[Resumo] Com base em um grande número de dados experimentais, este artigo discute diversas questões importantes na seleção da qualidade da luz em fábricas de plantas, incluindo a seleção de fontes de luz, os efeitos da luz vermelha, azul e amarela e a seleção de faixas espectrais, a fim de fornecer informações sobre a qualidade da luz em fábricas de plantas. A determinação da estratégia de correspondência fornece algumas soluções práticas que podem ser usadas como referência.
Seleção da fonte de luz

As fábricas de plantas geralmente utilizam luzes LED. Isso se deve às características das luzes LED, como alta eficiência luminosa, baixo consumo de energia, menor geração de calor, longa vida útil e intensidade e espectro de luz ajustáveis. Essas características atendem não apenas às necessidades de crescimento das plantas e à acumulação eficiente de matéria orgânica, mas também economizam energia, reduzem a geração de calor e os custos com eletricidade. As luzes LED para cultivo podem ser subdivididas em luzes LED de amplo espectro de chip único para uso geral, luzes LED de amplo espectro específicas para plantas de chip único e luzes LED de espectro ajustável combinadas de múltiplos chips. O preço dos dois últimos tipos de luzes LED específicas para plantas é geralmente mais de 5 vezes superior ao das luzes LED comuns, portanto, diferentes fontes de luz devem ser selecionadas de acordo com os diferentes objetivos. Para grandes fábricas de plantas, os tipos de plantas cultivadas variam conforme a demanda do mercado. Para reduzir os custos de construção sem afetar significativamente a eficiência da produção, recomenda-se o uso de chips LED de amplo espectro para iluminação geral como fonte de luz. Para pequenas fábricas de plantas, se os tipos de plantas forem relativamente fixos, a fim de obter alta eficiência e qualidade de produção sem aumentar significativamente o custo de construção, chips de LED de amplo espectro para iluminação específica de plantas ou iluminação geral podem ser usados ​​como fonte de luz. Se o objetivo for estudar o efeito da luz no crescimento das plantas e no acúmulo de substâncias ativas, de modo a fornecer a melhor fórmula de luz para a produção em larga escala no futuro, uma combinação de múltiplos chips de luzes de LED com espectro ajustável pode ser usada para alterar fatores como intensidade, espectro e tempo de exposição à luz, obtendo-se assim a melhor fórmula de luz para cada planta e, consequentemente, fornecendo a base para a produção em larga escala.

A luz vermelha e azul

Em relação aos resultados experimentais específicos, quando o teor de luz vermelha (R) é maior que o de luz azul (B) (alface R:B = 6:2 e 7:3; espinafre R:B = 4:1; mudas de abóbora R:B = 7:3; mudas de pepino R:B = 7:3), o experimento mostrou que o teor de biomassa (incluindo altura da parte aérea, área foliar máxima, massa fresca e massa seca, etc.) foi maior, enquanto o diâmetro do caule e o índice de vigor das mudas foram maiores quando o teor de luz azul foi maior que o de luz vermelha. Para os indicadores bioquímicos, um teor de luz vermelha maior que o de luz azul é geralmente benéfico para o aumento do teor de açúcares solúveis nas plantas. No entanto, para o acúmulo de vitamina C, proteína solúvel, clorofila e carotenoides nas plantas, é mais vantajoso usar iluminação LED com maior teor de luz azul do que de luz vermelha, e o teor de malondialdeído também é relativamente baixo sob essa condição de iluminação.

Como a fábrica de plantas é usada principalmente para o cultivo de hortaliças folhosas ou para a produção industrial de mudas, pode-se concluir, a partir dos resultados acima, que, sob a premissa de aumentar a produtividade e levando em consideração a qualidade, é adequado usar chips de LED com maior teor de luz vermelha do que de luz azul como fonte de luz. Uma proporção ideal é R:B = 7:3. Além disso, essa proporção de luz vermelha e azul é basicamente aplicável a todos os tipos de hortaliças folhosas ou mudas, e não há requisitos específicos para diferentes plantas.

Seleção de comprimentos de onda vermelho e azul

Durante a fotossíntese, a energia luminosa é absorvida principalmente pela clorofila a e pela clorofila b. A figura abaixo mostra os espectros de absorção da clorofila a e da clorofila b, onde a linha espectral verde representa o espectro de absorção da clorofila a e a linha espectral azul representa o espectro de absorção da clorofila b. Pode-se observar na figura que tanto a clorofila a quanto a clorofila b apresentam dois picos de absorção, um na região da luz azul e o outro na região da luz vermelha. No entanto, os dois picos de absorção da clorofila a e da clorofila b são ligeiramente diferentes. Mais precisamente, os dois comprimentos de onda de pico da clorofila a são 430 nm e 662 nm, respectivamente, e os dois comprimentos de onda de pico da clorofila b são 453 nm e 642 nm, respectivamente. Esses quatro valores de comprimento de onda não se alteram entre diferentes plantas, portanto, a seleção dos comprimentos de onda vermelho e azul na fonte de luz não se altera com diferentes espécies de plantas.

Espectros de absorção da clorofila a e da clorofila b

Uma lâmpada LED comum com amplo espectro pode ser usada como fonte de luz em uma fábrica de plantas, desde que a luz vermelha e a azul cubram os dois comprimentos de onda de pico da clorofila a e da clorofila b. Ou seja, a faixa de comprimento de onda da luz vermelha é geralmente de 620 a 680 nm, enquanto a da luz azul é de 400 a 480 nm. No entanto, a faixa de comprimento de onda da luz vermelha e da luz azul não deve ser muito ampla, pois isso não só desperdiça energia luminosa, como também pode ter outros impactos.

Se uma lâmpada LED composta por chips vermelhos, amarelos e azuis for usada como fonte de luz na fábrica de plantas, o comprimento de onda de pico da luz vermelha deve ser ajustado para o comprimento de onda de pico da clorofila a, ou seja, em 660 nm, e o comprimento de onda de pico da luz azul deve ser ajustado para o comprimento de onda de pico da clorofila b, ou seja, em 450 nm.

O papel da luz amarela e verde

É mais apropriado quando a proporção de luz vermelha, verde e azul é R:G:B=6:1:3. Quanto à determinação do comprimento de onda de pico da luz verde, como ela desempenha um papel principalmente regulador no processo de crescimento das plantas, basta que esteja entre 530 e 550 nm.

Resumo

Este artigo discute a estratégia de seleção da qualidade da luz em fábricas de plantas, tanto do ponto de vista teórico quanto prático, incluindo a seleção da faixa de comprimento de onda da luz vermelha e azul na fonte de luz LED e o papel e a proporção da luz amarela e verde. No processo de crescimento das plantas, a combinação adequada entre os três fatores – intensidade, qualidade e tempo de exposição à luz – e sua relação com nutrientes, temperatura, umidade e concentração de CO2 também devem ser consideradas de forma abrangente. Para a produção real, seja qual for o plano – usar um LED de amplo espectro ou um LED de espectro ajustável com combinação de múltiplos chips –, a proporção dos comprimentos de onda é a principal consideração, pois, além da qualidade da luz, outros fatores podem ser ajustados em tempo real durante a operação. Portanto, a consideração mais importante na fase de projeto de fábricas de plantas deve ser a seleção da qualidade da luz.

Autor: Yong Xu

Fonte do artigo: conta do WeChat da Agricultural Engineering Technology (horticultura em estufa)

Referência: Yong Xu,Estratégia de seleção da qualidade da luz em fábricas de plantas [J]. Tecnologia de Engenharia Agrícola, 2022, 42(4): 22-25.