Муқаддима

Рӯшноӣ дар раванди нашъунамои растанӣ нақши калидӣ мебозад. Он беҳтарин нуриҳоест, ки ба азхудкунии хлорофиллҳои растанӣ ва азхудкунии сифатҳои гуногуни афзоиши растанӣ, ба монанди каротин, мусоидат мекунад. Аммо, омили ҳалкунандае, ки афзоиши растаниҳоро муайян мекунад, омили ҳамаҷониба аст, ки на танҳо ба рӯшноӣ алоқаманд аст, балки инчунин аз конфигуратсияи об, хок ва нуриҳо, шароити муҳити афзоиш ва назорати ҳамаҷонибаи техникӣ ҷудонашаванда аст.

Дар ду ё се соли охир, гузоришҳои бешумор дар бораи истифодаи технологияи рӯшноии нимноқилҳо дар робита ба корхонаҳои сеченака ё афзоиши растаниҳо нашр шудаанд. Аммо пас аз хондани бодиққати он, ҳамеша эҳсоси нороҳатӣ вуҷуд дорад. Умуман, дарки воқеӣ дар бораи он ки нур бояд дар рушди растаниҳо чӣ нақш дошта бошад, вуҷуд надорад.

Аввалан, биёед спектри офтобро, чунон ки дар расми 1 нишон дода шудааст, фаҳмем. Дидан мумкин аст, ки спектри офтобӣ як спектри пайваста аст, ки дар он спектрҳои кабуд ва сабз нисбат ба спектри сурх қавитаранд ва спектри рӯшноии намоён аз 380 то 780 нм аст. Афзоиши организмҳо дар табиат бо шиддати спектр алоқаманд аст. Масалан, аксари растаниҳо дар минтақаи наздики экватор хеле зуд мерӯянд ва дар айни замон, андозаи афзоиши онҳо нисбатан калон аст. Аммо шиддати баланди нурпошии офтоб на ҳамеша беҳтар аст ва барои афзоиши ҳайвонот ва растаниҳо дараҷаи муайяни интихобӣ вуҷуд дорад.

Расми 1, Хусусиятҳои спектри офтоб ва спектри нури намоёни он

Дуюм, диаграммаи дуюми спектри якчанд унсурҳои калидии ҷабби афзоиши растанӣ дар расми 2 нишон дода шудааст.

Расми 2, Спектрҳои ҷабби якчанд ауксинҳо дар афзоиши растанӣ

Аз расми 2 дида мешавад, ки спектрҳои ҷабби нури якчанд ауксинҳои калидӣ, ки ба афзоиши растанӣ таъсир мерасонанд, ба таври назаррас фарқ мекунанд. Аз ин рӯ, истифодаи чароғҳои афзоиши растании LED масъалаи оддӣ нест, балки хеле мақсаднок аст. Дар ин ҷо зарур аст, ки мафҳумҳои ду унсури муҳимтарини афзоиши фотосинтезии растаниро муаррифӣ кунем.

• Хлорофилл

Хлорофилл яке аз муҳимтарин пигментҳоест, ки бо фотосинтез алоқаманд аст. Он дар ҳама организмҳое, ки метавонанд фотосинтезро ба вуҷуд оранд, аз ҷумла растаниҳои сабз, обсабзҳои кабуд-сабзи прокариотӣ (цианобактерияҳо) ва обсабзҳои эукариотӣ мавҷуд аст. Хлорофилл энергияро аз рӯшноӣ ҷаббида мегирад, ки сипас барои табдил додани гази карбон ба карбогидратҳо истифода мешавад.

