Trồng cây

ÁNH SÁNG ĐÈN TRỒNG CÂY

anh sang den trong cay

GIỚI THIỆU

Đa số mọi người khi bắt đầu lựa chọn đèn trồng cây sẽ gặp lúng túng vì rất nhiều thông tin cần phải tìm hiểu, không chỉ hiểu biết về sinh học cây trồng mà còn cần kiến thức tổng quan về chiếu sáng. Do đó, trong bài viết này, Zako xin được tổng hợp lại các định nghĩa phổ biến có liên quan đến lĩnh vực đèn trồng cây. Hy vọng với những thông tin dưới đây, các bạn có thể tự tin hơn trong lựa chọn đèn trồng cây cho khu vườn của mình.

Trong bài viết có sử dụng các thuật ngữ Tiếng Anh mà không dịch ra Tiếng Việt, nhằm giúp các bạn thuận tiện tra cứu và tránh các hiểu lầm không mong muốn khi chuyển đổi ngôn ngữ.

Lĩnh vực dùng ánh sáng, đặc biệt là ánh sáng LED, tác động đến các quá trình sinh học của sinh vật (kể cả con người) chỉ mới phát triển trong những năm gần đây. Do đó, các bạn có thể đọc được các bài báo khoa học có kết quả không trùng khớp với nhau. Các kết quả khoa học trong lĩnh vực này chỉ nên là dữ liệu tham khảo khi áp dụng vào khu vườn cụ thể, vì phần lớn các điều kiện làm thí nghiệm (giống cây trồng, ánh sáng, nhiệt độ, ẩm độ, dinh dưỡng…) trong các công trình khoa học khác biệt rất nhiều so với khu vườn của chúng ta.

ÁNH SÁNG

Ánh sáng là chữ phổ thông dùng để chỉ các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong vùng quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường của con người (tức là từ khoảng 380 nm đến 760 nm), còn gọi là vùng khả kiến. Giống như mọi bức xạ điện từ, ánh sáng có thể được mô tả như những đợt sóng hạt chuyển động gọi là photon. Trong thực vật, ánh sáng được hấp thụ bởi các sắc tố (pigment) và các tế bào cảm quang (photoreceptor). Trong quá trình quang hợp, cây thu nhận và chuyển hóa năng lượng ánh sáng Mặt Trời tạo ra các hợp chất hữu cơ giúp cây phát triển. Ngoài ra, ánh sáng còn truyền tải thông tin về điều kiện môi trường và thời lượng ban ngày, ban đêm đến thực vật.

Mặc dù đã được định chuẩn bằng tiêu chuẩn ISO, nhưng việc phân chia các dải bước sóng ánh sáng trong các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau thường không trùng khớp với nhau. Ví dụ theo định nghĩa ở tiêu chuẩn ISO 21348:2007, dải ánh sáng đỏ có bước sóng (wavelength) từ 610nm đến 760nm, trong khi các nhà sinh vật học có thể định nghĩa ánh sáng đỏ có dải bước sóng từ 620nm đến 680nm (Sellaro 2010).

Hình bên dưới mô tả tổng quan về các dải bức xạ trong ánh sáng Mặt Trời, đồng thời kèm theo biểu đồ về năng lượng của bức xạ ánh sáng đo lường bằng hai dạng phổ biến theo công suất bức xạ năng lượng và theo số lượng hạt lượng tử.

quang pho mat troi anh sang den trong cay

Quang phổ ánh sáng mặt trời. Tham khảo: ASTM G173-03 Standard Tables for Reference Solar Spectral Irradiances

LUMEN VÀ QUANG THÔNG

Lumen là đơn vị đo lường của quang thông, là thước đo tổng lượng ánh sáng được phát ra từ một nguồn sáng. Ký hiệu của lumen là lm. Đèn có quang thông càng lớn (tức số lumen càng lớn) thì có thể phát ra càng nhiều ánh sáng. Trong ngành chiếu sáng, người ta thường sử dụng thông số quang thông để so sánh độ sáng của các loại đèn với nhau. Ví dụ, hai đèn có cùng công suất tiêu thụ điện năng, đèn nào có số lumen cao hơn sẽ được lựa chọn vì đèn đó sáng hơn. Trong lĩnh vực đèn trồng cây, đại lượng quang thông thường không được chú trọng bằng các đại lượng khác như PPFD hay PAR

Giá trị của quang thông của đèn được đo trong phòng thí nghiệm với máy móc và các thiết bị chuyên dụng, người sử dụng đèn không thể dùng các máy đo cầm tay để đo quang thông của đèn.

integrating sphere qua cau do thong so den anh sang den trong cay

Thiết bị chuyên dụng đo thông số đèn (có tên gọi Integrating sphere). Đèn cần được đặt trong quả cầu kín, cách biệt với môi trường bên ngoài.

