Penulis: Yamin Li dan Houcheng Liu, dll., dari Fakultas Hortikultura, Universitas Pertanian Cina Selatan

Sumber Artikel: Hortikultura Rumah Kaca

Jenis-jenis fasilitas hortikultura terutama meliputi rumah kaca plastik, rumah kaca tenaga surya, rumah kaca bentang ganda, dan pabrik tanaman. Karena bangunan fasilitas menghalangi sumber cahaya alami sampai batas tertentu, pencahayaan dalam ruangan menjadi tidak mencukupi, yang pada gilirannya mengurangi hasil dan kualitas tanaman. Oleh karena itu, pencahayaan tambahan memainkan peran yang sangat penting dalam menghasilkan tanaman berkualitas tinggi dan berdaya hasil tinggi di fasilitas tersebut, tetapi juga menjadi faktor utama dalam peningkatan konsumsi energi dan biaya operasional di fasilitas tersebut.

Selama ini, sumber cahaya buatan yang digunakan di bidang hortikultura fasilitas terutama meliputi lampu natrium tekanan tinggi, lampu fluoresen, lampu halogen logam, lampu pijar, dll. Kerugian utamanya adalah produksi panas yang tinggi, konsumsi energi yang tinggi, dan biaya operasional yang tinggi. Pengembangan dioda pemancar cahaya (LED) generasi baru memungkinkan penggunaan sumber cahaya buatan berenergi rendah di bidang hortikultura fasilitas. LED memiliki keunggulan efisiensi konversi fotolistrik yang tinggi, daya DC, volume kecil, umur panjang, konsumsi energi rendah, panjang gelombang tetap, radiasi termal rendah, dan ramah lingkungan. Dibandingkan dengan lampu natrium tekanan tinggi dan lampu fluoresen yang umum digunakan saat ini, LED tidak hanya dapat menyesuaikan kuantitas dan kualitas cahaya (proporsi berbagai pita cahaya) sesuai dengan kebutuhan pertumbuhan tanaman, tetapi juga dapat menyinari tanaman pada jarak dekat karena cahayanya yang dingin. Dengan demikian, jumlah lapisan budidaya dan tingkat pemanfaatan ruang dapat ditingkatkan, dan fungsi penghematan energi, perlindungan lingkungan, dan pemanfaatan ruang yang efisien yang tidak dapat digantikan oleh sumber cahaya tradisional dapat diwujudkan.

Berdasarkan keunggulan tersebut, LED telah berhasil digunakan dalam penerangan hortikultura di fasilitas umum, penelitian dasar lingkungan terkontrol, kultur jaringan tanaman, pembibitan pabrik tanaman, dan ekosistem kedirgantaraan. Dalam beberapa tahun terakhir, kinerja lampu pertumbuhan LED semakin meningkat, harganya semakin menurun, dan berbagai macam produk dengan panjang gelombang spesifik terus dikembangkan secara bertahap, sehingga aplikasinya di bidang pertanian dan biologi akan semakin luas.

Artikel ini merangkum status penelitian LED di bidang hortikultura fasilitas, berfokus pada aplikasi cahaya tambahan LED dalam dasar biologi cahaya, lampu tumbuh LED pada pembentukan cahaya tanaman, kualitas nutrisi dan efek penundaan penuaan, konstruksi dan aplikasi formula cahaya, serta menganalisis dan meninjau masalah dan prospek terkini dari teknologi cahaya tambahan LED.

Pengaruh cahaya tambahan LED terhadap pertumbuhan tanaman hortikultura

Pengaruh pengaturan cahaya terhadap pertumbuhan dan perkembangan tanaman meliputi perkecambahan biji, pemanjangan batang, perkembangan daun dan akar, fototropisme, sintesis dan dekomposisi klorofil, serta induksi bunga. Unsur-unsur lingkungan pencahayaan di fasilitas tersebut meliputi intensitas cahaya, siklus cahaya, dan distribusi spektral. Unsur-unsur tersebut dapat disesuaikan dengan penambahan cahaya buatan tanpa batasan kondisi cuaca.

