תקציר: שתילי ירקות הם הצעד הראשון בייצור ירקות, ואיכות השתילים חשובה מאוד ליבול ולאיכות הירקות לאחר השתילה. עם השיפור המתמשך של חלוקת העבודה בתעשיית הירקות, שתילי ירקות יצרו בהדרגה שרשרת תעשייתית עצמאית ושימשו את ייצור הירקות. שיטות שתילה מסורתיות, המושפעות ממזג אוויר גרוע, מתמודדות באופן בלתי נמנע עם אתגרים רבים כגון צמיחה איטית של שתילים, צמיחה ארוכה ומזיקים ומחלות. כדי להתמודד עם שתילים ארוכים, מגדלים מסחריים רבים משתמשים בווסת צמיחה. עם זאת, קיימים סיכונים של נוקשות שתילים, בטיחות מזון וזיהום סביבתי בשימוש בווסת צמיחה. בנוסף לשיטות בקרה כימיות, למרות שגירוי מכני, בקרת טמפרטורה ומים יכולים גם הם למלא תפקיד במניעת צמיחה ארוכה של שתילים, הם מעט פחות נוחים ויעילים. תחת השפעת מגפת הקורונה העולמית החדשה, בעיות של קשיי ניהול הייצור הנגרמות עקב מחסור בכוח אדם ועליית עלויות העבודה בתעשיית השתילים הפכו בולטות יותר.

עם התפתחות טכנולוגיית התאורה, לשימוש בתאורה מלאכותית לגידול שתילי ירקות יש יתרונות של יעילות שתילים גבוהה, פחות מזיקים ומחלות וקלות סטנדרטיזציה. בהשוואה למקורות אור מסורתיים, לדור החדש של מקורות אור LED יש מאפיינים של חיסכון באנרגיה, יעילות גבוהה, אורך חיים ארוך, הגנת סביבה ועמידות, גודל קטן, קרינה תרמית נמוכה ומשרעת אורך גל קטנה. הוא יכול לעצב ספקטרום מתאים בהתאם לצורכי הצמיחה וההתפתחות של השתילים בסביבת מפעלי צמחים, ולשלוט במדויק בתהליך הפיזיולוגי והמטבולי של השתילים, ובמקביל לתרום לייצור נטול זיהום, סטנדרטי ומהיר של שתילי ירקות, ולקצר את מחזור השתילים. בדרום סין, גידול שתילי פלפל ועגבניות (3-4 עלים אמיתיים) בחממות פלסטיק לוקח כ-60 ימים, וכ-35 ימים לשתילי מלפפונים (3-5 עלים אמיתיים). בתנאי מפעל צמחים, גידול שתילי עגבניות לוקח רק 17 ימים וגידול שתילי פלפל 25 ימים בתנאים של תקופת אור של 20 שעות ו-PPF של 200-300 מיקרומול/(מ"ר•שנייה). בהשוואה לשיטת גידול שתילים קונבנציונלית בחממה, השימוש בשיטת גידול שתילים במפעל LED קיצר משמעותית את מחזור גידול המלפפון ב-15-30 יום, ומספר הפרחים הנקביים והפירות לכל צמח גדל ב-33.8% ו-37.3% בהתאמה, והיבול הגבוה ביותר גדל ב-71.44%.

מבחינת יעילות ניצול אנרגיה, יעילות ניצול האנרגיה של מפעלי צמחים גבוהה מזו של חממות מסוג Venlo באותו קו רוחב. לדוגמה, במפעל צמחים שוודי, נדרשים 1411 מגה-ג'אול לייצור 1 ק"ג של חומר יבש של חסה, בעוד ש-1699 מגה-ג'אול בחממה נדרשים. עם זאת, אם מחשבים את החשמל הנדרש לקילוגרם של חומר יבש של חסה, מפעל הצמחים זקוק ל-247 קוט"ש כדי לייצר 1 ק"ג משקל יבש של חסה, והחממות בשוודיה, הולנד ואיחוד האמירויות הערביות דורשות 182 קוט"ש, 70 קוט"ש ו-111 קוט"ש, בהתאמה.

