[תקציר] בהתבסס על מספר רב של נתונים ניסיוניים, מאמר זה דן במספר סוגיות חשובות בבחירת איכות האור במפעלי צמחים, כולל בחירת מקורות אור, השפעות האור האדום, הכחול והצהוב, ובחירת טווחי ספקטרל, על מנת לספק תובנות לגבי איכות האור במפעלי צמחים. קביעת אסטרטגיית ההתאמה מספקת מספר פתרונות מעשיים שניתן להשתמש בהם כנקודת התייחסות.
בחירת מקור האור

מפעלי גידול משתמשים בדרך כלל בנורות LED. הסיבה לכך היא שלנורות LED יש יעילות אור גבוהה, צריכת אנרגיה נמוכה, ייצור חום נמוך, אורך חיים ארוך ועוצמת אור וספקטרום מתכווננים, שיכולים לא רק לעמוד בדרישות צמיחת הצמחים וצבירת חומרים יעילה, אלא גם לחסוך באנרגיה, להפחית את עלויות ייצור החום והחשמל. ניתן לחלק את נורות הגידול של LED לנורות LED רחבות טווח לשימוש כללי בעלות שבב יחיד, נורות LED רחבות טווח ספציפיות לצמח בעלות שבב יחיד, ונורות LED משולבות מרובות שבבים בעלות ספקטרום מתכוונן. מחירן של שני סוגי נורות ה-LED הספציפיות לצמחים הוא בדרך כלל פי 5 יותר מזה של נורות LED רגילות, ולכן יש לבחור מקורות אור שונים בהתאם למטרות שונות. עבור מפעלי גידול גדולים, סוגי הצמחים שהם מגדלים משתנים עם ביקוש השוק. על מנת להפחית את עלויות הבנייה ולא להשפיע באופן משמעותי על יעילות הייצור, המחבר ממליץ להשתמש בשבבי LED רחבי טווח לתאורה כללית כמקור תאורה. עבור מפעלים קטנים, אם סוגי המפעלים קבועים יחסית, על מנת להשיג יעילות ייצור ואיכות גבוהות מבלי להגדיל משמעותית את עלות הבנייה, ניתן להשתמש בשבבי LED רחבי טווח לתאורה ספציפית למפעל או תאורה כללית כמקור תאורה. אם רוצים לחקור את השפעת האור על צמיחת הצמחים והצטברות חומרים יעילים, על מנת לספק את נוסחת האור הטובה ביותר לייצור בקנה מידה גדול בעתיד, ניתן להשתמש בשילוב רב-שבבים של נורות LED בעלות ספקטרום מתכוונן כדי לשנות גורמים כמו עוצמת האור, הספקטרום וזמן התאורה כדי לקבל את נוסחת האור הטובה ביותר עבור כל מפעל ובכך לספק את הבסיס לייצור בקנה מידה גדול.

האור האדום והכחול

באשר לתוצאות הניסוי הספציפיות, כאשר תכולת האור האדום (R) גבוהה מזו של האור הכחול (B) (חסה R:B = 6:2 ו-7:3; תרד R:B = 4:1; שתילי דלעת R:B = 7:3; שתילי מלפפון R:B = 7:3), הניסוי הראה שתכולת הביומסה (כולל גובה הצמח של החלק העליון, שטח העלה המקסימלי, משקל טרי ומשקל יבש וכו') הייתה גבוהה יותר, אך קוטר הגבעול ומדד השתיל החזק של הצמחים היו גדולים יותר כאשר תכולת האור הכחול הייתה גבוהה מזו של האור האדום. עבור אינדיקטורים ביוכימיים, תכולת אור אדום גבוהה יותר מאור כחול מועילה בדרך כלל לעלייה בתכולת הסוכר המסיס בצמחים. עם זאת, עבור הצטברות של VC, חלבון מסיס, כלורופיל וקרוטנואידים בצמחים, עדיף להשתמש בתאורת LED עם תכולת אור כחול גבוהה יותר מאשר אור אדום, ותכולת המלונדיאלדהיד נמוכה יחסית גם בתנאי תאורה אלה.

מכיוון שמפעל הצמחים משמש בעיקר לגידול ירקות עליים או לגידול שתילים תעשייתי, ניתן להסיק מהתוצאות לעיל שתחת ההנחה של הגדלת היבול ובהתחשב באיכות, מתאים להשתמש בשבבי LED בעלי תכולת אור אדומה גבוהה יותר מאשר אור כחול כמקור אור. יחס טוב יותר הוא R:B = 7:3. יתרה מכך, יחס כזה של אור אדום וכחול ישים בעיקרון לכל סוגי הירקות העליים או השתילים, ואין דרישות ספציפיות לצמחים שונים.