Saat ini, setidaknya ada tiga jenis fotoreseptor pada tumbuhan: fitokrom (menyerap cahaya merah dan cahaya merah jauh), kriptokrom (menyerap cahaya biru dan cahaya ultraviolet dekat), serta UV-A dan UV-B. Penggunaan sumber cahaya dengan panjang gelombang spesifik untuk menyinari tanaman dapat meningkatkan efisiensi fotosintesis tanaman, mempercepat morfogenesis cahaya, dan mendorong pertumbuhan serta perkembangan tanaman. Cahaya merah jingga (610 ~ 720 nm) dan cahaya biru ungu (400 ~ 510 nm) digunakan dalam fotosintesis tanaman. Dengan menggunakan teknologi LED, cahaya monokromatik (seperti cahaya merah dengan puncak 660 nm, cahaya biru dengan puncak 450 nm, dll.) dapat dipancarkan sesuai dengan pita penyerapan terkuat klorofil, dan lebar domain spektralnya hanya ± 20 nm.

Saat ini diyakini bahwa cahaya merah-oranye akan secara signifikan mempercepat perkembangan tanaman, mendorong akumulasi bahan kering, pembentukan umbi, rimpang, umbi daun, dan organ tanaman lainnya, menyebabkan tanaman berbunga dan berbuah lebih awal, serta berperan penting dalam peningkatan warna tanaman; cahaya biru dan ungu dapat mengontrol fototropisme daun tanaman, mendorong pembukaan stomata dan pergerakan kloroplas, menghambat pemanjangan batang, mencegah pemanjangan tanaman, menunda pembungaan tanaman, dan mendorong pertumbuhan organ vegetatif; kombinasi LED merah dan biru dapat mengkompensasi kekurangan cahaya dari satu warna saja dan membentuk puncak penyerapan spektral yang pada dasarnya konsisten dengan fotosintesis dan morfologi tanaman. Tingkat pemanfaatan energi cahaya dapat mencapai 80% hingga 90%, dan efek penghematan energinya signifikan.

Penggunaan lampu tambahan LED dalam budidaya tanaman dapat menghasilkan peningkatan produksi yang sangat signifikan. Studi menunjukkan bahwa jumlah buah, total hasil panen, dan berat setiap buah tomat ceri di bawah cahaya tambahan strip LED dan tabung LED 300 μmol/(m²·s) selama 12 jam (8:00-20:00) meningkat secara signifikan. Cahaya tambahan strip LED meningkat masing-masing sebesar 42,67%, 66,89%, dan 16,97%, sedangkan cahaya tambahan tabung LED meningkat masing-masing sebesar 48,91%, 94,86%, dan 30,86%. Cahaya tambahan LED dari perlengkapan pencahayaan pertumbuhan LED selama seluruh periode pertumbuhan [rasio cahaya merah dan biru adalah 3:2, dan intensitas cahaya adalah 300 μmol/(m²·s)] dapat secara signifikan meningkatkan kualitas buah tunggal dan hasil panen per unit area tanaman chiehwa dan terong. Produksi Chikuquan meningkat sebesar 5,3% dan 15,6%, sedangkan terong meningkat sebesar 7,6% dan 7,8%. Melalui kualitas cahaya LED, intensitas, dan durasinya selama seluruh periode pertumbuhan, siklus pertumbuhan tanaman dapat dipersingkat, hasil panen komersial, kualitas nutrisi, dan nilai morfologi produk pertanian dapat ditingkatkan, serta produksi tanaman hortikultura di fasilitas pertanian yang efisien, hemat energi, dan cerdas dapat diwujudkan.

Penerapan lampu tambahan LED dalam budidaya bibit sayuran

Pengaturan morfologi, pertumbuhan, dan perkembangan tanaman dengan sumber cahaya LED merupakan teknologi penting di bidang budidaya rumah kaca. Tanaman tingkat tinggi dapat merasakan dan menerima sinyal cahaya melalui sistem fotoreseptor seperti fitokrom, kriptokrom, dan fotoreseptor, serta melakukan perubahan morfologi melalui pembawa pesan intraseluler untuk mengatur jaringan dan organ tanaman. Fotomorfogenesis berarti tanaman bergantung pada cahaya untuk mengontrol diferensiasi sel, perubahan struktural dan fungsional, serta pembentukan jaringan dan organ, termasuk pengaruhnya terhadap perkecambahan beberapa biji, peningkatan dominasi apikal, penghambatan pertumbuhan tunas lateral, pemanjangan batang, dan tropisme.