במקביל, במפעל צמחים, השימוש במחשבים, ציוד אוטומטי, בינה מלאכותית וטכנולוגיות אחרות יכול לשלוט במדויק בתנאי הסביבה המתאימים לגידול שתילים, להיפטר ממגבלות תנאי הסביבה הטבעיים ולהגשים ייצור חכם, ממוכן ויציב שנתי של שתילים. בשנים האחרונות, שתילים ממפעלי צמחים משמשים לייצור מסחרי של ירקות עליים, ירקות פרי וגידולים כלכליים אחרים ביפן, דרום קוריאה, אירופה וארצות הברית ומדינות אחרות. ההשקעה הראשונית הגבוהה של מפעלי צמחים, עלויות תפעול גבוהות וצריכת אנרגיה עצומה של המערכת עדיין מהווים צווארי בקבוק המגבילים את קידום טכנולוגיית גידול השתילים במפעלי צמחים סיניים. לכן, יש צורך לקחת בחשבון את הדרישות של תפוקה גבוהה וחיסכון באנרגיה מבחינת אסטרטגיות ניהול אור, הקמת מודלים לגידול ירקות וציוד אוטומציה כדי לשפר את התועלת הכלכלית.

במאמר זה, נסקרת השפעת סביבת תאורת ה-LED על הצמיחה וההתפתחות של שתילי ירקות במפעלי צמחים בשנים האחרונות, תוך התחזית לכיוון המחקר של ויסות אור של שתילי ירקות במפעלי צמחים.

1. השפעות סביבת האור על צמיחה והתפתחות של שתילי ירקות

כאחד הגורמים הסביבתיים החיוניים לגדילה והתפתחות של צמחים, אור אינו רק מקור אנרגיה לצמחים לביצוע פוטוסינתזה, אלא גם אות מפתח המשפיע על פוטומורפוגנזה של הצמח. צמחים חשים את הכיוון, האנרגיה ואיכות האור של האות דרך מערכת אותות האור, מווסתים את הצמיחה וההתפתחות שלהם, ומגיבים לנוכחות או היעדרות, אורך גל, עוצמה ומשך האור. קולטני אור צמחיים ידועים כיום כוללים לפחות שלוש קבוצות: פיטוכרומים (PHYA~PHYE) שחשים אור אדום ואדום רחוק (FR), קריפטוכרומים (CRY1 ו-CRY2) שחשים כחול ואולטרה סגול A, וקולטן אלמנטים (Phot1 ו-Phot2), קולטן UV-B UVR8 שחש UV-B. קולטני אור אלה משתתפים ומווסתים את הביטוי של גנים קשורים ולאחר מכן מווסתים פעילויות חיים כגון נביטת זרעי צמחים, פוטומורפוגנזה, זמן פריחה, סינתזה והצטברות של מטבוליטים משניים, וסבילות ללחצים ביוטיים ואביוטיים.