LUX VÀ ĐỘ RỌI

Lux là đơn vị của độ rọi, là đại lượng đánh giá cường độ ánh sáng cảm nhận được, cụ thể độ rọi bằng quang thông trên diện tích

1 lux = 1 lumen/m2

Kí hiệu của lux là lx. Trong khi quang thông (đo bằng lumen) của đèn là một hằng số thì độ rọi (đo bằng lux) của đèn sẽ thay đổi theo khoảng cách lắp đặt đèn, khoảng cách càng gần đèn thì độ rọi có giá trị càng lớn hay cường độ ánh sáng càng lớn.

Trong lĩnh vực đèn trồng cây, giá trị lux thường được dùng làm giá trị tham khảo, vì giá trị này được đo lường dễ dàng bằng các thiết bị cầm tay. Một giải pháp thay thế là các ứng dụng điện thoại sử dụng cảm biến quang của camera để đo độ rọi. Các ứng dụng này không cam kết độ chính xác cao vì linh kiện điện tử sử dụng ở các loại điện thoại khác nhau có rất nhiều khác biệt.

thiet bi do lux lux meter anh sang den trong cay zako.vn 1

Thiết bị đo lux cầm tay

Bảng giá trị độ rọi tham khảo

NGUỒN SÁNG

ĐỘ RỌI (LUX)

Ánh sáng phản chiếu từ Mặt Trăng

1 lx

Ánh nắng Mặt Trời lúc hoàng hôn và bình minh

400 lx

Ánh nắng Mặt Trời trong ngày

32.000 lx - 100.000 lx

Trường quay truyền hình

1.000 lx

Văn phòng làm việc

400 lx

PAR (PHOTOSYNTHETICALLY ACTIVE RADIATION)  VÀ PBAR (PHOTOBIOLOGICALLY ACTIVE RADIATION)

Photosynthetically active radiation (viết tắt PAR) tạm gọi “bức xạ hoạt động quang hợp” là dải bức xạ ánh sáng có bước sóng từ 400nm đến 700nm. Đây là dải ánh sáng mà thực vật sử dụng nhiều nhất cho quá trình quang hợp. Vùng ánh sáng này cũng là vùng ánh sáng mà mắt thường có thể nhìn thấy được.

Trong những nghiên cứu gần đây cho thấy dải quang phổ trong vùng UV có bước sóng nhỏ hơn 400nm và dải quang phổ trong vùng đỏ xa có bước sóng lớn hơn 700nm có ảnh hưởng mạnh đến cây trồng. Nên định nghĩa Photobiologically Active Radiation (viết tắt PBAR) ra đời, đây là dải bức xạ mở rộng hơn so với dải PAR. Dải bức xạ PBAR thường được định nghĩa có bước sóng từ 280nm đến 800nm.par anh sang den trong cay zako.vn 1

Dải PAR có bước sóng từ 400-700nmpbar anh sang den trong cayDải PBAR có bước sóng từ 280-800nm

PPF (PHOTOSYNTHETIC PHOTON FLUX)

Photosynthetic photon flux (viết tắt PPF) tạm gọi “Thông lượng photon quang hợp”, là đại lượng cho biết tổng số hạt photon ánh sáng trong dải bước sóng PAR (400-700nm) phát ra trong một đơn vị thời gian (1 giây). Đơn vị của PPF  là μmol/s. Đèn trồng cây có thông số PPF càng cao thì khả năng cung cấp năng lượng cho cây quang hợp càng lớn.

Để đo được giá trị PPF của đèn, cần phải có thiết bị và dụng cụ chuyên dụng và thường được thực hiện trong phòng thí nghiệm.

PPFD (PHOTOSYNTHETIC PHOTON FLUX DENSITY)

Photosynthetic Photon Flux Density (viết tắt PPFD) tạm gọi “Mật độ thông lượng photon quang hợp” cho biết tổng số hạt photon ánh sáng trong dải bước sóng từ 400nm đến 700nm (dải PAR) mà một đơn vị diện tích nhận được trong một đơn vị thời gian. Đơn vị của PPFD là μmol s-1 m-2. Ví dụ, cây trồng nhận được ánh sáng đèn trồng cây với PPFD bằng 120μmol s-1 m-2, tức là trong khu vực trồng cây có diện tích 1 mét vuông sẽ nhận được 120μmol hạt photon ánh sáng trong 1 giây.

Đại lượng PPFD là một thông số quan trọng lĩnh vực đèn trồng cây. Thông số độ lux cho biết nhiều về cường độ ánh sáng cảm nhận được, trong khi PPFD cho biết mật độ năng lượng cung cấp cho cây quang hợp.

