Cơ sở khoa học của việc chiếu sáng cây trồng trong nông nghiệp, sự quang hợp
Ánh sáng (ở đây là ánh sáng mặt trời) là yếu tố quyết định hình thành nên thảm thực vật trên trái đất nhờ quá trình quang hợp.
Lá, hoa của cây có vai trò hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời, để làm xúc tác cho phản ứng quang hóa thông qua diệp lục để tạo ra chất dinh dưỡng cho cây phát triển. Phản ứng quang hóa của diệp lục là cơ sở tạo ra đường và tinh bột, là những chất dinh dưỡng chính cung cấp cho con người. Ngoài ra, quá trình hấp thụ Carbonic đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc trung hòa Carbon, hạn chế hiệu ứng nhà kính và giảm nhẹ quá trình biến đổi khí hậu.
Công thức sau đây mô tả phương trình hóa học cơ bản của quá trình quang hợp:
6CO2 + 12H2O + Ánh sáng à C6H12O6 + 6H2O + 6O2
Thực vật cao cấp có hai nhóm sắc tố tham gia quang hợp là diệp lục chlorophyll a và b. Phổ hấp thụ của hai loại sắc tố này được mô tả tại hình 1. Quan sát quang phổ hấp thụ của hai loại diệp lục, chúng ta thấy có hai vùng ánh sáng mà diệp lục hấp thụ mạnh nhất tạo nên hai đỉnh hấp thụ cực đại. Đó là vùng ánh sáng đỏ với cực đại khoảng 662 nm và vùng ánh sáng xanh tím với cực đại khoảng 430 nm. Ánh sáng màu xanh lá cây không được diệp lục hấp thụ mà phản xạ toàn bộ trở lại môi trường. Vì vậy, chúng ta thấy đại đa số lá cây có màu xanh.
Tác dụng của chiếu sáng đối với cây trồng
Trong nhiều trường hợp, cần kích thích để rút ngắn chu kỳ sinh trưởng, tăng năng suất cây trồng hay trống rau sạch, nuôi cấy mô… trong môi trường không có ánh sáng mặt trời, người ta phải dùng phương pháp chiếu sáng nhân tạo.
Gần đây, người ta cũng đã chứng minh được rằng, chiếu sáng bằng nguồn sáng giầu màu xanh và có một tỷ lệ bức xạ tử ngoại sẽ tăng quá trình hình thành và tổng hợp Saponin, một hoạt chất cơ bản tạo nên giá trị của các loại sâm.
Việc chiếu sáng nhân tạo, hiện tại không chỉ dùng lại ở “phòng thí nghiệm ” mà đã được phổ biến trên mọi lĩnh vực trồng cây nông nghiệp, ở nhiều nước trên thế giới. Hình 2 giới thiệu một “vườn rau” sạch được nuôi trồng tại Hà Lan.
Nếu có dịp tham quan các vùng trồng thanh long ở Bình Thuận, Ninh Thuận vào ban đêm, chúng ta sẽ thấy rằng “ngoài đồng sáng hơn trong làng”, nghĩa là chiếu sáng đã trở hành một yếu tố không thể thiếu trong kỹ thuật canh tác loại nông sản này. Hình 3 giới thiệu một vườn cây thanh long tại Việt Nam được chiếu sáng bằng đèn LED ánh sáng trắng.
Đèn LED, nguồn sáng tối ưu cho chiếu sáng cây trồng
Trong lịch sử, rất nhiều loại đèn đã được sử dụng để chiếu sáng cây trồng như đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang compact và gần đây là đèn LED. Trong tương lai, đèn LED sẽ là nguồn sáng được sử dụng rộng rãi trong chiếu sáng cây trồng nhờ vào các ưu điểm vượt trội sau:
- Thứ nhất: Có hiệu suất phát quang cao hơn nhiều so với các loại đèn truyền thống. Hiện tại, các đèn LED thương mại có hiệu suất phát quang khoảng 100lm/W và hứa hẹn còn tăng cao hơn nhiều, trong khi đèn sợi đốt có hiệu suất phát quang vào khoảng 10lm/W, đèn compact 40 - 50lm/W.
- Thứ hai: Người ta có thể chế tạo được các loại đèn LED có quang phổ gần như trùng khít với phổ hấp thụ của sắc tố diệp lục (Hình 3). Sự trùng khít của phổ làm tăng hiệu quả chiếu sáng cây trồng khi sử dụng đèn LED.
- Việc sử dụng đèn LED không những tăng được hiệu quả sản xuất kinh doanh mà còn giúp tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm chi phí đầu vào, góp phần xây dựng nền nông nghiệp phát triển bền vững.
Hình ảnh và quang phổ của một vài loại nguồn sáng trong nông nghiệp