Budidaya bibit sayuran merupakan bagian penting dari pertanian fasilitas. Cuaca hujan terus-menerus akan menyebabkan kurangnya cahaya di dalam fasilitas, dan bibit cenderung memanjang, yang akan memengaruhi pertumbuhan sayuran, diferensiasi kuncup bunga dan perkembangan buah, dan pada akhirnya memengaruhi hasil panen dan kualitasnya. Dalam produksi, beberapa zat pengatur pertumbuhan tanaman, seperti gibberellin, auksin, paclobutrazol dan chlormequat, digunakan untuk mengatur pertumbuhan bibit. Namun, penggunaan zat pengatur pertumbuhan tanaman yang tidak tepat dapat dengan mudah mencemari lingkungan sayuran dan fasilitas, serta membahayakan kesehatan manusia.

Pencahayaan tambahan LED memiliki banyak keunggulan unik, dan merupakan cara yang layak untuk menggunakan pencahayaan tambahan LED untuk menumbuhkan bibit. Dalam percobaan pencahayaan tambahan LED [25±5 μmol/(m²·s)] yang dilakukan dalam kondisi cahaya rendah [0~35 μmol/(m²·s)], ditemukan bahwa cahaya hijau mendorong pemanjangan dan pertumbuhan bibit mentimun. Cahaya merah dan cahaya biru menghambat pertumbuhan bibit. Dibandingkan dengan cahaya lemah alami, indeks bibit kuat yang diberi pencahayaan tambahan cahaya merah dan biru meningkat masing-masing sebesar 151,26% dan 237,98%. Dibandingkan dengan kualitas cahaya monokromatik, indeks bibit kuat yang mengandung komponen merah dan biru di bawah perlakuan pencahayaan tambahan cahaya gabungan meningkat sebesar 304,46%.

Penambahan cahaya merah pada bibit mentimun dapat meningkatkan jumlah daun sejati, luas daun, tinggi tanaman, diameter batang, kualitas kering dan segar, indeks bibit kuat, vitalitas akar, aktivitas SOD, dan kandungan protein terlarut pada bibit mentimun. Penambahan UV-B dapat meningkatkan kandungan klorofil a, klorofil b, dan karotenoid pada daun bibit mentimun. Dibandingkan dengan cahaya alami, penambahan cahaya LED merah dan biru dapat secara signifikan meningkatkan luas daun, kualitas bahan kering, dan indeks bibit kuat pada bibit tomat. Penambahan cahaya LED merah dan hijau secara signifikan meningkatkan tinggi dan ketebalan batang bibit tomat. Perlakuan cahaya tambahan LED hijau dapat secara signifikan meningkatkan biomassa bibit mentimun dan tomat, dan berat segar dan kering bibit meningkat seiring dengan peningkatan intensitas cahaya tambahan hijau, sementara batang yang tebal dan indeks bibit kuat pada bibit tomat semuanya mengikuti peningkatan intensitas cahaya tambahan hijau. Kombinasi cahaya LED merah dan biru dapat meningkatkan ketebalan batang, luas daun, berat kering seluruh tanaman, rasio akar terhadap pucuk, dan indeks bibit kuat pada terong. Dibandingkan dengan cahaya putih, cahaya merah LED dapat meningkatkan biomassa bibit kubis dan mendorong pertumbuhan memanjang serta perluasan daun bibit kubis. Cahaya biru LED mendorong pertumbuhan yang lebat, akumulasi bahan kering, dan indeks bibit yang kuat pada bibit kubis, serta membuat bibit kubis menjadi kerdil. Hasil di atas menunjukkan bahwa keunggulan bibit sayuran yang dibudidayakan dengan teknologi pengaturan cahaya sangat jelas.

Pengaruh cahaya tambahan LED terhadap kualitas nutrisi buah dan sayuran

Protein, gula, asam organik, dan vitamin yang terkandung dalam buah dan sayuran merupakan bahan nutrisi yang bermanfaat bagi kesehatan manusia. Kualitas cahaya dapat memengaruhi kandungan vitamin C dalam tanaman dengan mengatur aktivitas enzim sintesis dan pengurai vitamin C, serta dapat mengatur metabolisme protein dan akumulasi karbohidrat pada tanaman hortikultura. Cahaya merah mendorong akumulasi karbohidrat, perlakuan cahaya biru bermanfaat untuk pembentukan protein, sedangkan kombinasi cahaya merah dan biru dapat meningkatkan kualitas nutrisi tanaman secara signifikan lebih tinggi daripada cahaya monokromatik.