Do đó, đa số các nghiên cứu trong ngành đèn trồng cây thường dùng PPFD thay cho độ rọi (độ lux).

Với công nghệ hiện nay, có thể dễ dàng đo lường đại lượng PPFD bằng các thiết bị đo cầm tay chuyên dụng.

so sanh ppf va ppfd anh sang den trong cayPPF cho biết tổng số photon phát ra từ đèn trong 1 giây; PPFD là tổng số photon diện tích 1 mét vuông nhận được trong 1 giây

may do ppfd anh sang den trong cay

Thiết bị đo PPFD cầm tay

YPF (YIELD PHOTON FLUX) VÀ YIELD PHOTON FLUX DENSITY (YPFD)

Cây trồng không hấp thụ đồng đều các bức xạ ánh sáng có bước sóng khác nhau, ví dụ ánh sáng đỏ (đỏ) được hấp thụ nhiều hơn ánh sáng xanh lá (green). Các nhà khoa học đã đưa ra được đường cong hệ số cân đối cho đáp ứng quang hợp của cây trồng.

Đại lượng PAR đo tổng số hạt bức xạ trong dải từ 400nm đến 700nm và không tính đến đáp ứng quang hợp của thực vật đối với các bước sóng khác nhau. Trong khi đại lượng Yield photon flux (viết tắt YPF, tạm gọi thông lượng photon quang hợp có trọng số) đo tổng số năng lượng bức xạ nhân với trọng số theo đường cong đáp ứng quang hợp. Ngoài ra, đại lượng YPF được đo lường trong dải bước sóng từ 360nm đến 760nm, rộng hơn dải PAR (từ 400 đến 700nm). Đơn vị của YPF cũng giống như đơn vị của PPF là μmol s-1.

Tương tự định nghĩa về PPFD, Yield photon flux density (viết tắt YPFD, tạm gọi Mật độ thông lượng photon quang hợp có trọng số) được dùng để đo tổng số năng lượng bức xạ ánh sáng trên 1 đơn vị diện tích trong 1 đơn vị thời gian, có nhân với trọng số theo đường cong đáp ứng quang hợp. Đơn vị của YPDF là μmol s-1 m-2.

ypdf yield photon flux density anh sang den trong cay

Đường cong hiệu năng quang hợp dùng để tính toán YPF và YPFD

NHIỆT ĐỘ MÀU (CCT)

Nhiệt độ màu (Correlated color temperature, viết tắt CCT) được dùng để mô tả màu sắc của ánh sáng. Đơn vị của nhiệt độ màu là Kelvin (ký hiệu K), đây cũng là đơn vị đo nhiệt độ thông thường. Lý do CCT có cùng đơn vị với nhiệt độ xuất phát từ khái niệm của nó. Chúng ta đều biết rằng một vật khi nóng thì nó sẽ phát sáng, quang phổ liên tục mà nó phát ra phụ thuộc vào nhiệt độ của vật, vì thế khi quan sát quang phổ của một vật nóng chúng ta có thể ước lượng được nhiệt độ của nó. Nhiệt độ vật thể càng cao, thì ánh sáng phát ra có màu sắc càng gần với màu trắng xanh. Trong khi nhiệt độ vật thể càng thấp thấp thì ánh sáng phát ra có màu sắc càng gần với màu đỏ cam. Nhiệt độ màu có thể được sử dụng đơn giản như một thước đo màu sắc trải dài từ màu đỏ cam đến màu trắng xanh.

cct mau sac anh sang tuong ung nhiet do mau zako.vn 1

Màu sắc ánh sáng cảm nhận được tương ứng với nhiệt độ màu

Trong ngành chiếu sáng, nhiệt độ màu dưới 3000K thường được gọi là màu ấm hay trắng ấm (warm, warm white), nhiệt độ màu trên 5000K thường được gọi là màu lạnh, màu trắng mát hay trắng xanh (cool, cool white), nhiệt độ từ 3000K đến 5000K được gọi là màu trung tính (neutral white).

Trong lĩnh vực đèn trồng cây, thông số nhiệt độ màu cũng được sử dụng để mô tả màu sắc ánh sáng của đèn mà mắt thường có thể cảm nhận được.

nhiet do mau trung tinh trang am mau lanh anh sang den trong cay zako.vn

Nhiệt độ màu dưới 3000K được gọi là màu ấm, trên 5000K được gọi là màu lạnh, khoảng 3000K-5000K được gọi là màu trung tính

