一, Spektral bileşenlerin ürün verimi üzerindeki değişen etkileri
1. Kırmızı ve mavi ışığın birleşik etkisi
Fotosentezin ana bantları kırmızı ışık (630-660 nm) ve mavi ışıktır (400-500 nm). Bu iki ışık türü birlikte çalıştığında mahsul verimliliğini büyük ölçüde artırabilirler. Kırmızı ışık, fotosistem II'deki (PSII) elektronların transferini hızlandıran ve doğrudan fotosentetik karbon asimilasyonu sürecini yönlendiren klorofil a/b'nin emilim zirvesini açar. Mavi ışık, stomaların açılmasını, kloroplastların büyümesini ve ışığın şeklini kontrol ederek bitkilerin ışık enerjisini daha verimli kullanmasına yardımcı olur. Örneğin, Shandong Eyaleti, Shouguang'da tatlı kavunla yapılan bir sera deneyi, günde 4-6 saat boyunca 3:1 kırmızı mavi ışık oranına sahip LED dolgu ışıklarının kullanılmasının tatlı kavun verimini %40 artırabildiğini gösterdi. Ortalama yıllık üretim değeri 42.000 yuan/mu'dan 87.000 yuan/mu'ya kadar çıkabilir.
Kırmızı ve mavi ışık kombinasyonunun sinerjik etkisi, mahsul morfolojisinin düzenlenmesine de yansır. Kırmızı ışık sapların uzamasını engelleyebilir ve yan tomurcukların büyümesine yardımcı olabilir; mavi ışık ise sapları güçlendirebilir ve devrilmelerini engelleyebilir. Pekin'deki sera domates deneyinde, 4:1 kırmızı mavi ışık oranına sahip bir ışık takviyesi şeması, bitki yoğunluğunu metrekare başına 4,17 bitkiye yükseltti, verimi %27 artırdı ve meyve şekeri içeriğini 2,3 derece, C vitamini içeriğini ise %15 artırdı.
2. Yeşil ışığın penetrasyon ve düzenleme üzerindeki etkisi
Yeşil ışık (500-600 nm), fotosentezin ana bandı değildir, ancak yoğun alanlarda veya kalın gölgeli mahsullerin yetiştirilmesinde faydalıdır. Yeşil ışık üst yapraklardan geçebilir ve alt kanopi tarafından emilebilir. Bu, bitkilerin ışık enerjisini kullanmasını kolaylaştırır ve ışık rekabeti miktarını azaltır. Yunnan Gül Serası Projesi, kırmızı ve mavi ışığa %10 yeşil ışık eklemenin kesme çiçek verimini %57 oranında artırabileceğini ortaya koyuyor. Ayrıca çiçek dallarının ve saplarının taze ağırlığını ve çiçek başlarının genişliğini de artırabilir. Yeşil ışık ayrıca stomaları açan, terlemeyi kontrol eden ve sıcaklık yüksek olduğunda su kaybını azaltan mavi ışığın etkisini de durdurabilir.
3. Uzak kırmızı ışığın düzenleme üzerindeki morfolojik etkileri
Uzak kırmızı ışık (720–740 nm) fotosenteze doğrudan katkıda bulunmaz; ancak fitokrom aktivitesini modüle ederek mahsul morfogenezini etkileyebilir. Uzak kırmızı ışığın kırmızı ışığa oranı (R/FR), bir bitkinin ne kadar büyüyeceğini, boğum aralarının ne kadar uzun olacağını ve ne kadar yaprak alanına sahip olacağını belirlemede önemli bir faktördür. R/FR oranı düştüğünde bitkiler daha uzun saplar ve daha büyük yapraklarla büyür, böylece daha fazla ışık enerjisi yakalayabilirler. Öte yandan, onların daha fazla büyümesini engeller ve onları dallanmaya teşvik eder. Örneğin, ejderha meyvesi bitkilerine gece boyunca uzak kırmızı ışık (730 nm) eklemek, çiçek tomurcuklarının sayısını %30, çiçek açan dalların hızını %25 artırabilir ve pazarlamanın kademeli olarak artmasını sağlayabilir.
4. UV ışığının neden olduğu stresin etkileri
UV ışığı (UV-A 320–380nm; UV-B 280–320nm) mahsullerin büyümesini yavaşlatabilir, ancak bir miktar UV ışığı eklemek mahsullerin ikincil metabolitler oluşturmasına, onları strese karşı daha dirençli hale getirmesine ve besin içeriklerini artırmasına yardımcı olabilir. UV-B, mahsullerin flavonoidler ve antosiyaninler gibi antioksidanlar oluşturmasına yardımcı olabilir, bu da onların hastalanma veya zararlıların saldırısına uğrama olasılığını azaltır. Örneğin, marul yetiştiriciliğine UV-B eklemek, yapraklardaki fenolik bileşik miktarını %40 oranında artırabilir ve nitrat miktarını %20 oranında azaltabilir, bu da ürünü daha güvenli hale getirebilir.