Penambahan cahaya LED merah atau biru dapat mengurangi kandungan nitrat dalam selada, penambahan cahaya LED biru atau hijau dapat meningkatkan akumulasi gula larut dalam selada, dan penambahan cahaya LED inframerah bermanfaat untuk akumulasi vitamin C dalam selada. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan cahaya biru dapat meningkatkan kandungan vitamin C dan protein larut dalam tomat; cahaya merah dan kombinasi cahaya merah biru dapat meningkatkan kandungan gula dan asam dalam buah tomat, dan rasio gula terhadap asam tertinggi terjadi di bawah kombinasi cahaya merah biru; kombinasi cahaya merah biru dapat meningkatkan kandungan vitamin C dalam buah mentimun.

Fenol, flavonoid, antosianin, dan zat-zat lain dalam buah dan sayuran tidak hanya memiliki pengaruh penting pada warna, rasa, dan nilai jual buah dan sayuran, tetapi juga memiliki aktivitas antioksidan alami, dan dapat secara efektif menghambat atau menghilangkan radikal bebas dalam tubuh manusia.

Penggunaan cahaya biru LED sebagai tambahan cahaya dapat secara signifikan meningkatkan kandungan antosianin pada kulit terong hingga 73,6%, sedangkan penggunaan cahaya merah LED dan kombinasi cahaya merah dan biru dapat meningkatkan kandungan flavonoid dan total fenol. Cahaya biru dapat mendorong akumulasi likopen, flavonoid, dan antosianin pada buah tomat. Kombinasi cahaya merah dan biru mendorong produksi antosianin hingga batas tertentu, tetapi menghambat sintesis flavonoid. Dibandingkan dengan perlakuan cahaya putih, perlakuan cahaya merah dapat secara signifikan meningkatkan kandungan antosianin pada pucuk selada, tetapi perlakuan cahaya biru memiliki kandungan antosianin terendah. Kandungan total fenol pada selada daun hijau, ungu, dan merah lebih tinggi di bawah perlakuan cahaya putih, cahaya kombinasi merah-biru, dan cahaya biru, tetapi paling rendah di bawah perlakuan cahaya merah. Penambahan cahaya ultraviolet LED atau cahaya oranye dapat meningkatkan kandungan senyawa fenolik pada daun selada, sedangkan penambahan cahaya hijau dapat meningkatkan kandungan antosianin. Oleh karena itu, penggunaan lampu tumbuh LED merupakan cara efektif untuk mengatur kualitas nutrisi buah dan sayuran dalam budidaya hortikultura di fasilitas pertanian.

Pengaruh cahaya tambahan LED terhadap anti-penuaan tanaman

Degradasi klorofil, kehilangan protein yang cepat, dan hidrolisis RNA selama penuaan tanaman terutama dimanifestasikan sebagai penuaan daun. Kloroplas sangat sensitif terhadap perubahan lingkungan cahaya eksternal, terutama dipengaruhi oleh kualitas cahaya. Cahaya merah, cahaya biru, dan cahaya gabungan merah-biru kondusif untuk morfogenesis kloroplas, cahaya biru kondusif untuk akumulasi butiran pati di kloroplas, dan cahaya merah dan cahaya merah jauh memiliki efek negatif pada perkembangan kloroplas. Kombinasi cahaya biru dan cahaya merah-biru dapat mendorong sintesis klorofil pada daun bibit mentimun, dan kombinasi cahaya merah-biru juga dapat menunda penurunan kandungan klorofil daun pada tahap selanjutnya. Efek ini lebih jelas dengan penurunan rasio cahaya merah dan peningkatan rasio cahaya biru. Kandungan klorofil daun bibit mentimun di bawah perlakuan cahaya gabungan merah dan biru LED secara signifikan lebih tinggi daripada di bawah kontrol cahaya fluoresen dan perlakuan cahaya merah dan biru monokromatik. Cahaya biru LED dapat secara signifikan meningkatkan nilai klorofil a/b pada bibit Wutacai dan bawang putih hijau.