בחירת אורכי גל אדום וכחול

במהלך הפוטוסינתזה, אנרגיית האור נספגת בעיקר דרך כלורופיל a וכלורופיל b. האיור שלהלן מציג את ספקטרום הבליעה של כלורופיל a וכלורופיל b, כאשר הקו הספקטרלי הירוק הוא ספקטרום הבליעה של כלורופיל a, והקו הספקטרלי הכחול הוא ספקטרום הבליעה של כלורופיל b. ניתן לראות מהאיור כי גם לכלורופיל a וגם לכלורופיל b יש שני שיאי בליעה, אחד באזור האור הכחול והשני באזור האור האדום. אך שני שיאי הבליעה של כלורופיל a וכלורופיל b שונים במקצת. ליתר דיוק, שני אורכי הגל השיאים של כלורופיל a הם 430 ננומטר ו-662 ננומטר, בהתאמה, ושני אורכי הגל השיאים של כלורופיל b הם 453 ננומטר ו-642 ננומטר, בהתאמה. ארבעת ערכי אורכי הגל הללו לא ישתנו עם צמחים שונים, כך שבחירת אורכי הגל האדום והכחול במקור האור לא תשתנה עם מיני צמחים שונים.

ספקטרום ספיגה של כלורופיל a וכלורופיל b

ניתן להשתמש בתאורת LED רגילה בעלת ספקטרום רחב כמקור אור במפעל, כל עוד האור האדום והכחול יכולים לכסות את שני אורכי הגל השיאים של כלורופיל a וכלורופיל b, כלומר, טווח אורכי הגל של אור אדום הוא בדרך כלל 620~680 ננומטר, בעוד שטווח אורכי הגל של אור כחול הוא בין 400 ל-480 ננומטר. עם זאת, טווח אורכי הגל של אור אדום וכחול לא צריך להיות רחב מדי מכיוון שהוא לא רק מבזבז אנרגיית אור, אלא עלול להיות בעל השפעות אחרות.

אם משתמשים בנורת LED המורכבת משבבים אדומים, צהובים וכחולים כמקור אור במפעל, יש להגדיר את אורך הגל השיא של האור האדום לאורך הגל השיא של כלורופיל a, כלומר, ב-660 ננומטר, ואת אורך הגל השיא של האור הכחול לאורך הגל השיא של כלורופיל b, כלומר ב-450 ננומטר.

תפקידם של אור צהוב וירוק

זה מתאים יותר כאשר היחס בין אור אדום, ירוק וכחול הוא R:G:B=6:1:3. באשר לקביעת אורך הגל של שיא האור הירוק, מכיוון שהוא ממלא בעיקר תפקיד רגולטורי בתהליך גידול הצמח, הוא צריך להיות רק בין 530 ל-550 ננומטר.

תַקצִיר

מאמר זה דן באסטרטגיית בחירת איכות האור במפעלי צמחים הן מהיבטים תיאורטיים והן מהיבטים מעשיים, כולל בחירת טווח אורכי הגל של אור אדום וכחול במקור אור ה-LED והתפקיד והיחס בין אור צהוב וירוק. בתהליך גידול הצמח, יש לשקול באופן מקיף גם את ההתאמה הסבירה בין שלושת הגורמים של עוצמת האור, איכות האור וזמן האור, ואת הקשר שלהם עם חומרי הזנה, טמפרטורה ולחות וריכוז CO2. בייצור בפועל, בין אם אתם מתכננים להשתמש באור LED בעל ספקטרום רחב או בשילוב רב-שבבים עם ספקטרום מתכוונן, יחס אורכי הגל הוא השיקול העיקרי, מכיוון שבנוסף לאיכות האור, ניתן להתאים גורמים אחרים בזמן אמת במהלך הפעולה. לכן, השיקול החשוב ביותר בשלב התכנון של מפעלי צמחים צריך להיות בחירת איכות האור.

מחבר: יונג שו

מקור המאמר: חשבון Wechat של טכנולוגיית הנדסה חקלאית (גננות חממה)

התייחסות: יונג שו,אסטרטגיית בחירת איכות אור במפעלי צמחים [J]. טכנולוגיית הנדסה חקלאית, 2022, 42(4): 22-25.