2. השפעת סביבת תאורת LED על התבססות פוטומורפולוגית של שתילי ירקות

2.1 השפעות של איכות אור שונה על פוטומורפוגנזה של שתילי ירקות

לאזורים האדומים והכחולים של הספקטרום יש יעילות קוונטית גבוהה לפוטוסינתזה של עלי צמחים. עם זאת, חשיפה ארוכת טווח של עלי מלפפון לאור אדום טהור תפגע במערכת הפוטוסינתזה, וכתוצאה מכך נוצרת תופעה של "תסמונת האור האדום" כגון תגובה חסומה של הפיוניות, ירידה ביכולת הפוטוסינתזה ויעילות ניצול החנקן, ועיכוב גדילה. בתנאים של עוצמת אור נמוכה (100±5 מיקרומול/(מ"ר•שנייה)), אור אדום טהור יכול לפגוע בכלורופלסטים של עלי מלפפון צעירים ובוגרים כאחד, אך הכלורופלסטים שניזוקו התאוששו לאחר שעברו מאור אדום טהור לאור אדום וכחול (R:B= 7:3). להיפך, כאשר צמחי המלפפון עברו מסביבת אור אדום-כחול לסביבת אור אדום טהור, יעילות הפוטוסינתזה לא ירדה משמעותית, דבר המראה את יכולת ההסתגלות לסביבת האור האדום. באמצעות ניתוח מיקרוסקופ אלקטרונים של מבנה העלים של שתילי מלפפון עם "תסמונת האור האדום", מצאו הנסיינים שמספר הכלורופלסטים, גודל גרגירי העמילן ועובי הגרגירים בעלים תחת אור אדום טהור היו נמוכים משמעותית מאלה תחת טיפול באור לבן. התערבות האור הכחול משפרת את המבנה האולטרסאונד ואת מאפייני הפוטוסינתזה של הכלורופלסטים של מלפפון ומבטלת את הצטברות המוגזמת של חומרים מזינים. בהשוואה לאור לבן ולאור אדום וכחול, אור אדום טהור קידם התארכות של היפוקוטילים והתרחבות קוטילדונים של שתילי עגבניות, הגדיל משמעותית את גובה הצמח ואת שטח העלים, אך הפחית משמעותית את קיבולת הפוטוסינתזה, הפחיתה את תכולת הרוביסקו ואת היעילות הפוטוכימית, והגדילה משמעותית את פיזור החום. ניתן לראות שסוגים שונים של צמחים מגיבים בצורה שונה לאותה איכות אור, אך בהשוואה לאור מונוכרומטי, לצמחים יש יעילות פוטוסינתזה גבוהה יותר וצמיחה נמרצת יותר בסביבה של אור מעורב.

חוקרים ערכו מחקר רב על אופטימיזציה של שילוב איכות האור של שתילי ירקות. תחת אותה עוצמת אור, עם העלייה ביחס האור האדום, גובה הצמח ומשקלם הטרי של שתילי העגבניות והמלפפון השתפרו משמעותית, וטיפול ביחס אדום-כחול של 3:1 השיג את ההשפעה הטובה ביותר; להיפך, יחס גבוה של אור כחול עיכב את צמיחת שתילי העגבניות והמלפפון, שהיו קצרים וקומפקטיים, אך הגביר את תכולת החומר היבש והכלורופיל בנבטי השתילים. דפוסים דומים נצפים בגידולים אחרים, כגון פלפלים ואבטיחים. בנוסף, בהשוואה לאור לבן, אור אדום וכחול (R:B=3:1) לא רק שיפר משמעותית את עובי העלה, תכולת הכלורופיל, יעילות הפוטוסינתזה ויעילות העברת האלקטרונים של שתילי העגבניות, אלא גם רמות הביטוי של אנזימים הקשורים למחזור קלווין, תכולת הצמיחה הצמחונית וצבירת הפחמימות השתפרו משמעותית. בהשוואה בין שני יחסי האור האדום והכחול (R:B=2:1, 4:1), יחס גבוה יותר של אור כחול היה תורם יותר ליצירת פרחים נקביים בשתילי מלפפון והאיץ את זמן הפריחה של פרחים נקביים. למרות שיחסי אור אדום וכחול שונים לא השפיעו באופן משמעותי על יבול המשקל הטרי של שתילי קייל, ארוגולה וחרדל, יחס גבוה של אור כחול (30% אור כחול) הפחית משמעותית את אורך ההיפוקוטיל ואת שטח הטלידונים של שתילי קייל וחרדל, בעוד שצבע הטלידונים העמיק. לכן, בייצור שתילים, עלייה מתאימה בשיעור האור הכחול יכולה לקצר משמעותית את מרווח הצמתים ואת שטח העלים של שתילי ירקות, לקדם את ההתפשטות הצידית של השתילים ולשפר את מדד חוזק השתיל, דבר התורם לטיפוח שתילים חזקים. בתנאי שעוצמת האור נותרה ללא שינוי, העלייה באור הירוק באור האדום והכחול שיפרה משמעותית את המשקל הטרי, שטח העלים וגובה הצמח של שתילי פלפל מתוק. בהשוואה למנורת פלורסנט לבנה מסורתית, בתנאי אור אדום-ירוק-כחול (R3:G2:B5), Y[II], qP ו-ETR של שתילי 'עגבניית אוקגי מס' 1' השתפרו משמעותית. תוספת של אור UV (100 מיקרומול/(מ"ר•שנייה) אור כחול + 7% UV-A) לאור כחול טהור הפחיתה משמעותית את מהירות התארכות הגבעול של ארוגולה וחרדל, בעוד שתוספת של FR הייתה הפוכה. ממצא זה מראה גם שבנוסף לאור אדום וכחול, תכונות אור אחרות ממלאות גם תפקיד חשוב בתהליך הגדילה וההתפתחות של הצמח. למרות שאור אולטרה סגול וגם FR אינם מקור האנרגיה של הפוטוסינתזה, שניהם מעורבים בפוטומורפוגנזה של הצמח. אור UV בעוצמה גבוהה מזיק ל-DNA וחלבונים של הצמח וכו'. עם זאת, אור UV מפעיל תגובות לחץ תאיות, וגורם לשינויים בגדילת הצמח, במורפולוגיה ובהתפתחותו כדי להסתגל לשינויים סביבתיים. מחקרים הראו ש-R/FR נמוך יותר גורם לתגובות הימנעות מצל בצמחים, וכתוצאה מכך לשינויים מורפולוגיים בצמחים, כגון התארכות גבעול, דילול עלים וירידה בתנובת החומר היבש. גבעול דק אינו תכונת צמיחה טובה לגידול שתילים חזקים. עבור שתילי ירקות עליים וירקות פירותיים, שתילים מוצקים, קומפקטיים וגמישים אינם נוטים לבעיות במהלך ההובלה והשתילה.