Хлорофилл a асосан нури сурхро фурӯ мебарад ва хлорофилл b асосан нури кабуд-бунафшро фурӯ мебарад, ки асосан барои фарқ кардани растаниҳои сояафкан аз растаниҳои офтобӣ мебошад. Таносуби хлорофилл b ба хлорофилл a дар растаниҳои сояафкан ночиз аст, аз ин рӯ растаниҳои сояафкан метавонанд нури кабудро ба таври қавӣ истифода баранд ва ба парвариш дар соя мутобиқ шаванд. Хлорофилл a кабуд-сабз ва хлорофилл b зард-сабз аст. Ду ҷабби қавии хлорофилл a ва хлорофилл b мавҷуданд, ки яке дар минтақаи сурх бо дарозии мавҷи 630-680 нм ва дигаре дар минтақаи кабуд-бунафш бо дарозии мавҷи 400-460 нм мебошанд.

• Каротиноидҳо

Каротиноидҳо истилоҳи умумӣ барои як синфи пигментҳои муҳими табиӣ мебошанд, ки одатан дар пигментҳои зард, норанҷӣ-сурх ё сурх дар ҳайвонот, растаниҳои олӣ, занбӯруғҳо ва обсабзҳо мавҷуданд. То ҳол зиёда аз 600 каротиноидҳои табиӣ кашф шудаанд.

Ҷабби рӯшноии каротиноидҳо диапазони OD303 ~ 505 нм-ро фаро мегирад, ки ранги хӯрокро таъмин мекунад ва ба истеъмоли хӯрок аз ҷониби бадан таъсир мерасонад. Дар обсабзҳо, растаниҳо ва микроорганизмҳо ранги он бо хлорофилл пӯшонида шудааст ва пайдо шуда наметавонад. Дар ҳуҷайраҳои растанӣ, каротиноидҳои истеҳсолшуда на танҳо энергияро ҷаббида ва интиқол медиҳанд, то ба фотосинтез кумак кунанд, балки вазифаи муҳофизат кардани ҳуҷайраҳоро аз нобудшавӣ аз ҷониби молекулаҳои оксигени пайванди якэлектронии ангехташуда низ доранд.

Баъзе нофаҳмиҳои мафҳумӣ

Новобаста аз таъсири сарфаи энергия, интихобӣ будани рӯшноӣ ва ҳамоҳангии рӯшноӣ, равшании нимноқилҳо бартариҳои бузург нишон доданд. Аммо, аз рушди босуръати ду соли охир, мо инчунин дар тарҳрезӣ ва истифодаи рӯшноӣ нофаҳмиҳои зиёдеро мушоҳида кардем, ки асосан дар ҷанбаҳои зерин инъикос ёфтаанд.

①То он даме, ки микросхемаҳои сурх ва кабуд бо дарозии мавҷи муайян дар таносуби муайян якҷоя карда шаванд, онҳоро дар парвариши растанӣ истифода бурдан мумкин аст, масалан, таносуби сурх ба кабуд 4:1, 6:1, 9:1 ва ғайра.

②То он даме, ки нури сафед бошад, он метавонад нури офтобро иваз кунад, ба монанди найчаи нури сафеди сегона, ки дар Ҷопон васеъ истифода мешавад ва ғайра. Истифодаи ин спектрҳо ба афзоиши растаниҳо таъсири муайяне мерасонад, аммо таъсир ба манбаи нуре, ки аз ҷониби LED истеҳсол мешавад, он қадар хуб нест.

③То он даме, ки PPFD (зичии ҷараёни квантии рӯшноӣ), ки параметри муҳими равшанӣ аст, ба нишондиҳандаи муайян мерасад, масалан, PPFD аз 200 мкмол·м-2·с-1 зиёдтар аст. Аммо, ҳангоми истифодаи ин нишондиҳанда, шумо бояд ба он диққат диҳед, ки он растании сояафкан аст ё растании офтобӣ. Шумо бояд нуқтаи сершавии ҷуброни рӯшноиро дар ин растаниҳо, ки онро нуқтаи ҷуброни рӯшноӣ низ меноманд, пурсед ё пайдо кунед. Дар барномаҳои воқеӣ, ниҳолҳо аксар вақт сӯхта ё хушк мешаванд. Аз ин рӯ, тарҳи ин параметр бояд мувофиқи намудҳо, муҳити афзоиш ва шароити растанӣ тарҳрезӣ карда шавад.

