一, Различное влияние спектральных компонентов на урожайность сельскохозяйственных культур.
1. Совместное влияние красного и синего света.
Основными полосами фотосинтеза являются красный свет (630–660 нм) и синий свет (400–500 нм). Когда эти два типа освещения работают вместе, они могут значительно повысить урожайность сельскохозяйственных культур. Красный свет включает пик поглощения хлорофилла a/b, который ускоряет перенос электронов в фотосистеме II (PSII) и напрямую управляет процессом фотосинтетической ассимиляции углерода. Синий свет помогает растениям более эффективно использовать световую энергию, контролируя открытие устьиц, рост хлоропластов и форму света. Например, тепличный эксперимент с сладкой дыней в Шоугуане, провинция Шаньдун, показал, что использование светодиодных заполняющих ламп с соотношением красного и синего света 3:1 в течение 4–6 часов в день может повысить урожайность сладкой дыни на 40%. Среднегодовая производительность может возрасти от 42 000 юаней/му до 87 000 юаней/му.
Синергический эффект сочетания красного и синего света также отражается на регулировании морфологии сельскохозяйственных культур. Красный свет может помешать стеблям удлиняться и способствовать росту боковых почек, тогда как синий свет может сделать стебли более сильными и предотвратить их опрокидывание. В эксперименте с томатами в теплице в Пекине схема световых добавок с соотношением красного и синего света 4:1 увеличила плотность растений до 4,17 растений на квадратный метр, увеличила урожайность на 27%, а также увеличила содержание фруктового сахара на 2,3 градуса и содержание витамина С на 15%.
2. Влияние зеленого света на проникновение и регулирование
Зеленый свет (500–600 нм) не является основным диапазоном фотосинтеза, но он полезен для выращивания на плотных участках или для выращивания культур с толстым пологом. Зеленый свет может проходить через верхние листья и поглощаться нижним пологом. Это облегчает растениям использование световой энергии и снижает уровень световой конкуренции. Проект Yunnan Rose Greenhouse показывает, что добавление 10% зеленого света к красному и синему свету может повысить урожайность срезанных цветов на 57%. Это также может увеличить вес свежих цветочных ветвей и стеблей, а также ширину цветочных головок. Зеленый свет также может остановить действие синего света, который открывает устьица, контролирует транспирацию и сокращает потерю воды при высокой температуре.
3. Морфологическое влияние дальнего красного света на регуляцию.
Дальний красный свет (720–740 нм) не участвует напрямую в фотосинтезе; однако он может влиять на морфогенез сельскохозяйственных культур посредством модуляции активности фитохромов. Соотношение дальнего красного света к красному (R/FR) является важным фактором, определяющим высоту растения, длину его междоузлий и площадь листьев. Когда соотношение R/FR снижается, у растений вырастают более длинные стебли и большие листья, чтобы они могли улавливать больше световой энергии. С другой стороны, это не дает им расти дольше и побуждает их расширяться. Например, добавление дальнего красного света (730 нм) в ночное время к растениям драцены может увеличить количество цветочных бутонов на 30%, скорость цветения ветвей на 25% и ускорить маркетинг.
4. Последствия стресса, вызванного УФ-излучением
Ультрафиолетовый свет (УФ-А 320–380 нм; УФ-В 280–320 нм) может замедлить рост сельскохозяйственных культур, но добавление его небольшого количества может помочь сельскохозяйственным культурам вырабатывать вторичные метаболиты, делать их более устойчивыми к стрессу и повышать содержание питательных веществ. УФ-B может помочь сельскохозяйственным культурам накапливать антиоксиданты, такие как флавоноиды и антоцианы, что снижает вероятность их заболеваний и атак вредителей. Например, добавление УФ-B при выращивании салата может повысить количество фенольных соединений в листьях на 40 % и снизить количество нитратов на 20 %, что делает продукт более безопасным.
2. Лучший способ использовать спектрально-динамический контроль для повышения урожайности.
1. Спектральная адаптация цикла роста.
Спектральные потребности сельскохозяйственных культур сильно меняются на разных фазах роста. На стадии рассады требуется более высокая доля синего света (40–50%), чтобы подавить чрезмерный рост и способствовать развитию корней; В период питательного роста необходимо увеличить долю красного света (60-70%) для повышения эффективности фотосинтеза; В период репродуктивного роста необходимо добавлять дальний красный свет (10-15%), чтобы способствовать дифференциации цветочных почек. Например, в Юньнани на стадии культуры тканей Dendrobium officinale использование схемы, в которой красный свет составляет 80% света, может повысить выживаемость сеянцев до более чем 95% и сократить цикл роста на 15%.
2. Корректировка спектра реакции окружающей среды
Для достижения максимального урожая световая среда должна быть согласована с такими факторами окружающей среды, как температура и влажность. Летом, когда жарко, добавление большего количества синего света может сократить транспирацию и потерю воды. Зимой, когда холодно, добавление большего количества красного света может ускорить фотосинтез и сделать растения более устойчивыми к холоду. Например, при выращивании драконьего фрукта в провинции Гуандун добавление освещения в ночное время (с 22:30 до 2:30) и охлаждение распылением может повысить урожайность фруктов на 12% и сохранить фрукты на рынке на 8 месяцев дольше.
3. Создание спектрального градиента купола
При густой посадке разные участки кроны нуждаются в разном количестве света. Верхним листьям для фотосинтеза нужно много красного света, а нижним листьям нужно больше зеленого света, чтобы пройти через крону. Размещая светодиодные ленты слоями, можно добиться точного контроля распределения света внутри навеса. Например, в томатной теплице Шоугуан в провинции Шаньдун используется многоуровневая система дополнительного освещения, которая повышает скорость фотосинтеза нижних листьев на 20% и общий урожай на 15%.
3. Текущая практика в отрасли и что произойдет в будущем.
1. Применение стандартизированной спектральной формулы
В настоящее время в отрасли созданы общие спектральные формулы для разных типов сельскохозяйственных культур. Например, листовые овощи, такие как салат и шпинат, должны иметь соотношение красного-синего света 3:1. Фруктовые и овощные культуры (например, помидоры и дыни) должны иметь соотношение красного-синего света 4:1 с добавлением 10 % дальнего красного света. Цветочные культуры (например, розы и хризантемы) должны иметь соотношение синего света 50 %, чтобы они выглядели лучше.
2. Интеллектуальная система спектрального контроля.
Интеллектуальные системы управления использованием спектра становятся все более популярными в бизнесе по мере совершенствования технологий Интернета вещей. Мониторинг состояния роста сельскохозяйственных культур в режиме реального времени с помощью датчиков в сочетании с алгоритмами искусственного интеллекта для динамической регулировки спектральных компонентов и интенсивности позволяет добиться точного контроля урожайности и качества. Например, светодиодные лампы для выращивания растений Philips GreenPower настолько удачно объединили формулу освещения и модели роста сельскохозяйственных культур, что почти удвоили урожай томатов и значительно улучшили цвет и вкус плодов.
3. Большой шаг вперед в области светодиодных технологий полного-спектра спектра.
Традиционные светодиодные светильники для растений часто используют сочетание красного и синего спектров, что может вызывать трудности, включая искажение цвета и затруднять распознавание болезней. Светодиодная технология полного спектра имитирует солнечный спектр, создавая световую среду, больше похожую на естественный свет. Это делает посевы более устойчивыми к стрессам и улучшает качество продукции. Например, недавно разработанная светодиодная лампа полного спектра может увеличить содержание антоцианов в листьях салата на 30% и снизить заболеваемость болезнями на 25%.
