajili ya taa maalum za mimea au za jumla zinaweza kutumika kama chanzo cha taa. Ikiwa ni kusoma athari za mwanga kwenye ukuaji wa mimea na mkusanyiko wa vitu vyenye ufanisi, ili kutoa fomula bora ya mwanga kwa ajili ya uzalishaji mkubwa katika siku zijazo, mchanganyiko wa taa za LED zenye wigo mwingi unaoweza kurekebishwa unaweza kutumika kubadilisha mambo kama vile nguvu ya mwanga, wigo na muda wa mwanga ili kupata fomula bora ya mwanga kwa kila mmea na hivyo kutoa msingi wa uzalishaji mkubwa.

Taa nyekundu na bluu

Kuhusu matokeo maalum ya majaribio, wakati kiwango cha mwanga mwekundu (R) kiko juu kuliko kile cha mwanga wa bluu (B) (lettuce R:B = 6:2 na 7:3; mchicha R:B = 4:1; miche ya mtango R:B = 7:3; miche ya tango R:B = 7:3), jaribio lilionyesha kuwa kiwango cha majani (ikiwa ni pamoja na urefu wa mmea wa sehemu ya angani, eneo la juu la majani, uzito mpya na uzito mkavu, n.k.) kilikuwa cha juu zaidi, lakini kipenyo cha shina na faharisi kali ya miche ya mimea ilikuwa kubwa zaidi wakati kiwango cha mwanga wa bluu kilikuwa cha juu kuliko kile cha mwanga mwekundu. Kwa viashiria vya kibiokemikali, kiwango cha mwanga mwekundu kilicho juu kuliko mwanga wa bluu kwa ujumla kina manufaa kwa ongezeko la kiwango cha sukari mumunyifu katika mimea. Hata hivyo, kwa mkusanyiko wa VC, protini mumunyifu, klorofili na karotenoidi katika mimea, ni faida zaidi kutumia taa za LED zenye kiwango cha juu cha mwanga wa bluu kuliko mwanga mwekundu, na kiwango cha malondialdehyde pia ni cha chini kiasi chini ya hali hii ya mwanga.

Kwa kuwa kiwanda cha mimea hutumika zaidi kwa ajili ya kulima mboga za majani au kwa ajili ya ufugaji wa miche ya viwandani, inaweza kuhitimishwa kutokana na matokeo hapo juu kwamba chini ya dhana ya kuongeza mavuno na kuzingatia ubora, inafaa kutumia chipsi za LED zenye kiwango cha juu cha mwanga mwekundu kuliko mwanga wa bluu kama chanzo cha mwanga. Uwiano bora ni R:B = 7:3. Zaidi ya hayo, uwiano kama huo wa mwanga mwekundu na bluu kimsingi unatumika kwa kila aina ya mboga za majani au miche, na hakuna mahitaji maalum kwa mimea tofauti.

Uchaguzi wa urefu wa wimbi nyekundu na bluu

Wakati wa usanisinuru, nishati ya mwanga hufyonzwa zaidi kupitia klorofili a na klorofili b. Mchoro ulio hapa chini unaonyesha spektra ya ufyonzaji ya klorofili a na klorofili b, ambapo mstari wa spektra ya kijani ni wigo wa ufyonzaji wa klorofili a, na mstari wa spektra ya bluu ni wigo wa ufyonzaji wa klorofili b. Inaweza kuonekana kutoka kwa mchoro kwamba klorofili a na klorofili b zote zina vilele viwili vya ufyonzaji, kimoja katika eneo la mwanga wa bluu na kingine katika eneo la mwanga mwekundu. Lakini vilele viwili vya ufyonzaji vya klorofili a na klorofili b ni tofauti kidogo. Kwa usahihi, urefu wa mawimbi mawili ya kilele cha klorofili a ni 430 nm na 662 nm, mtawalia, na urefu wa mawimbi mawili ya kilele cha klorofili b ni 453 nm na 642 nm, mtawalia. Thamani hizi nne za urefu wa mawimbi hazitabadilika na mimea tofauti, kwa hivyo uteuzi wa mawimbi mekundu na bluu katika chanzo cha mwanga hautabadilika na spishi tofauti za mimea.

Spektra ya kunyonya klorofili a na klorofili b

Taa ya kawaida ya LED yenye wigo mpana inaweza kutumika kama chanzo cha mwanga cha kiwanda cha mimea, mradi tu mwanga mwekundu na bluu unaweza kufunika urefu wa mawimbi mawili ya kilele cha klorofili a na klorofili b, yaani, urefu wa mawimbi wa mwanga mwekundu kwa ujumla ni 620 ~ 680 nm, huku mwanga wa bluu Kiwango cha mawimbi ni kuanzia 400 hadi 480 nm. Hata hivyo, urefu wa mawimbi wa mwanga mwekundu na bluu haupaswi kuwa mpana sana kwa sababu haupotezi tu nishati ya mwanga, lakini pia unaweza kuwa na athari zingine.

Ikiwa taa ya LED inayoundwa na chipsi nyekundu, njano na bluu inatumika kama chanzo cha mwanga wa kiwanda cha mimea, urefu wa wimbi la kilele la mwanga mwekundu unapaswa kuwekwa kwenye urefu wa wimbi la kilele la klorofili a, yaani, kwenye 660 nm, urefu wa wimbi la kilele la mwanga wa bluu unapaswa kuwekwa kwenye urefu wa wimbi la kilele la klorofili b, yaani kwenye 450 nm.

Jukumu la mwanga wa njano na kijani

Inafaa zaidi wakati uwiano wa mwanga mwekundu, kijani na bluu ni R:G:B=6:1:3. Kuhusu uamuzi wa urefu wa wimbi la mwanga wa kijani, kwa kuwa una jukumu la udhibiti katika mchakato wa ukuaji wa mimea, unahitaji tu kuwa kati ya 530 na 550 nm.

Muhtasari

Makala haya yanajadili mkakati wa uteuzi wa ubora wa mwanga katika viwanda vya mimea kutoka nyanja zote mbili za kinadharia na vitendo, ikiwa ni pamoja na uteuzi wa masafa ya wimbi la mwanga mwekundu na bluu katika chanzo cha mwanga wa LED na jukumu na uwiano wa mwanga wa njano na kijani. Katika mchakato wa ukuaji wa mimea, ulinganisho unaofaa kati ya vipengele vitatu vya nguvu ya mwanga, ubora wa mwanga na muda wa mwanga, na uhusiano wao na virutubisho, halijoto na unyevunyevu, na mkusanyiko wa CO2 pia unapaswa kuzingatiwa kwa kina. Kwa uzalishaji halisi, iwe unapanga kutumia wigo mpana au mchanganyiko wa wigo wa LED unaoweza kubadilishwa wa chip nyingi, uwiano wa wimbi ndio jambo la msingi kuzingatia, kwa sababu pamoja na ubora wa mwanga, vipengele vingine vinaweza kubadilishwa kwa wakati halisi wakati wa operesheni. Kwa hivyo, jambo muhimu zaidi kuzingatia katika hatua ya usanifu wa viwanda vya mimea linapaswa kuwa uteuzi wa ubora wa mwanga.

Mwandishi: Yong Xu

Chanzo cha makala: Akaunti ya Wechat ya Teknolojia ya Uhandisi wa Kilimo (kilimo cha bustani cha chafu)

Rejea: Yong Xu,Mkakati wa uteuzi wa ubora mwepesi katika viwanda vya mimea [J]. Teknolojia ya Uhandisi wa Kilimo, 2022, 42(4): 22-25.