Дар мавриди ҷанбаи аввал, чунон ки дар муқаддима муаррифӣ шудааст, спектре, ки барои афзоиши растанӣ зарур аст, бояд спектри пайваста бо паҳнои муайяни тақсимот бошад. Албатта, истифодаи манбаи рӯшноӣ, ки аз ду порчаи дарозии мавҷи мушаххаси сурх ва кабуд бо спектри хеле танг сохта шудааст (чунон ки дар расми 3(а) нишон дода шудааст), номуносиб аст. Дар таҷрибаҳо муайян карда шуд, ки растаниҳо майл ба зард шудан доранд, пояҳои барг хеле равшан ва пояҳои барг хеле тунук мебошанд.

Барои лампаҳои флуоресцентӣ бо се ранги асосӣ, ки дар солҳои қаблӣ маъмулан истифода мешуданд, гарчанде ки сафед синтез карда мешавад, спектрҳои сурх, сабз ва кабуд ҷудо карда мешаванд (чунон ки дар расми 3(b) нишон дода шудааст) ва паҳнои спектр хеле танг аст. Шиддати спектрии қисми пайвастаи зерин нисбатан заиф аст ва қувват дар муқоиса бо LED-ҳо нисбатан калон аст, ки аз 1,5 то 3 маротиба зиёдтар аз истеъмоли энергия аст. Аз ин рӯ, таъсири истифода ба мисли чароғҳои LED хуб нест.

Расми 3, Чароғи растании LED бо чипҳои сурх ва кабуд ва спектри рӯшноии флуоресцентии се рангаи асосӣ

PPFD зичии ҷараёни квантии рӯшноӣ аст, ки ба зичии самараноки ҷараёни рӯшноии радиатсияи рӯшноӣ дар фотосинтез ишора мекунад, ки шумораи умумии квантҳои рӯшноиро, ки ба пояҳои барги растанӣ дар диапазони дарозии мавҷ аз 400 то 700 нм дар як воҳиди вақт ва масоҳати воҳидӣ меафтанд, ифода мекунад. Воҳиди он μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1) мебошад. Радиатсияи фотосинтетикии фаъол (PAR) ба радиатсияи умумии офтобӣ бо дарозии мавҷ дар диапазони 400 то 700 нм ишора мекунад. Онро бо квантҳои рӯшноӣ ё бо энергияи радиатсионӣ ифода кардан мумкин аст.

Дар гузашта, шиддати рӯшноӣ, ки иллюминометр инъикос мекард, равшанӣ буд, аммо спектри афзоиши растанӣ аз сабаби баландии чароғи рӯшноӣ аз растанӣ, фарогирии рӯшноӣ ва оё метавонад аз баргҳо гузарад, тағйир меёбад. Аз ин рӯ, истифодаи пар ҳамчун нишондиҳандаи шиддати рӯшноӣ ҳангоми омӯзиши фотосинтез дуруст нест.

Умуман, механизми фотосинтезро вақте оғоз кардан мумкин аст, ки PPFD-и растании офтобдӯст аз 50 мкмол·м-2·с-1 калонтар бошад, дар ҳоле ки PPFD-и растании сояафкан танҳо ба 20 мкмол·м-2·с-1 ниёз дорад. Аз ин рӯ, ҳангоми харидани чароғҳои парвариши LED, шумо метавонед шумораи чароғҳои парвариши LED-ро дар асоси ин арзиши истинодӣ ва намуди растаниҳое, ки шумо мешинонед, интихоб кунед. Масалан, агар PPFD-и як чароғи LED 20 мкмол·м-2·с-1 бошад, барои парвариши растаниҳои офтобдӯст зиёда аз 3 лампаи растании LED лозим аст.

Якчанд ҳалли тарроҳӣ равшании нимноқилҳо

Равшании нимноқилҳо барои афзоиш ё шинонидани растанӣ истифода мешавад ва ду усули асосии истинодӣ мавҷуданд.

