[Abstract]많은 실험 데이터를 바탕으로 이 기사에서는 광원 선택, 빨강, 파랑 및 노랑 빛의 영향, 스펙트럼 선택을 포함하여 식물 공장에서 빛 품질 선택에 있어 몇 가지 중요한 문제에 대해 논의합니다. 식물 공장의 조명 품질에 대한 통찰력을 제공하기 위해 범위.매칭 전략 결정은 참조용으로 사용할 수 있는 몇 가지 실용적인 솔루션을 제공합니다.
광원 선택

식물 공장은 일반적으로 LED 조명을 사용합니다.이것은 LED 조명이 높은 발광 효율, 낮은 에너지 소비, 적은 열 발생, 긴 수명 및 조정 가능한 광도 및 스펙트럼의 특성을 가지고 있기 때문에 식물 성장 및 효과적인 재료 축적의 요구 사항을 충족할 수 있을 뿐만 아니라 에너지를 절약할 수 있습니다. 열 발생과 전기 비용을 줄입니다.LED 성장 조명은 범용 단일 칩 광역 스펙트럼 LED 조명, 단일 칩 식물 특정 광 스펙트럼 LED 조명 및 다중 칩 결합 조정 가능 스펙트럼 LED 조명으로 더 나눌 수 있습니다.후자의 두 종류의 식물 특정 LED 조명의 가격은 일반적으로 일반 LED 조명의 5배 이상이므로 다른 용도에 따라 다른 광원을 선택해야 합니다.대규모 식물 공장의 경우, 그들이 재배하는 식물의 종류는 시장 수요에 따라 바뀝니다.건설 비용을 줄이고 생산 효율성에 큰 영향을 미치지 않기 위해 저자는 일반 조명용 광역 스펙트럼 LED 칩을 광원으로 사용할 것을 권장합니다.소규모 식물 공장의 경우 식물의 종류가 상대적으로 고정되어 있다면 건설 비용을 크게 늘리지 않고 높은 생산 효율과 품질을 얻기 위해 식물 특정 또는 일반 조명용 광역 스펙트럼 LED 칩을 광원으로 사용할 수 있습니다.빛이 식물 성장과 유효 물질 축적에 미치는 영향을 연구하여 향후 대규모 생산을 위한 최상의 조명 공식을 제공하는 경우 스펙트럼을 조절할 수 있는 LED 조명의 멀티 칩 조합을 사용하여 변화시킬 수 있습니다. 광도, 스펙트럼, 광시간 등의 요소를 고려하여 공장별로 최적의 광량을 확보하여 대규모 생산의 기반을 제공합니다.

빨간색과 파란색 표시등

구체적인 실험 결과를 살펴보면, 적색광(R)의 함량이 청색광(B)의 함량보다 높을 때(상추 R:B = 6:2 및 7:3; 시금치 R:B = 4: 1; 박 묘목 R:B = 7:3; 오이 묘목 R:B = 7:3), 실험 결과 바이오매스 함량(기둥 부분의 식물 높이, 최대 잎 면적, 생중량 및 건조 중량 포함)이 등)이 더 높았으나, 적색광보다 청색광 함량이 높을수록 식물의 줄기지름 및 강한 유묘지수가 더 컸다.생화학 지표의 경우, 일반적으로 청색광보다 적색광의 함량이 높을수록 식물의 가용성 당 함량을 높이는 데 도움이 됩니다.그러나 VC, 수용성 단백질, 엽록소 및 카로티노이드를 식물에 축적하기 위해서는 적색광보다 청색광 함량이 높은 LED 조명을 사용하는 것이 유리하며, 이 조명 조건에서는 말론디알데히드의 함량도 상대적으로 낮습니다.