UV-A יכול להפוך שתילי מלפפון לקצרים וקומפקטיים יותר, והיבול לאחר השתילה אינו שונה באופן משמעותי מזה של הביקורת; בעוד של-UV-B יש השפעה מעכבת משמעותית יותר, והשפעת הפחתת היבול לאחר השתילה אינה משמעותית. מחקרים קודמים הציעו ש-UV-A מעכב את צמיחת הצמחים וגורם לצמחים להיות מגמדים. אך ישנן עדויות הולכות וגדלות לכך שנוכחות UV-A, במקום לדכא ביומסה של היבול, דווקא מקדמת אותה. בהשוואה לאור אדום ולבן בסיסי (R:W=2:3, PPFD הוא 250 מיקרומול/(מ"ר·שנייה)), העוצמה המשלימה באור אדום ולבן היא 10 וואט/מ"ר (כ-10 מיקרומול/(מ"ר·שנייה)). ה-UV-A של קייל הגדיל משמעותית את הביומסה, אורך הפנימיות, קוטר הגבעול ורוחב חופת הצמח של שתילי הקייל, אך אפקט הקידום נחלש כאשר עוצמת ה-UV עלתה על 10 וואט/מ"ר. תוספת יומית של קרינת UV-A למשך שעתיים (0.45 ג'ול/(מ"ר•שנייה)) יכולה להגדיל משמעותית את גובה הצמח, שטח הפסיגים ומשקל טרי של שתילי עגבניות 'לב שור', תוך הפחתת תכולת ה-H2O2 בשתילי העגבניות. ניתן לראות כי גידולים שונים מגיבים באופן שונה לאור UV, דבר שעשוי להיות קשור לרגישות הגידולים לאור UV.

עבור גידול שתילים מורכבים, יש להגדיל את אורך הגבעול בצורה מתאימה כדי להקל על השתלת שורשי השורשים. עוצמות שונות של FR השפיעו באופן שונה על גידול שתילי עגבניות, פלפלים, מלפפון, דלעת ואבטיח. תוספת של 18.9 מיקרומול/(מ"ר) של FR באור לבן קר הגדילה משמעותית את אורך ההיפוקוטיל וקוטר הגבעול של שתילי עגבניות ופלפלים; FR של 34.1 מיקרומול/(מ"ר) השפיע בצורה הטובה ביותר על קידום אורך ההיפוקוטיל וקוטר הגבעול של שתילי מלפפון, דלעת ואבטיח; FR בעוצמה גבוהה (53.4 מיקרומול/(מ"ר)) השפיע בצורה הטובה ביותר על חמשת הירקות הללו. אורך ההיפוקוטיל וקוטר הגבעול של השתילים לא גדלו עוד באופן משמעותי, והחלו להראות מגמת ירידה. המשקל הטרי של שתילי הפלפל ירד משמעותית, דבר המצביע על כך שערכי הרוויה של FR של חמשת שתילי הירקות היו כולם נמוכים מ-53.4 מיקרומול/(מ"ר), וערך ה-FR היה נמוך משמעותית מזה של FR. גם ההשפעות על גידול שתילי ירקות שונים שונות.