Bảng nhiệt độ màu với một số nguồn sáng khác nhau

NGUỒN SÁNG

NHIỆT ĐỘ MÀU

Ánh nến, đèn dầu

1000K

Rạng đông (sớm hơn Bình minh), đèn Wolfram

2000K

Bóng đèn sợi đốt

2500K

Ánh đèn trong phòng rửa ảnh

3000K

Đèn huỳnh quang

4000K

Ánh sáng ban ngày, đèn flash điện tử

5000K

Trời trong, mặt trời trên đỉnh đầu

5500K

Ánh nắng trong điều kiện không mây

6000K

Ánh nắng trong tình trạng trời mây

7000K

Trời nhiều mây

8000K

Bóng mát vào ngày trời trong

9000K

Trời nhiều mây đen, chuyển mưa

10,000K

Trời xanh không có mặt trời

11,000K

Xế chiều, mặt trời khuất sau núi trong ngày đẹp trời

20,000K

Nhiệt độ màu có thể được đo bằng các thiết bị đo chuyên dụng có độ chính xác cao trong phòng thí nghiệm hoặc bằng các máy đo cầm tay.

CHỈ SỐ HOÀN MÀU (CRI)

Chỉ số hoàn màu (Color Rendering Index, viết tắt CRI) là thước đo khả năng của nguồn sáng thể hiện màu sắc của vật thể một cách trung thực so với nguồn sáng tự nhiên hoặc nguồn sáng tiêu chuẩn. Chỉ số hoàn màu không có đơn vị, giá trị lớn nhất của CRI là 100. Ánh sáng Mặt Trời có chỉ số hoàn màu 100, đèn chiếu sáng dân dụng đạt tiêu chuẩn ở Việt Nam có chỉ số hoàn màu trên 80 (khoảng 83). CRI càng lớn, màu sắc của vật thể ở dưới ánh sáng đèn càng trung thực. Chỉ số hoàn màu được đo bằng các thiết bị đo chuyên dụng.

do hoan mau cri anh sang den trong cay

Đèn có độ hoàn màu CRI 90 cho ánh sáng có màu sắc trung thực hơn đèn có độ hoàn màu CRI 75

CRI cũng là một thông số quan trọng của đèn trồng cây. Ánh sáng đỏ chiếm tỷ lệ lớn trong các đèn trồng cây thường làm cho chỉ số hoàn màu của đèn trồng cây rất thấp (dưới 40), nên cây trồng dưới ánh sáng đèn có màu sắc không trung thực. Với những vườn cây trang trí trong nhà, cần độ thẩm mỹ cao, nên chọn đèn trồng cây có chỉ số hoàn màu cao mà vẫn có quang phổ phù hợp.

TẢN NHIỆT ĐÈN LED

Công nghệ đèn LED hiện tại sử dụng khoảng 30-40% điện năng để phát quang, phần còn lại chuyển hóa thành nhiệt. Khi nhiệt độ đèn càng cao, thì tuổi thọ và khả năng phát sáng của chip LED càng giảm. Do đó, khi thiết kế đèn LED, nhà sản xuất phải thiết kế phần tản nhiệt nhằm chuyển nhiệt năng ra khỏi đèn.

Tản nhiệt cho đèn LED có thể chia thành 2 loại, tản nhiệt thụ động (passive) và tản nhiệt chủ động (active).

Tản nhiệt chủ động sử dụng quạt hoặc nước để làm mát. Đèn có tản nhiệt loại này thường có giá thành thấp hơn loại tản nhiệt thụ động cùng công suất do sử dụng ít vật tư hơn. Đèn nhẹ, công suất cao, giá thành thấp là ưu điểm của loại tản nhiệt này. Tuy nhiên, sử dụng tản nhiệt chủ động có rất nhiều khuyết điểm. Trong quá trình sử dụng, quạt sẽ bị bám rất nhiều bụi bẩn, côn trùng, kết hợp với yếu tố độ ẩm cao trong môi trường trồng cây nên quạt rất dễ hư hỏng nếu không được bảo dưỡng thường xuyên. Quạt khi hoạt động sẽ phát ra tiếng ồn. Tuổi thọ của quạt thấp hơn rất nhiều so với tuổi thọ chip LED, nên khi quạt hư hỏng đèn sẽ quá nhiệt và bị cháy, không thể sửa chữa được.

Tản nhiệt bị động sử dụng vỏ đèn làm vật liệu tản nhiệt. Chất liệu của tản nhiệt loại này thường là nhôm, được định hình thành các tấm dạng lá, giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa đèn với môi trường. Đèn dùng tản nhiệt loại này có kích thước lớn, khối lượng nặng và giá thành cao do sử dụng nhiều vật liệu. Bù lại, tuổi thọ đèn được tăng cao, sử dụng được trong môi trường bụi bẩn, ẩm ướt và không phải bảo dưỡng trong suốt thời gian sử dụng đèn.

tan nhiet den led anh sang den trong cay

Hình bên trái là đèn trồng cây sử dụng quạt tản nhiệt, bên phải là đèn trồng cây sử dụng tản nhiệt hoàn toàn bằng vỏ nhôm. Đèn tản nhiệt vỏ nhôm độ bền cao, có thể bảo hành trên 3 năm.

