ในฐานะที่เป็นสาขาสำคัญของการเกษตรสมัยใหม่ แนวคิดเรื่องโรงงานพืชจึงเป็นที่นิยมอย่างมาก ในสภาพแวดล้อมของการปลูกในร่ม แสงสว่างจากพืชเป็นแหล่งพลังงานที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง ไฟ LED ของพืชมีข้อดีอย่างท่วมท้นซึ่งไฟเสริมแบบดั้งเดิมไม่มี และจะกลายเป็นตัวเลือกแรกสำหรับไฟหลักหรือไฟเสริมในการใช้งานเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ เช่น ฟาร์มแนวตั้งและเรือนกระจก
พืชเป็นหนึ่งในรูปแบบชีวิตที่ซับซ้อนที่สุดในโลกนี้ การปลูกพืชนั้นง่ายมาก แต่ก็ยากและซับซ้อนเช่นกัน นอกเหนือจากการให้แสงสว่างในโรงงานแล้ว ตัวแปรจำนวนมากยังส่งผลต่อกันและกัน การปรับสมดุลตัวแปรเหล่านี้เป็นศิลปะที่ยอดเยี่ยมที่ผู้ปลูกต้องเข้าใจและเชี่ยวชาญ แต่ในแง่ของการให้แสงสว่างแก่โรงงาน ยังมีปัจจัยหลายอย่างที่ต้องพิจารณาอย่างรอบคอบ
ก่อนอื่น ให้' เข้าใจสเปกตรัมของดวงอาทิตย์และการดูดกลืนสเปกตรัมของพืช ดังที่เห็นได้จากรูปด้านล่าง สเปกตรัมของดวงอาทิตย์เป็นสเปกตรัมต่อเนื่อง ซึ่งสเปกตรัมสีน้ำเงินและสีเขียวนั้นแข็งแกร่งกว่าสเปกตรัมสีแดง และสเปกตรัมของแสงที่มองเห็นได้มีช่วงตั้งแต่ 380 ถึง 780 นาโนเมตร มีปัจจัยดูดซับที่สำคัญหลายประการสำหรับการเจริญเติบโตของพืช และสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของออกซินหลักหลายชนิดที่ส่งผลต่อการเจริญเติบโตของพืชมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นการใช้ไฟ LED การเจริญเติบโตของพืชจึงไม่ใช่เรื่องง่าย แต่มีเป้าหมายมาก ที่นี่จำเป็นต้องแนะนำแนวคิดขององค์ประกอบการเจริญเติบโตของพืชสังเคราะห์แสงที่สำคัญที่สุดสององค์ประกอบ
การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชอาศัยคลอโรฟิลล์ในคลอโรพลาสใบ ซึ่งเป็นหนึ่งในเม็ดสีที่สำคัญที่สุดที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่สามารถสังเคราะห์แสงได้ รวมทั้งพืชสีเขียวและพืชโปรคาริโอต สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน (ไซยาโนแบคทีเรีย) และสาหร่ายยูคาริโอต คลอโรฟิลล์ดูดซับพลังงานของแสงและสังเคราะห์คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำให้เป็นไฮโดรคาร์บอน
คลอโรฟิลล์ เอ มีสีเขียวแกมน้ำเงินและดูดซับแสงสีแดงเป็นหลัก คลอโรฟิลล์ บี มีสีเหลืองแกมเขียวและดูดซับแสงสีน้ำเงินม่วงเป็นหลัก ส่วนใหญ่เพื่อแยกความแตกต่างของพืชที่แรเงาจากพืชที่มีแสงแดด อัตราส่วนของคลอโรฟิลล์ ข ต่อคลอโรฟิลล์ เอ ของพืชในที่ร่มนั้นมีขนาดเล็ก ดังนั้นพืชให้ร่มเงาจึงสามารถใช้แสงสีน้ำเงินอย่างเข้มข้นและปรับให้เข้ากับการปลูกในที่ร่มได้ มีการดูดซับคลอโรฟิลล์เอและคลอโรฟิลล์บีอย่างแรงสองอย่าง: บริเวณสีแดงที่มีความยาวคลื่น 630~680 นาโนเมตร และบริเวณสีน้ำเงินม่วงที่มีความยาวคลื่น 400~460 นาโนเมตร