2.2 השפעות אינטגרל אור יום שונה על פוטומורפוגנזה של שתילי ירקות

אינטגרל אור היום (DLI) מייצג את הכמות הכוללת של פוטונים פוטוסינתטיים המתקבלים על פני השטח של הצמח ביום, הקשורה לעוצמת האור ולזמן האור. נוסחת החישוב היא DLI (mol/m2/day) = עוצמת אור [μmol/(m2•s)] × זמן אור יומי (h) × 3600 × 10-6. בסביבה עם עוצמת אור נמוכה, צמחים מגיבים לסביבה עם אור נמוך על ידי הארכת אורך הגבעול והאינטרנודים, הגדלת גובה הצמח, אורך הפטוטרת ושטח העלה, והקטנת עובי העלה וקצב הפוטוסינתזה נטו. עם העלייה בעוצמת האור, למעט חרדל, אורך ההיפוקוטיל והתארכות הגבעול של שתילי ארוגולה, כרוב וקייל תחת אותה איכות אור ירדו משמעותית. ניתן לראות כי השפעת האור על צמיחת הצמחים והמורפוגנזה קשורה לעוצמת האור ולמיני הצמחים. עם עליית קצב הגידול האורגני (DLI) (8.64~28.8 מול/מ"ר/יום), סוג הצמח של שתילי המלפפון הפך קצר, חזק וקומפקטי, ומשקל העלים הסגולי ותכולת הכלורופיל ירדו בהדרגה. 6~16 ימים לאחר זריעת שתילי המלפפון, העלים והשורשים התייבשו. המשקל גדל בהדרגה, וקצב הצמיחה הואץ בהדרגה, אך 16 עד 21 ימים לאחר הזריעה, קצב הצמיחה של העלים והשורשים של שתילי המלפפון ירד משמעותית. קצב גידול DLI משופר קידם את קצב הפוטוסינתזה נטו של שתילי המלפפון, אך לאחר ערך מסוים, קצב הפוטוסינתזה נטו החל לרדת. לכן, בחירת DLI מתאים ואימוץ אסטרטגיות תאורה משלימות שונות בשלבי צמיחה שונים של שתילים יכולים להפחית את צריכת החשמל. תכולת הסוכר המסיס ואנזים SOD בשתילי מלפפון ועגבניות עלתה עם עליית עוצמת ה-DLI. כאשר עוצמת ה-DLI עלתה מ-7.47 מול/מ"ר/יום ל-11.26 מול/מ"ר/יום, תכולת הסוכר המסיס ואנזים ה-SOD בשתילי המלפפון עלתה ב-81.03% וב-55.5% בהתאמה. באותם תנאי DLI, עם העלייה בעוצמת האור וקיצור זמן האור, פעילות ה-PSII של שתילי העגבניות והמלפפון עוכבה, ובחירת אסטרטגיית אור משלימה של עוצמת אור נמוכה ומשך אור ארוך תרמה יותר לטיפוח מדד שתילים גבוה ויעילות פוטוכימית של שתילי מלפפון ועגבניות.

בייצור שתילים מורכבים, סביבת אור נמוכה עלולה להוביל לירידה באיכות השתילים המושתלים ולהגדלת זמן הריפוי. עוצמת אור מתאימה יכולה לא רק לשפר את יכולת הקישור של אתר הריפוי המושתל ולשפר את מדד השתילים החזקים, אלא גם להפחית את מיקום הצומת של פרחי הנקבה ולהגדיל את מספר הפרחים הנקביים. במפעלי צמחים, DLI של 2.5-7.5 מול/מ"ר/יום הספיק כדי לענות על צרכי הריפוי של שתילי עגבניות מורכבים. הקומפקטיות ועובי העלה של שתילי עגבניות מורכבים גדלו משמעותית עם העלייה בעוצמת DLI. ממצא זה מראה ששתילים מורכבים אינם דורשים עוצמת אור גבוהה לריפוי. לכן, בהתחשב בצריכת החשמל ובסביבת השתילה, בחירת עוצמת אור מתאימה תסייע בשיפור התועלת הכלכלית.