MÃ IP (INTERNATIONAL PROTECTION MARKING)

Mã IP được định nghĩa trong tiêu chuẩn IEC 60529 nhằm phân loại và xếp hạng mức độ bảo vệ của lớp vỏ bảo vệ hoặc tủ điện. Mã IP thường xuất hiện trên vỏ của thiết bị với 2 chữ số cho biết khả năng bảo vệ khỏi vật rắn (ký số đầu tiên) và bảo vệ khỏi chất lỏng (ký số thứ 2).

Đèn có mã IP68 có thể sử dụng trong nước mà vẫn đảm bảo an toàn. Đèn có mã IP65 có thể sử dụng ngoài trời.

ip ingress protection anh sang den trong cay

Ý nghĩa của mã IP, mã xếp hạng khả năng bảo vệ của lớp vỏ hoặc tủ điện

HỘI CHỨNG TRÁNH BÓNG RÂM (SHADE-AVOIDANCE SYNDROME (SAS))

Khi một cây nhỏ sống ở dưới tán của một cây lớn hơn, không thể nhận đầy đủ ánh sáng Mặt Trời, sẽ có những phản ứng để tìm kiếm ánh sáng. Những phản ứng này được gọi là hội chứng tránh bóng râm. Phản ứng thường thấy nhất là ngọn cây sẽ dài, cây vươn nhanh để tìm kiếm ánh sáng, lá cây cũng dài và vươn lên phía trên. Một số ít cây có phản ứng ngược lại, lá cây lớn thêm để tăng diện tích hấp thụ ánh sáng. Nói chung hình dạng của cây sẽ thay đổi để tránh bóng râm.

hoi chung tranh bong ram shade avoidance anh sang den trong cay

Khi cây ở trong bóng của cây khác sẽ có những phản ứng rõ nét về hình dạng thân lá để cố gắng tìm ánh sáng, được gọi là hội chứng tránh bóng râm

TỶ SỐ ĐỎ:ĐỎ XA (R:FR)

Phytochrome là một loại tế bào cảm thụ ánh sáng (photoreceptor) ở thực vật đặc biệt nhạy cảm với ánh sáng đỏ (red) và đỏ xa (far-red). Phytochrome có thể được phân thành 2 loại, loại I được kích hoạt bởi ánh sáng đỏ xa (Pfr), và loại II được kích hoạt bởi ánh sáng đỏ (Pr). Tỷ lệ ánh sáng đỏ và đỏ xa (R:FR) sẽ làm thay đổi tỷ lệ giữa 2 loại phytochrome, ảnh hưởng đến nhiều quá trình phát triển ở thực vật. 

  • Khi cây ở dưới bóng cây khác, tỷ lệ R:FR có xu hướng giảm gây ra hội chứng tránh bóng râm. Tỷ lệ này càng thấp, hội chứng tránh bóng râm càng mạnh.
  • Thời gian ban ngày dài hơn ban đêm, hay ngược lại cũng ảnh hưởng đến tỷ lệ của 2 loại phytochrome. Đây cũng là yếu tố kích thích ra hoa ở một số loài cây như thanh long. Do đó, tỷ lệ R:FR ảnh hưởng mạnh đến quá trình ra hoa ở một số loài thực vật.

Ánh sáng Mặt Trời có tỷ lệ R:FR khoảng 1.2

Trong nghiên cứu của Sellaro (2010), tỷ lệ R:FR = (650–670 nm)/(720–740 nm)

Ánh sáng đèn trồng cây khi có một tỷ lệ đỏ xa phù hợp sẽ giúp cây sinh trưởng và phát triển tự nhiên hơn.

chuyen hoa do va do xa anh sang den trong cay

Sơ đồ chuyển hóa giữa 2 loại Phytochrome

TỶ LỆ XANH LAM : XANH LỤC (B:G)

Khi tỷ lệ ánh sáng xanh lam (blue) cao, tế bào thực vật có xu hướng co lại, kết quả là thân lá cây ngắn hơn, cây ít vươn hơn. Nhưng khi tăng tỷ lệ ánh sáng lục (green) trong phổ ánh sáng, tỷ lệ B:G giảm, sẽ làm giảm ảnh hưởng của ánh sáng xanh lam, kết quả là  hình dạng cây ít bị co lại.