• Айни замон, модели шинонидани ниҳолҳои дарунӣ дар Чин хеле маъмул аст. Ин модел якчанд хусусиятҳоро дорад:

①Нақши чароғҳои LED таъмини тамоми спектри равшании растанӣ мебошад ва системаи равшанӣ барои таъмини тамоми энергияи равшанӣ зарур аст ва арзиши истеҳсолот нисбатан баланд аст;
②Тарроҳии чароғҳои парвариши LED бояд пайвастагӣ ва якпорчагии спектрро ба назар гирад;
③Зарур аст, ки вақти рӯшноӣ ва шиддати рӯшноиро самаранок назорат кунем, масалан, ба растаниҳо имкон диҳем, ки барои чанд соат истироҳат кунанд, шиддати нурпошӣ кофӣ ё аз ҳад зиёд қавӣ нест ва ғайра;
④Тамоми раванд бояд шароитҳоеро, ки муҳити воқеии афзоиши оптималии растаниҳо дар беруни бино талаб мекунанд, ба монанди намӣ, ҳарорат ва консентратсияи CO2, тақлид кунад.

• Ҳолати шинонидани берунӣ бо таҳкурсии хуби шинонидани гармхонаи берунӣ. Хусусиятҳои ин модел инҳоянд:

①Нақши чароғҳои LED илова кардани рӯшноӣ аст. Яке аз онҳо тақвияти шиддати рӯшноӣ дар минтақаҳои кабуд ва сурх дар зери таъсири нури офтоб дар давоми рӯз барои мусоидат ба фотосинтези растаниҳо ва дигаре ҷуброн кардани набудани нури офтоб дар шаб барои мусоидат ба суръати афзоиши растаниҳо мебошад.
②Нурии иловагӣ бояд ба назар гирад, ки растанӣ дар кадом марҳилаи афзоиш қарор дорад, масалан, давраи ниҳолшинонӣ ё давраи гулкунӣ ва мевадиҳӣ.

Аз ин рӯ, тарҳи чароғҳои парвариши растании LED бояд аввал ду ҳолати асосии тарҳрезӣ дошта бошад, яъне равшании 24-соата (дарунӣ) ва равшании иловагии афзоиши растанӣ (берунӣ). Барои парвариши растаниҳои дарунӣ, тарҳи чароғҳои парвариши LED бояд се ҷанбаро ба назар гирад, тавре ки дар расми 4 нишон дода шудааст. Бастабандии чипҳо бо се ранги асосӣ дар таносуби муайян имконнопазир аст.

Расми 4, Идеяи тарроҳии истифодаи чароғҳои LED-и растанӣ дар дохили бино барои равшании 24-соата

Масалан, барои спектр дар марҳилаи ниҳолхона, бо назардошти он, ки он бояд афзоиши решаҳо ва пояҳоро тақвият диҳад, шохабандии баргҳоро тақвият диҳад ва манбаи рӯшноӣ дар дохили бино истифода шавад, спектрро метавон тавре тарҳрезӣ кард, ки дар расми 5 нишон дода шудааст.

Расми 5, Сохторҳои спектралӣ, ки барои давраи кӯдакистони дарунии LED мувофиқанд

Барои тарҳрезии чароғҳои парвариши навъи дуюми LED, он асосан ба ҳалли тарроҳии иловагии нур барои мусоидат ба шинондан дар пояи гармхонаи беруна нигаронида шудааст. Идеяи тарроҳӣ дар расми 6 нишон дода шудааст.

Расми 6, Идеяҳои тарроҳии чароғҳои парвариши беруна 

Муаллиф пешниҳод мекунад, ки ширкатҳои бештари ниҳолшинонӣ варианти дуюмро барои истифодаи чароғҳои LED барои мусоидат ба афзоиши растаниҳо қабул мекунанд.