3. השפעות סביבת תאורת LED על עמידות שתילי ירקות ללחץ

צמחים קולטים אותות אור חיצוניים דרך קולטני אור, מה שגורם לסינתזה והצטברות של מולקולות אות בצמח, ובכך משנה את הצמיחה והתפקוד של איברי הצמח, ובסופו של דבר משפר את עמידות הצמח ללחץ. לאיכות אור שונה יש השפעה מסוימת על שיפור הסבילות לקור ולמלח של שתילים. לדוגמה, כאשר שתילי עגבניות קיבלו תוספת אור למשך 4 שעות בלילה, בהשוואה לטיפול ללא אור משלים, אור לבן, אור אדום, אור כחול ואור אדום וכחול יכלו להפחית את חדירות האלקטרוליטים ותכולת ה-MDA של שתילי העגבניות, ולשפר את הסבילות לקור. פעילויות ה-SOD, POD ו-CAT בשתילי העגבניות תחת טיפול ביחס אדום-כחול של 8:2 היו גבוהות משמעותית מאלה של טיפולים אחרים, והיו להם יכולת נוגדת חמצון וסבילות לקור גבוהות יותר.

השפעת קרינת UV-B על צמיחת שורשי סויה היא בעיקר שיפור עמידות הצמח ללחץ על ידי הגדלת תכולת ה-NO וה-ROS בשורש, כולל מולקולות איתות הורמונליות כמו ABA, SA ו-JA, ועיכוב התפתחות השורשים על ידי הפחתת תכולת ה-IAA, CTK ו-GA. קולטן האור של UV-B, UVR8, אינו מעורב רק בוויסות פוטומורפוגנזה, אלא גם ממלא תפקיד מפתח בעקה של UV-B. בשתילי עגבניות, UVR8 מתווך את הסינתזה וההצטברות של אנתוציאנינים, ושתילי עגבניות בר שעברו התאקלמות לקרינת UV משפרים את יכולתם להתמודד עם עקה של UV-B בעוצמה גבוהה. עם זאת, ההסתגלות של UV-B לעקה בצורת הנגרמת על ידי ארבידופסיס אינה תלויה במסלול UVR8, דבר המצביע על כך ש-UV-B פועל כתגובה צולבת המושרה על ידי אותות של מנגנוני הגנה של הצמח, כך שמגוון הורמונים מעורבים במשותף בהתנגדות לעקה בצורת, ומגדילים את יכולת איסוף ה-ROS.

גם התארכות ההיפוקוטיל או הגבעול של הצמח הנגרמת על ידי FR וגם הסתגלות הצמחים לעקה קור מווסתות על ידי הורמוני צמחים. לכן, "אפקט הימנעות הצל" הנגרם על ידי FR קשור להסתגלות הקור של הצמחים. הנסיינים הוסיפו דשן לשתילי השעורה 18 יום לאחר הנביטה בטמפרטורה של 15 מעלות צלזיוס למשך 10 ימים, קירור ל-5 מעלות צלזיוס + תוספת FR למשך 7 ימים, ומצאו כי בהשוואה לטיפול באור לבן, FR שיפר את עמידותם לכפור של שתילי השעורה. תהליך זה מלווה בעלייה בתכולת ABA ו-IAA בשתילי השעורה. העברה לאחר מכן של שתילי שעורה שטופלו מראש ב-FR בטמפרטורה של 15 מעלות צלזיוס ל-5 מעלות צלזיוס והמשך תוספת FR למשך 7 ימים הביאו לתוצאות דומות לשני הטיפולים הנ"ל, אך עם תגובת ABA מופחתת. צמחים עם ערכי R:FR שונים שולטים בביוסינתזה של פיטוהורמונים (GA, IAA, CTK ו-ABA), המעורבים גם הם בסבילות למלח של הצמח. תחת עקת מלח, סביבת אור ביחס נמוך של R:FR יכולה לשפר את יכולת נוגדי החמצון והפוטוסינתזה של שתילי עגבניות, להפחית את ייצור ה-ROS וה-MDA בשתילים, ולשפר את הסבילות למלח. גם עקת מליחות וגם ערך R:FR נמוך (R:FR=0.8) עיכבו את הביוסינתזה של כלורופיל, דבר שעשוי להיות קשור להמרה חסומה של PBG ל-UroIII במסלול סינתזת הכלורופיל, בעוד שסביבת R:FR נמוכה יכולה להקל ביעילות על הפגיעה בסינתזת הכלורופיל הנגרמת על ידי עקת מליחות. תוצאות אלו מצביעות על מתאם משמעותי בין פיטוכרומים לסבילות למלח.