Ánh sáng Mặt Trời có tỷ lệ B:G gần bằng 1

Trong nghiên cứu của Sellaro (2010), tỷ lệ B:G = (420–490 nm)/(500–570 nm)

DAILY LIGHT INTEGRAL (DLI)

Daily light integral (viết tắt DLI) là tổng bức xạ ánh sáng trong dải quang hợp (dải PAR từ 400nm đến 700nm) cung cấp cho 1 đơn vị diện tích trong 1 ngày đêm (24 giờ). Đơn vị của DLI là mol·m−2·d−1. Đại lượng DLI được dùng như thước đo tổng năng lượng ánh sáng cung cấp đến cho cây trong một ngày.

cong thuc tinh dli anh sang den trong cay

Công thức tính DLI với giá trị PPFD là hằng số

Giá trị DLI của ánh sáng Mặt Trời trong khoảng từ 5-70 mol·m−2·d−1 tùy vào vị trí địa lý và điều khiện thời tiết. Tổng quan, cây sẽ quang hợp kém nếu DLI giảm xuống dưới 5 mol·m−2·d−1 và sẽ đạt mức quang hợp bão hòa nếu DLI  trên 20 mol·m−2·d−1.

Khác với ánh sáng Mặt Trời chỉ có thể cung cấp cho cây vào ban ngày, ánh sáng đèn trồng cây có thể cung cấp cho cây vào bất kỳ thời điểm nào. Một số thí nghiệm đã chứng minh sử dụng ánh sáng cường độ trung bình với thời gian chiếu sáng dài cho kết quả quang hợp tốt hơn sử dụng ánh sáng cường độ cao trong thời gian ít hơn. Nếu khu vực trồng cây không đủ nắng vào ban ngày, có thể bổ sung thêm đèn cho cây vào ban đêm để làm tăng DLI, giúp cây quang hợp tốt hơn.

daily light integral anh sang den trong cay

So sánh sự phát triển của rễ cây ứng với các điều kiện trồng có DLI khác nhau (Michigan State University’s culinary herb research)

CÂY RA HOA THEO CHU KỲ NGÀY ĐÊM

Một số loài thực vật có đặc tính ra hoa theo mùa và được phân loại như sau:

Long-day plant là những loại thực vật sẽ ra hoa khi thời gian ban đêm giảm xuống dưới ngưỡng chu kỳ quang hợp (photoperiod). Ở Việt Nam là một nước thuộc Bắc bán cầu, những loài thực vật thuộc nhóm này sẽ ra hoa tự nhiên vào mùa hè, lúc ngày dài hơn đêm. Một số loài cây thuộc nhóm này như: hoa cẩm chướng, yến mạch. Ngoài ra, cũng có một số loại cây thuộc nhóm này chắc chắn sẽ ra hoa không phụ thuộc vào độ dài ngày đêm nhưng chịu ảnh hưởng lớn bởi điều kiện ánh sáng như lúa mạch hay xà lách.

Short-day plant là những loại thực vật sẽ ra hoa khi thời gian ban đêm kéo dài hơn ngưỡng chu kỳ quang hợp (photoperiod). Những loài thuộc nhóm này sẽ ra hoa tự nhiên vào mùa có thời gian ban ngày ngắn hơn ban đêm (như vào mùa đông). Những cây thuộc nhóm này như hoa cúc, lúa, cần sa. Một ví dụ phổ biến nhất cho nhóm cây short-day là cây hoa cúc. Cây hoa cúc sẽ ra hoa nếu thời gian ban đêm kéo dài từ 11-12 giờ. Do đó, các vườn trồng hoa cúc phải chong đèn vào ban đêm để tránh hiện tượng hoa cúc ra hoa sớm. Hay những ruộng lúa trồng gần đường cao tốc ảnh hưởng bởi ánh sáng đèn đường cũng khó trổ bông.

Day-neutral plant là những loài thực vật không có khuynh hướng ra hoa theo chu kỳ quang hợp (photoperiod). Thay vào đó, chúng sẽ ra hoa khi đạt đến một độ tuổi hay một giai đoạn phát triển nhất định hoặc do kích thích khi thay đổi điều kiện sống. Một số loài cây thuộc nhóm này như hoa hồng, cà chua, dưa leo.

long day plant short day plant day neutral plant anh sang den trong cay

Những cây thuộc nhóm short-day sẽ ra hoa khi thời gian ban đêm giảm xuống dưới ngưỡng định trước, và ngược lại với những cây thuộc nhóm long-day

CHẤT DIỆP LỤC (CHLOROPHYLL) VÀ SẮC TỐ (PIGMENT)

Chất diệp lục (chlorophyll), phổ biến ở các loài thực vật là chất diệp lục Chlorophyll-a và Chlorophyll-b, là những sắc tố (pigment) có màu xanh lá cây (green) đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp ở thực vật.