แคโรทีนอยด์ (carotenoids) เป็นคำทั่วไปสำหรับกลุ่มของเม็ดสีธรรมชาติที่สำคัญ ซึ่งมักพบในเม็ดสีเหลือง สีส้มแดง หรือสีแดงในสัตว์ พืชชั้นสูง เชื้อรา และสาหร่าย จนถึงปัจจุบัน มีการค้นพบแคโรทีนอยด์จากธรรมชาติมากกว่า 600 ชนิด แคโรทีนอยด์ที่ผลิตในเซลล์พืชไม่เพียงแต่ดูดซับและถ่ายโอนพลังงานเพื่อช่วยในกระบวนการสังเคราะห์แสง แต่ยังมีหน้าที่ในการปกป้องเซลล์จากการถูกทำลายโดยโมเลกุลออกซิเจนพันธะอิเล็กตรอนเดี่ยวที่ตื่นเต้น แคโรทีนอยด์ดูดซับแสงในช่วง 303~505 นาโนเมตร ให้สีของอาหารและส่งผลต่อร่างกายมนุษย์'s การบริโภคอาหาร; ในสาหร่าย พืช และจุลินทรีย์ ไม่สามารถแสดงสีได้ เนื่องจากถูกคลอโรฟิลล์ปกคลุม
ในกระบวนการออกแบบและเลือกไฟ LED ของโรงงาน มีความเข้าใจผิดหลายประการที่ต้องหลีกเลี่ยง โดยส่วนใหญ่อยู่ในประเด็นต่อไปนี้
1.อัตราส่วนความยาวคลื่นสีแดงและสีน้ำเงินของความยาวคลื่นแสง
เนื่องจากเป็นบริเวณดูดซับหลักสองแห่งสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชสองต้น สเปกตรัมที่ปล่อยออกมาจากไฟโรงงาน LED ควรเป็นแสงสีแดงและแสงสีน้ำเงินเป็นหลัก แต่ไม่สามารถวัดได้ง่ายๆ ด้วยอัตราส่วนของสีแดงกับสีน้ำเงิน ตัวอย่างเช่น อัตราส่วนของสีแดงต่อสีน้ำเงินคือ 4:1, 6:1, 9:1 เป็นต้น
พันธุ์พืชมีความหลากหลายมากและมีนิสัยที่แตกต่างกัน และระยะการเจริญเติบโตที่แตกต่างกันก็มีความต้องการโฟกัสแสงที่แตกต่างกัน สเปกตรัมที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของพืชควรเป็นสเปกตรัมต่อเนื่องที่มีความกว้างการกระจายที่แน่นอน เห็นได้ชัดว่าไม่เหมาะสมที่จะใช้แหล่งกำเนิดแสงที่ทำจากชิปความยาวคลื่นเฉพาะสองชิ้นที่มีสีแดงและสีน้ำเงินที่มีสเปกตรัมแคบมาก จากการทดลองพบว่าพืชมักมีสีเหลือง ก้านใบเบามาก และก้านใบบางมาก มีการศึกษาจำนวนมากเกี่ยวกับการตอบสนองของพืชต่อสเปกตรัมต่างๆ ในต่างประเทศ เช่น ผลกระทบของส่วนอินฟราเรดต่อช่วงแสง ผลกระทบของส่วนสีเขียวอมเหลืองที่มีต่อเอฟเฟกต์การแรเงา และผลกระทบของ ส่วนสีม่วงต้านทานศัตรูพืชและโรคสารอาหารและอื่นๆ.
ในการใช้งานจริง ต้นกล้ามักถูกเผาหรือเหี่ยว ดังนั้น การออกแบบพารามิเตอร์นี้จึงต้องออกแบบตามชนิดพันธุ์พืช สภาพแวดล้อมในการเจริญเติบโต และเงื่อนไข
2. แสงสีขาวธรรมดาและเต็มสเปกตรัม
เอฟเฟกต์แสง"เห็นแล้ว" โดยพืชจะแตกต่างจากสายตามนุษย์ โคมไฟสีขาวที่ใช้กันทั่วไปของเราไม่สามารถแทนที่แสงดวงอาทิตย์' เช่นหลอดไฟสีขาวสามหลอดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในญี่ปุ่น การใช้สเปกตรัมเหล่านี้มีผลบางอย่างต่อการเจริญเติบโตของพืช แต่ผลที่ได้นั้นไม่ดีเท่ากับแหล่งกำเนิดแสงจาก LED .
สำหรับหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่มีสีหลักสามสีที่ใช้กันทั่วไปในปีก่อนหน้า ถึงแม้ว่าสีขาวจะถูกสังเคราะห์ สเปกตรัมสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงินจะถูกแยกออก และความกว้างของสเปกตรัมนั้นแคบมาก และส่วนที่ต่อเนื่องของสเปกตรัมค่อนข้างอ่อน ในขณะเดียวกัน พลังงานก็ยังค่อนข้างใหญ่เมื่อเทียบกับ LED ซึ่งกินไฟ 1.5 ถึง 3 เท่า LED แบบเต็มสเปกตรัมที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการให้แสงสว่างของโรงงานช่วยปรับสเปกตรัมให้เหมาะสม แม้ว่าเอฟเฟ็กต์ภาพยังคงเป็นสีขาว แต่ก็มีส่วนสำคัญของแสงที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์แสงของพืช
3. พารามิเตอร์ความเข้มของการส่องสว่างPPFD
ความหนาแน่นของฟลักซ์การสังเคราะห์ด้วยแสง (PPFD) เป็นพารามิเตอร์สำคัญในการวัดความเข้มแสงของพืช มันสามารถแสดงออกได้ด้วยควอนตัมแสงหรือพลังงานการแผ่รังสี หมายถึงความหนาแน่นของฟลักซ์การแผ่รังสีที่มีประสิทธิภาพของแสงในการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งแสดงถึงจำนวนรวมของควอนตาแสงที่ตกกระทบบนลำต้นใบพืชในช่วงความยาวคลื่น 400 ถึง 700 นาโนเมตรต่อหน่วยเวลาและพื้นที่หน่วย มีหน่วยเป็น μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1) การแผ่รังสีที่สังเคราะห์ด้วยแสง (PAR) หมายถึงการแผ่รังสีดวงอาทิตย์ทั้งหมดที่มีความยาวคลื่นในช่วง 400 ถึง 700 นาโนเมตร
จุดชดเชยแสงของพืช หรือที่เรียกว่าจุดชดเชยแสง หมายความว่า PPFD ต้องสูงกว่าจุดนี้เพื่อการสังเคราะห์ด้วยแสงจึงจะมากกว่าการหายใจ และการเจริญเติบโตของพืชมีมากกว่าการบริโภคก่อนที่พืชจะเติบโตได้ พืชที่แตกต่างกันมีจุดชดเชยแสงที่แตกต่างกัน และไม่ถือว่าเป็นเพียงการบรรลุดัชนีบางอย่าง เช่น PPFD มากกว่า 200μmol·m-2·s-1
ความเข้มแสงของเครื่องวัดความสว่างที่ใช้ในอดีตคือความสว่าง แต่เนื่องจากสเปกตรัมของการเจริญเติบโตของพืชเปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากความสูงของแหล่งกำเนิดแสงจากต้นพืช ความครอบคลุมของแสง และไม่ว่าแสงจะผ่านใบไม้ได้หรือไม่ ฯลฯ ใช้เป็นแสงในการศึกษาการสังเคราะห์ด้วยแสง ตัวบ่งชี้ที่แข็งแกร่งนั้นไม่ถูกต้องเพียงพอ และตอนนี้ส่วนใหญ่ใช้ PAR
โดยทั่วไป กลไกการสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถเริ่มต้นได้โดยพืชที่เป็นบวก PPFD> 50 ไมโครโมล·m-2·s-1; ในขณะที่โรงแรเงา PPFD ต้องการเพียง 20 μmol·m-2·s-1 ดังนั้นเมื่อทำการติดตั้งไฟ LED ของพืช คุณสามารถติดตั้งและตั้งค่าตามค่าอ้างอิงนี้ เลือกความสูงในการติดตั้งที่เหมาะสม และรับค่า PPFD ที่เหมาะสมและความสม่ำเสมอของพื้นผิวใบ
4. สูตรบางเบา
สูตรแสงเป็นแนวคิดใหม่ที่เสนอเมื่อเร็วๆ นี้ ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยปัจจัยสามประการ ได้แก่ คุณภาพแสง ปริมาณแสง และระยะเวลา เพียงแค่เข้าใจว่าคุณภาพแสงเป็นสเปกตรัมที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการสังเคราะห์แสงของพืช ปริมาณแสงเป็นค่า PPFD ที่เหมาะสมและความสม่ำเสมอ ระยะเวลาคือค่าสะสมของการฉายรังสีและอัตราส่วนของเวลากลางวันต่อกลางคืน เกษตรกรชาวดัตช์ได้ค้นพบว่าพืชใช้อัตราส่วนอินฟราเรดต่อแสงสีแดงเพื่อตัดสินการเปลี่ยนแปลงของกลางวันและกลางคืน อัตราส่วนอินฟราเรดจะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อพระอาทิตย์ตก และพืชตอบสนองต่อการนอนหลับอย่างรวดเร็ว หากไม่มีกระบวนการนี้ โรงงานจะใช้เวลาหลายชั่วโมงจึงจะเสร็จสิ้นกระบวนการนี้
ในการใช้งานจริง จำเป็นต้องสะสมประสบการณ์ผ่านการทดสอบและเลือกชุดค่าผสมที่ดีที่สุด
