Trả lời ngắn gọn
Bức xạ hoạt động quang hợp (PAR) là ánh sáng trong khoảng 400 đến 700 nm mà cây sử dụng để quang hợp, được đo bằng số photon. PPFD là lượng PAR đến tán cây mỗi giây, tính bằng µmol/m²/s, còn tích phân ánh sáng hằng ngày (DLI) là tổng lượng ánh sáng trong ngày, tính bằng mol/m²/d, được tính theo công thức PPFD × số giờ × 0.0036. Xà lách thường cần DLI khoảng 12–17, chẳng hạn 250 µmol/m²/s trong 16 giờ.
Bức xạ hoạt động quang hợp (PAR) là gì?
Bức xạ hoạt động quang hợp (PAR) là dải ánh sáng từ 400 đến 700 nanomét (nm) mà cây sử dụng để thực hiện quang hợp, gần tương ứng với dải ánh sáng nhìn thấy. Nói ngắn gọn, PAR bao gồm các bước sóng từ tím–xanh dương đến đỏ đậm. PAR được tính bằng số photon thay vì năng lượng hay độ sáng và là nền tảng của mọi chỉ số hữu ích về đèn trồng cây: PPF, PPFD và DLI.
Hiểu về PAR giúp bạn trả lời những câu hỏi thực tế của người trồng: cây trồng cần bao nhiêu ánh sáng, màu ánh sáng nào tốt nhất cho sinh trưởng, nên đặt đèn trồng cây cách cây bao xa và vì sao một chiếc đèn trông rất sáng vẫn có thể khiến cây phát triển kém. Bài viết này giải thích cơ sở khoa học và các phép đo. Nếu bạn đang lựa chọn và mua đèn, hãy xem hướng dẫn riêng của chúng tôi về đèn trồng cây cho canh tác trong nhà.
Một số nghiên cứu và tiêu chuẩn chiếu sáng mới hơn cũng đề cập đến PAR mở rộng (ePAR), 400–750 nm, vì photon đỏ xa trong khoảng 700 đến 750 nm phối hợp với các bước sóng ngắn hơn để thúc đẩy quang hợp. Khi bảng thông số kỹ thuật công bố số liệu ePAR, chỉ so sánh chúng với các số liệu ePAR khác. Nghiên cứu kinh điển về quang hợp theo bước sóng, thường được tóm tắt bằng đường cong McCree, cho thấy lá sử dụng mọi bước sóng trong dải này, trong đó photon đỏ thường hiệu quả hơn photon xanh dương hoặc xanh lá.
PAR, PPF, PPFD và DLI khác nhau thế nào?
PAR xác định ánh sáng nào được tính, còn PPF, PPFD và DLI đo lượng ánh sáng đó mà đèn tạo ra, lượng đến cây và lượng cây nhận được trong một ngày. Các đơn vị được tính theo micromol (µmol) photon, trong đó một mol tương đương khoảng 6.02 × 10²³ photon.
| Chỉ số | Đại lượng đo | Đơn vị | Mục đích sử dụng |
|---|---|---|---|
| PAR | Dải bước sóng 400–700 nm mà cây sử dụng để quang hợp | Dải bước sóng, nm | Xác định ánh sáng nào được tính |
| PPF (thông lượng photon quang hợp) | Tổng số photon PAR do đèn phát ra mỗi giây | µmol/s | So sánh lượng photon phát ra của đèn |
| PPE (hiệu suất photon quang hợp) | Số photon PAR được tạo ra trên mỗi đơn vị điện năng | µmol/J | So sánh hiệu suất của đèn |
| PPFD (mật độ thông lượng photon quang hợp) | Số photon PAR đến một bề mặt mỗi giây | µmol/m²/s | Thiết lập cường độ ánh sáng tại tán cây |
| DLI (tích phân ánh sáng hằng ngày) | Tổng số photon PAR nhận được trên mỗi mét vuông mỗi ngày | mol/m²/d | Điều chỉnh tổng lượng ánh sáng phù hợp với cây trồng |
Trong thực tế, PPFD có ý nghĩa gì? Đó là số đọc trên máy đo lượng tử (PAR) được giữ ngang tầm lá. Ánh nắng trực tiếp giữa trưa mùa hè đạt khoảng 2,000 µmol/m²/s, trong khi giá trồng xà lách trong nhà thông thường vận hành ở khoảng 200–300 µmol/m²/s nhưng trong nhiều giờ hơn.