Chất diệp lục Chlorophyll-a hấp thụ mạnh ánh sáng ở dải đỏ (red) với đỉnh khoảng 660nm. Chất diệp lục Chlorophyll-b hấp thụ mạnh ánh sáng ở dải xanh lam (blue) với đỉnh khoảng 450nm. Lá cây hấp thụ mạnh ánh sáng đỏ và xanh lam, hấp thụ ít ánh sáng xanh lá, nên đa số lá cây có màu xanh lá. Vì lý do này, các đèn LED trồng cây thế hệ đầu thường chỉ có 2 màu xanh lam và đỏ.

chlorophyll chat diep luc anh sang den trong cay

Chlorophyll-a hấp thụ ánh sáng mạnh nhất ở dải ánh sáng đỏ (khoảng 660nm), Chlorophyll-b hấp thụ ánh sáng mạnh nhất ở dải xanh lam (khoảng 450nm)

Ngoài diệp lục là sắc tố chính, thực vật còn có các loại sắc tố phụ. Các sắc tố này cũng hấp thụ ánh sáng để tổng hợp các chất hữu cơ cần thiết cho sự phát triển của thực vật. Ví dụ các sắc tố nhóm carotenoids giúp tạo ra màu đỏ của các cây như cà-rốt.

HỢP CHẤT HỮU CƠ LỚP PHENOL (PHENOLICS)

Thực vật sử dụng ánh sáng làm nguyên liệu tổng hợp các hợp chất hữu cơ lớp phenol. Các hợp chất này có nhiều vai trò khác nhau trong sự phát triển của thực vật. Chúng góp phần tạo ra màu sắc cho hoa và quả, tạo ra mùi hương và dược tính ở các cây dược liệu. Ngoài ra, chúng còn hấp thụ một phần bức xạ UV, có tác dụng như một lớp “kem chống nắng”, giúp cây chịu đựng được môi trường khắc nghiệt.

Để tổng hợp nên các hợp chất này, thực vật sử dụng các dải ánh sáng khác nhau và khác với dải ánh sáng đỏ và xanh lam mà chất diệp lục sử dụng.

phenols anh sang den trong cay

Mức độ hấp thụ ánh sáng của các hợp chất hữu cơ lớp phenol

TẾ BÀO CẢM QUANG (PHOTORECEPTOR)

Thực vật có khả năng cảm nhận những thay đổi nhỏ trong quang phổ, cường độ và hướng của ánh sáng. Các tế bào cảm quan (photoreceptor) cảm nhận các tín hiệu trong ánh sáng để thay đổi sự phát triển thích nghi với điều kiện môi trường. Ba nhóm tế bào cảm quang chính ở thực vật bao gồm: cryptochrome,  phototropin, và phytochrome

Cryptochromes hấp thụ nhiều ánh sáng ở dải UV-A và dải xanh lam (blue), có ảnh hưởng đến đồng hồ sinh học, hình dạng cây và chu kỳ ra hoa của thực vật.

Phototropin hấp thụ nhiều ánh sáng ở dải xanh lam (blue). Phototropin có tác dụng quan trọng đối với việc mở khí khổng (stomata) và sự di chuyển của các lục lạp (chloroplast). Đặc biệt, phototropin sẽ khiến thân cây uốn cong về phía ánh sáng.

Phytochrome hấp thụ mạnh ánh sáng ở dải đỏ và đỏ xa. Phytochrome ảnh hưởng đến nhiều quá trình phát triển của thực vật như sự nảy mầm của hạt, sự tổng hợp chất diệp lục, sự kéo dài của cây con, kích thước, hình dạng, số lượng và sự di chuyển của lá và thời điểm ra hoa ở cây trưởng thành.

Mặc dù các tế bào cảm quang không hấp thụ mạnh ánh sáng ở dải xanh lá (green), tuy nhiên, do không bị hấp thụ nhiều bởi các chất diệp lục mà ánh sáng xanh lá có thể xuyên sâu vào các lớp lá, giúp cải thiện quá trình quang hợp, đồng thời kích thích các tế bào cảm quan để hiệu chỉnh tác động của ánh sáng xanh lam.

te bao cam quang photoreceptor anh sang den trong cay

Mức độ hấp thụ ánh sáng của các tế bào cảm quang

ÁNH SÁNG CHO CÂY QUANG HỢP (PHOTOSYNTHESIS)

Quang hợp là quá trình thực vật thu nhận và chuyển hóa năng lượng ánh sáng Mặt trời thành năng lượng hóa học. Năng lượng hóa học này được lưu trữ trong các hợp chất hữu cơ và được tổng hợp từ carbon dioxide và nước. Trong hầu hết các trường hợp, Oxy được tạo ra như một sản phẩm phụ của quá trình quang hợp. Có thể nói, năng lượng tổng hợp được của quá trình quang hợp cung cấp hầu như toàn bộ năng lượng cho sự sống ở Trái Đất.

qua trinh quang hop anh sang den trong cay

Tổng quan về quá trình quang hợp

Dải bức xạ ánh sáng tác động mạnh đến quá trình quang hợp có bước sóng từ 400-700nm. Ngoài ra, bức xạ có bước sóng dài hơn ở dải đỏ xa (far-red) có nhiều ảnh hưởng tích cực đến hiệu quả của quá trình quang hợp. Tác động này đã được chứng minh vào những năm 1950, và được gọi là hiệu ứng Emerson (Emerson effect). Tốc độ quang hợp của thực vật khi kết hợp ánh sáng đỏ và đỏ xa sẽ lớn hơn tổng tốc độ quang hợp khi chỉ sử dụng riêng lẻ từng loại ánh sáng.