Selama penuaan, terjadi perubahan kandungan sitokinin (CTK), auksin (IAA), asam absisat (ABA), dan berbagai perubahan aktivitas enzim. Kandungan hormon tumbuhan mudah dipengaruhi oleh lingkungan cahaya. Kualitas cahaya yang berbeda memiliki efek pengaturan yang berbeda pada hormon tumbuhan, dan langkah awal jalur transduksi sinyal cahaya melibatkan sitokinin.

CTK mendorong perluasan sel daun, meningkatkan fotosintesis daun, sekaligus menghambat aktivitas ribonuklease, deoksiribonuklease, dan protease, serta menunda degradasi asam nukleat, protein, dan klorofil, sehingga dapat secara signifikan menunda penuaan daun. Terdapat interaksi antara cahaya dan regulasi perkembangan yang dimediasi CTK, dan cahaya dapat merangsang peningkatan kadar sitokinin endogen. Ketika jaringan tanaman berada dalam keadaan penuaan, kandungan sitokinin endogennya menurun.

IAA terutama terkonsentrasi di bagian-bagian yang mengalami pertumbuhan pesat, dan kandungannya sangat sedikit pada jaringan atau organ yang menua. Cahaya violet dapat meningkatkan aktivitas indole acetic acid oxidase, dan kadar IAA yang rendah dapat menghambat pemanjangan dan pertumbuhan tanaman.

ABA terutama terbentuk di jaringan daun yang menua, buah yang matang, biji, batang, akar, dan bagian lainnya. Kandungan ABA pada mentimun dan kubis di bawah kombinasi cahaya merah dan biru lebih rendah daripada di bawah cahaya putih dan cahaya biru.

Peroksidase (POD), superoksida dismutase (SOD), askorbat peroksidase (APX), dan katalase (CAT) adalah enzim pelindung yang lebih penting dan terkait dengan cahaya pada tumbuhan. Jika tumbuhan menua, aktivitas enzim-enzim ini akan menurun dengan cepat.

Kualitas cahaya yang berbeda memiliki pengaruh signifikan terhadap aktivitas enzim antioksidan tanaman. Setelah 9 hari perlakuan cahaya merah, aktivitas APX pada bibit lobak meningkat secara signifikan, dan aktivitas POD menurun. Aktivitas POD pada tomat setelah 15 hari perlakuan cahaya merah dan biru lebih tinggi dibandingkan dengan cahaya putih masing-masing sebesar 20,9% dan 11,7%. Setelah 20 hari perlakuan cahaya hijau, aktivitas POD pada tomat adalah yang terendah, hanya 55,4% dari cahaya putih. Penambahan cahaya biru selama 4 jam dapat secara signifikan meningkatkan kandungan protein terlarut, aktivitas enzim POD, SOD, APX, dan CAT pada daun mentimun pada tahap bibit. Selain itu, aktivitas SOD dan APX secara bertahap menurun seiring dengan perpanjangan waktu penyinaran cahaya. Aktivitas SOD dan APX di bawah cahaya biru dan merah menurun perlahan tetapi selalu lebih tinggi daripada di bawah cahaya putih. Penyinaran cahaya merah secara signifikan menurunkan aktivitas peroksidase dan IAA peroksidase pada daun tomat dan IAA peroksidase pada daun terong, tetapi menyebabkan aktivitas peroksidase pada daun terong meningkat secara signifikan. Oleh karena itu, menerapkan strategi pencahayaan tambahan LED yang tepat dapat secara efektif menunda penuaan tanaman hortikultura di fasilitas pertanian dan meningkatkan hasil panen serta kualitasnya.

Konstruksi dan aplikasi formula lampu LED

Pertumbuhan dan perkembangan tanaman sangat dipengaruhi oleh kualitas cahaya dan berbagai rasio komposisinya. Rumus cahaya terutama mencakup beberapa elemen seperti rasio kualitas cahaya, intensitas cahaya, dan waktu penyinaran. Karena setiap tanaman memiliki kebutuhan cahaya yang berbeda dan tahapan pertumbuhan serta perkembangan yang berbeda, kombinasi terbaik antara kualitas cahaya, intensitas cahaya, dan waktu penyinaran sangat dibutuhkan untuk tanaman budidaya.

 ◆Rasio spektrum cahaya

Dibandingkan dengan cahaya putih dan cahaya merah dan biru tunggal, kombinasi cahaya merah dan biru LED memiliki keunggulan komprehensif pada pertumbuhan dan perkembangan bibit mentimun dan kubis.