2, Mahsul verimini artırmak için spektral dinamik kontrolü kullanmanın en iyi yolu
1. Büyüme döngüsünün spektral adaptasyonu
Bitkilerin spektral ihtiyaçları, büyümenin farklı aşamalarında büyük ölçüde değişir. Aşırı büyümeyi önlemek ve kök gelişimini desteklemek için fide aşamasında daha yüksek oranda mavi ışık (%40-50) gerekir; Besinsel büyüme döneminde fotosentetik verimliliği artırmak için kırmızı ışık oranının (%60-70) arttırılması gerekir; Üreme büyüme döneminde çiçek tomurcuğu farklılaşmasını teşvik etmek için uzak kırmızı ışık (%10-15) takviyesi gereklidir. Örneğin Yunnan'da, Dendrobium officinale'nin doku kültürü aşamasında, kırmızı ışığın ışığın %80'ini oluşturduğu bir şemanın kullanılması, fidelerin hayatta kalma oranını %95'in üzerine çıkarabilir ve büyüme döngüsünü %15 oranında azaltabilir.
2. Çevresel tepki spektrumunun ayarlanması
Maksimum verim elde etmek için ışık ortamının sıcaklık ve nem gibi çevresel faktörlerle koordine edilmesi gerekir. Yaz aylarında hava sıcak olduğunda daha fazla mavi ışık eklemek terlemeyi ve su kaybını azaltabilir. Kışın soğuk olduğunda daha fazla kırmızı ışık eklemek fotosentezi hızlandırabilir ve bitkileri soğuğa karşı daha dayanıklı hale getirebilir. Örneğin, Guangdong'da ejder meyvesi yetiştirirken, gece ışık eklemek (22:30'dan 2:30'a kadar) ve atomizasyonla soğutma, meyve verimini %12 artırabilir ve meyvenin piyasada 8 ay daha uzun süre kalmasını sağlayabilir.
3. Kanopi spektral degradesinin yapılması
Yoğun ekim yaparken kanopinin farklı bölümleri değişen miktarlarda ışığa ihtiyaç duyar. Üstteki yapraklar fotosentez yapmak için çok fazla kırmızı ışığa, alt yapraklar ise gölgelikten geçmek için daha fazla yeşil ışığa ihtiyaç duyar. LED ışık şeritlerini katmanlar halinde düzenleyerek kanopi içindeki ışık dağılımının hassas kontrolü sağlanabilir. Örneğin, Shandong Eyaletindeki Shouguang domates serası, alt yaprakların fotosentetik oranını %20 ve genel verimi %15 artıran katmanlı bir ek ışık sistemi kullanıyor.
3, Sektördeki mevcut uygulamalar ve gelecekte neler olacak
1. Standartlaştırılmış spektral formülün uygulanması
Endüstri artık farklı ürün türleri için ortak spektral formüller geliştirmiştir. Örneğin, marul ve ıspanak gibi yapraklı sebzelerin kırmızı-mavi ışık oranının 3:1 olması gerekir. Meyve ve sebze mahsulleri (domates ve kavun gibi) %10 uzak kırmızı ışık eklenerek 4:1 kırmızı-mavi ışık oranına sahip olmalıdır. Çiçek bitkilerinin (gül ve krizantem gibi) daha iyi görünmeleri için %50 mavi ışık oranına sahip olmaları gerekir.
2. Akıllı Spektral Kontrol Sistemi
IoT teknolojisi geliştikçe akıllı spektrum kontrol sistemleri iş dünyasında daha popüler hale geliyor. Spektral bileşenleri ve yoğunluğu dinamik olarak ayarlamak için yapay zeka algoritmalarıyla birleştirilen sensörler aracılığıyla mahsulün büyüme durumunun gerçek zamanlı izlenmesi, verim ve kalitenin hassas kontrolünü sağlayabilir. Örneğin Philips GreenPower LED bitki yetiştirme ışıkları, ışık formülünü ve mahsul büyüme modellerini o kadar iyi birleştirdi ki domates verimini neredeyse iki katına çıkardı ve meyvenin rengini ve tadını çok daha iyi hale getirdi.
3. Tam-spektrumlu LED teknolojisinde ileriye doğru büyük bir adım
Geleneksel LED bitki ışıkları sıklıkla kırmızı ve mavi spektrumların bir karışımını kullanır; bu da renk bozulması gibi zorluklara neden olabilir ve hastalıkların ne olduğunu anlamayı zorlaştırabilir. Tam spektrumlu LED teknolojisi, doğal ışığa daha çok benzeyen bir ışık ortamı sağlamak için güneş spektrumunu taklit eder. Bu, bitkileri strese karşı daha dayanıklı hale getirir ve ürünlerin kalitesini artırır. Örneğin yeni geliştirilen tam spektrumlu LED ışık, marul yapraklarındaki antosiyanin içeriğini %30 oranında artırabilir ve hastalık görülme sıklığını %25 oranında azaltabilir.