Quá trình quang hợp chỉ chuyển hóa được 25% năng lượng nhận được, phần năng lượng còn lại được chuyển hóa thành nhiệt năng. Thực vật cũng chỉ chuyển hóa được từ 4% đến 6% năng lượng ánh sáng nhận được thành sinh khối.

Các thí nghiệm đã cho thấy tăng nồng độ CO2 trong không khí có thể tăng hiệu quả quang hợp lên đến 30%. Tuy nhiên, khi hiệu quả quang hợp tăng 30% thì tốc độ tăng trưởng của thực vật chỉ được cải thiện tương ứng 10%. Do đó, cải thiện khả năng thông gió ở khu vực trồng cây sẽ giúp tăng cường khả năng quang hợp. Tuy nhiên, cố gắng tăng nồng độ CO2 đến mức tối đa có thể không cần thiết.

Ngoài ra, các dải ánh sáng khác, như dải UV-A và UV-B có thể không tham gia chính vào quá trình quang hợp, nhưng chúng giúp cây tổng hợp các hợp chất cần thiết và cung cấp thông tin quan trọng cho sự sinh trưởng và phát triển bình thường của cây. Cây khỏe mạnh sẽ quang hợp tốt hơn cây ốm yếu.

THAY LỜI KẾT

Đèn trồng cây cần đáp ứng được các yêu cầu sau:

  • Dải quang phổ rộng với đầy đủ các bước sóng cần thiết cho cây phát triển
  • Công suất đèn đủ lớn giúp cung cấp đầy đủ năng lượng cho cây trồng
  • Thiết kế tản nhiệt tốt giúp tăng tuổi thọ đèn
  • Màu sắc ánh sáng phù hợp với không gian nội thất
  • Thiết kế vỏ chống nước cho môi trường có độ ẩm cao

Nhóm phát triển sản phẩm đèn LED trồng cây Zako hy vọng với những thông tin trong bài viết này, các bạn có thể hiểu rõ hơn về các khái niệm trong lĩnh vực đèn trồng cây. Nếu các bạn có các góp ý hay thắc mắc về nội dung của bài viết, vui lòng liên hệ với chúng tôi theo địa chỉ email zakodenled@gmail.com hoặc số điện thoại 0909821118.

Nội dung của bài viết này được biên soạn và xuất bản bởi zako.vn, vui lòng ghi rõ nguồn khi trích dẫn từ bài viết này

 

THAM KHẢO

https://vi.wikipedia.org/wiki/ánh_sáng

https://vi.wikipedia.org/wiki/Quang_hợp

ISO 21348:2007 Space environment (natural and artificial) — Process for determining solar irradiances

Sellaro, R., Crepy, M., Trupkin, S. A., Karayekov, E., Buchovsky, A. S., Rossi, C., & Casal, J. J. (2010). Cryptochrome as a sensor of the blue/green ratio of natural radiation in Arabidopsis. Plant physiology, 154(1), 401-409. doi:10.1104/pp.110.160820

ASTM G173-03 Standard Tables for Reference Solar Spectral Irradiances

https://vi.wikipedia.org/wiki/Lumen_(đơn_vị)

https://vi.wikipedia.org/wiki/Quang_thông

https://vi.wikipedia.org/wiki/Lux

https://en.wikipedia.org/wiki/Photosynthetically_active_radiation

https://vi.wikipedia.org/wiki/nhiệt_độ_màu

https://en.wikipedia.org/wiki/Color_rendering_index

https://vi.wikipedia.org/wiki/Mã_IP

https://en.wikipedia.org/wiki/Shade_avoidance

https://en.wikipedia.org/wiki/Phytochrome

https://en.wikipedia.org/wiki/Daily_light_integral

https://en.wikipedia.org/wiki/Photoperiodism

https://en.wikipedia.org/wiki/Chlorophyll

https://en.wikipedia.org/wiki/Carotenoid

https://en.wikipedia.org/wiki/Cryptochrome

https://en.wikipedia.org/wiki/Phototropin

https://en.wikipedia.org/wiki/Phytochrome

https://en.wikipedia.org/wiki/Emerson_effect

Trả lời