Ketika rasio cahaya merah dan biru adalah 8:2, ketebalan batang tanaman, tinggi tanaman, berat kering tanaman, berat segar, indeks bibit kuat, dan lain-lain, meningkat secara signifikan, dan juga bermanfaat bagi pembentukan matriks kloroplas dan lamela basal serta hasil asimilasi.

Penggunaan kombinasi kualitas cahaya merah, hijau, dan biru untuk kecambah kacang merah bermanfaat untuk akumulasi bahan keringnya, dan cahaya hijau dapat mendorong akumulasi bahan kering kecambah kacang merah. Pertumbuhan paling jelas terjadi ketika rasio cahaya merah, hijau, dan biru adalah 6:2:1. Efek pemanjangan hipokotil kecambah kacang merah paling baik terjadi pada rasio cahaya merah dan biru 8:1, dan pemanjangan hipokotil kecambah kacang merah jelas terhambat pada rasio cahaya merah dan biru 6:3, tetapi kandungan protein larutnya paling tinggi.

Ketika rasio cahaya merah dan biru adalah 8:1 untuk bibit loofah, indeks pertumbuhan bibit dan kandungan gula larut pada bibit loofah adalah yang tertinggi. Ketika menggunakan kualitas cahaya dengan rasio cahaya merah dan biru 6:3, kandungan klorofil a, rasio klorofil a/b, dan kandungan protein larut pada bibit loofah adalah yang tertinggi.

Ketika menggunakan rasio cahaya merah dan biru 3:1 pada seledri, hal itu dapat secara efektif mendorong peningkatan tinggi tanaman seledri, panjang tangkai daun, jumlah daun, kualitas bahan kering, kandungan vitamin C, kandungan protein larut, dan kandungan gula larut. Dalam budidaya tomat, peningkatan proporsi cahaya biru LED mendorong pembentukan likopen, asam amino bebas, dan flavonoid, sedangkan peningkatan proporsi cahaya merah mendorong pembentukan asam titrasi. Ketika cahaya dengan rasio cahaya merah dan biru pada daun selada adalah 8:1, hal itu bermanfaat untuk akumulasi karotenoid, dan secara efektif mengurangi kandungan nitrat dan meningkatkan kandungan vitamin C.

 ◆Intensitas cahaya

Tanaman yang tumbuh di bawah cahaya redup lebih rentan terhadap fotoinhibisi dibandingkan di bawah cahaya terang. Laju fotosintesis bersih bibit tomat meningkat seiring dengan peningkatan intensitas cahaya [50, 150, 200, 300, 450, 550 μmol/(m²·s)], menunjukkan tren peningkatan terlebih dahulu kemudian penurunan, dan mencapai maksimum pada 300 μmol/(m²·s). Tinggi tanaman, luas daun, kadar air, dan kadar VC selada meningkat secara signifikan di bawah perlakuan intensitas cahaya 150 μmol/(m²·s). Di bawah perlakuan intensitas cahaya 200 μmol/(m²·s), berat segar, berat total, dan kadar asam amino bebas meningkat secara signifikan, dan di bawah perlakuan intensitas cahaya 300 μmol/(m²·s), luas daun, kadar air, klorofil a, klorofil a+b, dan karotenoid selada semuanya menurun. Dibandingkan dengan kondisi gelap, dengan peningkatan intensitas cahaya LED [3, 9, 15 μmol/(m²·s)], kandungan klorofil a, klorofil b, dan klorofil a+b pada kecambah kacang hitam meningkat secara signifikan. Kandungan VC tertinggi terdapat pada 3 μmol/(m²·s), dan kandungan protein larut, gula larut, dan sukrosa tertinggi terdapat pada 9 μmol/(m²·s). Pada kondisi suhu yang sama, dengan peningkatan intensitas cahaya [(2~2,5)lx×10³ lx, (4~4,5)lx×10³ lx, (6~6,5)lx×10³ lx], waktu perkecambahan bibit paprika dipersingkat, kandungan gula larut meningkat, tetapi kandungan klorofil a dan karotenoid secara bertahap menurun.