Пеш аз ҳама, парвариши гармхонаҳои берунии Чин даҳсолаҳо тӯлонитар ва таҷрибаи васеъ дорад, ҳам дар ҷануб ва ҳам дар шимол. Он заминаи хуби технологияи парвариши гармхонаҳоро дорад ва барои шаҳрҳои атроф миқдори зиёди меваю сабзавоти тару тозаро пешниҳод мекунад. Хусусан дар соҳаи хок, об ва кишти нуриҳо, натиҷаҳои ғании таҳқиқотӣ ба даст оварда шудаанд.

Дуюм, ин гуна ҳалли иловагии рӯшноӣ метавонад истеъмоли нолозими энергияро ба таври назаррас коҳиш диҳад ва дар айни замон метавонад ҳосили меваю сабзавотро самаранок афзоиш диҳад. Илова бар ин, масоҳати васеи ҷуғрофии Чин барои таблиғ хеле қулай аст.

Ҳамчун як таҳқиқоти илмии равшании растании LED, он инчунин заминаи васеътари таҷрибавӣ барои он фароҳам меорад. Расми 7 як навъи чароғи парвариши LED мебошад, ки аз ҷониби ин гурӯҳи тадқиқотӣ таҳия шудааст ва барои парвариш дар гармхонаҳо мувофиқ аст ва спектри он дар расми 8 нишон дода шудааст.

Расми 7, Як навъи чароғи рӯшноии LED

Расми 8, спектри як навъи чароғи рӯшноии LED

Мувофиқи ғояҳои тарроҳии дар боло зикршуда, гурӯҳи тадқиқотӣ як қатор таҷрибаҳо анҷом доданд ва натиҷаҳои таҷрибавӣ хеле назаррасанд. Масалан, барои рӯшноии парвариш ҳангоми ниҳолшинонӣ, чароғи аслӣ чароғи флуоресцентӣ бо иқтидори 32 Вт ва давраи ниҳолшинонӣ 40 рӯз аст. Мо чароғи LED-и 12 Вт-ро пешниҳод мекунем, ки давраи ниҳолшинониро то 30 рӯз кӯтоҳ мекунад, таъсири ҳарорати чароғҳоро дар устохонаи ниҳолшинонӣ самаранок кам мекунад ва истеъмоли қувваи кондитсионерро сарфа мекунад. Ғафсӣ, дарозӣ ва ранги ниҳолҳо нисбат ба маҳлули аслии парвариши ниҳолҳо беҳтаранд. Барои ниҳолҳои сабзавоти маъмулӣ, инчунин хулосаҳои хуби санҷишӣ ба даст оварда шудаанд, ки дар ҷадвали зерин ҷамъбаст шудаанд.

Дар байни онҳо, гурӯҳи иловагии рӯшноии PPFD: 70-80 мкмол·м-2·с-1 ва таносуби сурх-кабуд: 0.6-0.7. Диапазони арзиши PPFD-и рӯзонаи гурӯҳи табиӣ 40~800 мкмол·м-2·с-1 ва таносуби сурх ба кабуд 0.6~1.2 буд. Дидан мумкин аст, ки нишондиҳандаҳои дар боло зикршуда нисбат ба нишондиҳандаҳои ниҳолҳои табиӣ беҳтаранд.

Хулоса

Дар ин мақола навтарин таҳаввулот дар истифодаи чароғҳои парвариши LED дар парвариши растанӣ муаррифӣ карда мешавад ва баъзе нофаҳмиҳо дар истифодаи чароғҳои парвариши LED дар парвариши растанӣ нишон дода мешаванд. Дар ниҳоят, ғояҳо ва нақшаҳои техникӣ барои таҳияи чароғҳои парвариши LED, ки барои парвариши растанӣ истифода мешаванд, муаррифӣ карда мешаванд. Бояд қайд кард, ки инчунин баъзе омилҳое ҳастанд, ки ҳангоми насб ва истифодаи чароғ бояд ба назар гирифта шаванд, ба монанди масофа байни чароғ ва растанӣ, диапазони нурпошии чароғ ва чӣ гуна истифода бурдани нур бо оби муқаррарӣ, нуриҳо ва хок.

Муаллиф: Yi Wang et al. Манбаъ: CNKI