בנוסף לסביבת האור, גורמים סביבתיים אחרים משפיעים גם הם על הצמיחה והאיכות של שתילי הירקות. לדוגמה, עלייה בריכוז ה-CO2 תגדיל את ערך רווית האור המקסימלי Pn (Pnmax), תפחית את נקודת פיצוי האור ותשפר את יעילות ניצול האור. העלייה בעוצמת האור ובריכוז ה-CO2 מסייעת לשיפור תכולת הפיגמנטים הפוטוסינתטיים, יעילות ניצול המים ופעילויות האנזימים הקשורים למחזור קלווין, ולבסוף משיגה יעילות פוטוסינתטית גבוהה יותר וצבירת ביומסה של שתילי עגבניות. המשקל היבש והקומפקטיות של שתילי עגבניות ופלפלים היו בקורלציה חיובית עם DLI, ושינוי הטמפרטורה השפיע גם על הצמיחה תחת אותו טיפול DLI. סביבה של 23~25℃ הייתה מתאימה יותר לגידול שתילי עגבניות. בהתאם לתנאי הטמפרטורה והאור, החוקרים פיתחו שיטה לחיזוי קצב הצמיחה היחסי של פלפל על סמך מודל התפלגות הפלפל, שיכול לספק הנחיות מדעיות לוויסות סביבתי של ייצור שתילי פלפל מורכבים.

לכן, בעת תכנון תוכנית ויסות אור בייצור, יש לקחת בחשבון לא רק גורמי סביבת האור ומיני הצמחים, אלא גם גורמי גידול וניהול כגון תזונת שתילים וניהול מים, סביבת גזים, טמפרטורה ושלב גידול השתילים.

4. בעיות ותחזיתות

ראשית, ויסות האור של שתילי ירקות הוא תהליך מורכב, ויש לנתח בפירוט את ההשפעות של תנאי אור שונים על סוגים שונים של שתילי ירקות בסביבת מפעל הצמח. משמעות הדבר היא שכדי להשיג את המטרה של ייצור שתילים יעיל ואיכותי, נדרש מחקר מתמשך כדי לבסס מערכת טכנית בוגרת.

שנית, למרות ששיעור ניצול החשמל של מקור אור ה-LED גבוה יחסית, צריכת החשמל לתאורת צמחים היא צריכת האנרגיה העיקרית לגידול שתילים באמצעות אור מלאכותי. צריכת האנרגיה העצומה של מפעלי צמחים עדיין מהווה צוואר בקבוק המגביל את פיתוחם.

לבסוף, עם היישום הנרחב של תאורת צמחים בחקלאות, עלות תאורת ה-LED לצמחים צפויה לרדת משמעותית בעתיד; להיפך, העלייה בעלויות העבודה, במיוחד בעידן שלאחר המגיפה, והיעדר כוח אדם, צפויים לקדם את תהליכי המיכון והאוטומציה של הייצור. בעתיד, מודלי בקרה מבוססי בינה מלאכותית וציוד ייצור חכם יהפכו לאחת הטכנולוגיות המרכזיות לייצור שתילי ירקות, וימשיכו לקדם את פיתוח טכנולוגיית שתילים במפעלי צמחים.

מחברים: Jiehui Tan, Houcheng Liu
מקור המאמר: חשבון Wechat של טכנולוגיית הנדסה חקלאית (גננות חממה)