식물공장은 주로 엽채류의 재배나 공업적 육묘에 사용되기 때문에 위의 결과로부터 수확량 증가와 품질을 고려한 전제하에서 적색이 더 높은 LED 칩을 사용하는 것이 적합하다는 결론을 내릴 수 있다. 광원으로 블루 라이트보다 가벼운 콘텐츠.더 나은 비율은 R:B = 7:3입니다.또한 이러한 적색광과 청색광의 비율은 기본적으로 모든 종류의 잎이 많은 채소 또는 묘목에 적용 가능하며 다른 식물에 대한 특정 요구 사항은 없습니다.

적색 및 청색 파장 선택

광합성을 하는 동안 빛 에너지는 주로 엽록소 a와 엽록소 b를 통해 흡수됩니다.아래 그림은 엽록소 a와 엽록소 b의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것으로, 녹색 스펙트럼 선은 엽록소 a의 흡수 스펙트럼이고 파란색 스펙트럼 선은 엽록소 b의 흡수 스펙트럼입니다.그림에서 엽록소 a와 엽록소 b 모두 두 개의 흡수 피크를 갖는 것을 알 수 있습니다. 하나는 청색광 영역에 다른 하나는 적색광 영역에 있습니다.그러나 엽록소 a와 엽록소 b의 2개의 흡수 피크는 약간 다릅니다.정확히 말하면 엽록소 a의 두 피크 파장은 각각 430nm와 662nm이고, 엽록소 b의 두 피크 파장은 각각 453nm와 642nm입니다.이 네 가지 파장 값은 식물에 따라 변경되지 않으므로 광원의 빨간색 및 파란색 파장 선택은 식물 종에 따라 변경되지 않습니다.

엽록소 a와 엽록소 b의 흡수 스펙트럼

스펙트럼이 넓은 일반 LED 조명은 적색광과 청색광이 엽록소 a와 엽록소 b의 두 피크 파장, 즉 적색광의 파장 범위를 커버할 수 있는 한 식물 공장의 광원으로 사용할 수 있습니다. 일반적으로 620~680nm인 반면 청색광의 파장 범위는 400~480nm입니다.그러나 적색 및 청색 빛의 파장 범위는 빛 에너지를 낭비할 뿐만 아니라 다른 영향도 미칠 수 있으므로 너무 넓지 않아야 합니다.

적색, 황색, 청색 칩으로 구성된 LED 조명을 식물공장의 광원으로 사용한다면 적색광의 피크 파장은 엽록소 a의 피크 파장, 즉 피크 파장인 660nm로 설정해야 합니다. 청색광의 파장은 엽록소 b의 피크 파장, 즉 450nm로 설정해야 합니다.

노란색과 녹색 빛의 역할

적색, 녹색, 청색 빛의 비율이 R:G:B=6:1:3일 때 더 적합합니다.녹색광 피크 파장의 결정은 주로 식물 성장 과정에서 조절 역할을 하기 때문에 530~550nm 사이이면 됩니다.

요약

이 기사에서는 LED 광원에서 적색 및 청색 광의 파장 범위 선택과 황색 및 녹색 광의 역할 및 비율을 포함하여 이론 및 실제 측면에서 식물 공장의 광 품질 선택 전략에 대해 논의합니다.식물 성장 과정에서 빛의 강도, 빛의 질, 빛의 시간이라는 세 가지 요소 사이의 합리적인 일치와 영양분, 온도 및 습도, CO2 농도와의 관계도 종합적으로 고려되어야 합니다.실제 생산의 경우 넓은 스펙트럼을 사용할 계획이든 조정 가능한 스펙트럼 LED 조명을 다중 칩 조합으로 사용할 계획이든 파장의 비율이 주요 고려 사항입니다. 왜냐하면 조명 품질 외에도 작동 중에 실시간으로 다른 요인을 조정할 수 있기 때문입니다.따라서 식물공장의 설계 단계에서 가장 중요한 고려사항은 광질의 선택이 되어야 한다.

저자: 용쑤

기사 출처: 농업 공학 기술(온실 원예)의 Wechat 계정

참조: 용쑤,식물 공장의 광질 선택 전략[J].농업 공학 기술, 2022, 42(4): 22-25.