 ◆Waktu cahaya

Memperpanjang waktu penyinaran dengan tepat dapat mengurangi stres akibat kekurangan cahaya yang disebabkan oleh intensitas cahaya yang tidak mencukupi hingga batas tertentu, membantu akumulasi produk fotosintesis tanaman hortikultura, dan mencapai efek peningkatan hasil panen dan peningkatan kualitas. Kandungan VC pada kecambah menunjukkan tren peningkatan bertahap seiring dengan perpanjangan waktu penyinaran (0, 4, 8, 12, 16, 20 jam/hari), sedangkan kandungan asam amino bebas, aktivitas SOD dan CAT semuanya menunjukkan tren penurunan. Dengan perpanjangan waktu penyinaran (12, 15, 18 jam), berat segar tanaman kubis Cina meningkat secara signifikan. Kandungan VC pada daun dan batang kubis Cina tertinggi masing-masing pada 15 dan 12 jam. Kandungan protein larut pada daun kubis Cina menurun secara bertahap, tetapi pada batang tertinggi setelah 15 jam. Kandungan gula larut pada daun kubis Cina meningkat secara bertahap, sedangkan pada batang tertinggi pada 12 jam. Ketika rasio cahaya merah dan biru adalah 1:2, dibandingkan dengan waktu penyinaran 12 jam, perlakuan penyinaran 20 jam mengurangi kandungan relatif total fenol dan flavonoid pada selada daun hijau, tetapi ketika rasio cahaya merah dan biru adalah 2:1, perlakuan penyinaran 20 jam secara signifikan meningkatkan kandungan relatif total fenol dan flavonoid pada selada daun hijau.

Dari uraian di atas, dapat dilihat bahwa formula cahaya yang berbeda memiliki efek yang berbeda pada fotosintesis, fotomorfogenesis, dan metabolisme karbon dan nitrogen dari berbagai jenis tanaman. Bagaimana mendapatkan formula cahaya terbaik, konfigurasi sumber cahaya, dan formulasi strategi pengendalian cerdas memerlukan spesies tanaman sebagai titik awal, dan penyesuaian yang tepat harus dilakukan sesuai dengan kebutuhan komoditas tanaman hortikultura, tujuan produksi, faktor produksi, dll., untuk mencapai tujuan pengendalian lingkungan cahaya yang cerdas dan tanaman hortikultura berkualitas tinggi dan berdaya hasil tinggi dalam kondisi hemat energi.

Masalah dan prospek yang ada

Keunggulan signifikan lampu pertumbuhan LED adalah kemampuannya untuk melakukan penyesuaian kombinasi cerdas sesuai dengan spektrum kebutuhan karakteristik fotosintesis, morfologi, kualitas, dan hasil panen berbagai tanaman. Berbagai jenis tanaman dan periode pertumbuhan yang berbeda dari tanaman yang sama memiliki kebutuhan yang berbeda untuk kualitas cahaya, intensitas cahaya, dan fotoperiode. Hal ini membutuhkan pengembangan dan peningkatan lebih lanjut dalam penelitian formula cahaya untuk membentuk basis data formula cahaya yang besar. Dikombinasikan dengan penelitian dan pengembangan lampu profesional, nilai maksimum lampu tambahan LED dalam aplikasi pertanian dapat direalisasikan, sehingga dapat menghemat energi, meningkatkan efisiensi produksi, dan keuntungan ekonomi. Penerapan lampu pertumbuhan LED dalam hortikultura fasilitas telah menunjukkan vitalitas yang kuat, tetapi harga peralatan atau perangkat penerangan LED relatif tinggi, dan investasi awal yang besar. Kebutuhan cahaya tambahan berbagai tanaman di bawah kondisi lingkungan yang berbeda belum jelas, spektrum cahaya tambahan, intensitas dan waktu penerangan yang tidak wajar akan menyebabkan berbagai masalah dalam penerapan industri penerangan pertumbuhan.

Namun, dengan kemajuan dan peningkatan teknologi serta penurunan biaya produksi lampu pertumbuhan LED, pencahayaan tambahan LED akan lebih banyak digunakan dalam hortikultura fasilitas. Pada saat yang sama, pengembangan dan kemajuan sistem teknologi lampu tambahan LED dan kombinasi energi baru akan memungkinkan perkembangan pesat pertanian fasilitas, pertanian keluarga, pertanian perkotaan, dan pertanian ruang angkasa untuk memenuhi permintaan masyarakat akan tanaman hortikultura di lingkungan khusus.