Vì sao lumen và lux không phải là đơn vị phù hợp cho cây trồng?
lumen và lux được tính theo độ nhạy của thị giác con người, vốn đạt đỉnh ở ánh sáng xanh lá–vàng quanh 555 nm. Cây sử dụng photon xanh dương và đỏ rất hiệu quả, nhưng máy đo lux hầu như không ghi nhận chúng, nên đèn trồng cây giàu ánh sáng đỏ có thể cho số đo lux thấp mà vẫn cung cấp PPFD cao. Với ánh sáng mặt trời, 1,000 lux tương đương khoảng 18–19 µmol/m²/s, nhưng hệ số chuyển đổi thay đổi theo từng quang phổ, vì vậy thông số lumen không phải là chỉ dẫn đáng tin cậy. Thay vào đó, hãy dùng cảm biến lượng tử hoặc bản đồ PPFD của nhà sản xuất.
Tính DLI như thế nào và cây cần bao nhiêu ánh sáng?
Bạn tính tích phân ánh sáng hằng ngày bằng cách nhân PPFD với số giây bật đèn rồi quy đổi sang mol: DLI (mol/m²/d) = PPFD × số giờ chiếu sáng × 0.0036. Ví dụ, 250 µmol/m²/s trong 16 giờ cho kết quả 250 × 16 × 0.0036 = 14.4 mol/m²/d.
DLI là mục tiêu phù hợp hơn vì cây phản ứng với tổng lượng ánh sáng hằng ngày. Bạn có thể đạt cùng DLI bằng PPFD thấp hơn trong thời gian dài hơn, nhờ đó thường có thể dùng hệ thống chiếu sáng nhỏ hơn, rẻ hơn. Bảng đưa ra các khoảng giá trị khởi điểm thường được trích dẫn từ nguồn khuyến nông đại học và nghiên cứu làm vườn; các giống cây và hệ thống trồng có sự khác biệt.
| Cây trồng | DLI mục tiêu điển hình (mol/m²/d) | Ví dụ về PPFD và quang chu kỳ |
|---|---|---|
| Cây con và cây giống để trồng chuyển | Khoảng 6–12 | 100–200 µmol/m²/s trong 16–18 h |
| Rau mầm vi lượng (microgreens) | Khoảng 6–12 | 100–200 µmol/m²/s trong 16 h |
| Xà lách và rau ăn lá | Khoảng 12–17 | 200–300 µmol/m²/s trong 16 h |
| Húng quế và rau gia vị | Khoảng 12–20 | 250–350 µmol/m²/s trong 16 h |
| Dâu tây | Khoảng 15–25 | 300–450 µmol/m²/s trong 14–16 h |
| Cà chua, ớt, dưa chuột | Khoảng 20–30 hoặc hơn | Thường kết hợp ánh sáng mặt trời với ánh sáng bổ sung trong nhà kính |
Nhiều ánh sáng hơn không phải lúc nào cũng tốt hơn. Xà lách nhận DLI vượt xa mức mục tiêu có thể bị cháy mép lá, và chiếu sáng mạnh khi CO2, nhiệt độ và dinh dưỡng không tương xứng sẽ gây lãng phí điện. Hướng dẫn theo từng loại cây có trong hướng dẫn trồng xà lách thủy canh, hướng dẫn trồng rau mầm vi lượng (microgreens) và hướng dẫn trồng cà chua trong nhà của chúng tôi.
Ánh sáng màu nào tốt nhất cho cây sinh trưởng?
Không có một màu ánh sáng duy nhất tốt nhất cho cây sinh trưởng: cây sử dụng mọi bước sóng PAR để quang hợp, đồng thời mỗi dải màu cũng phát tín hiệu định hình cây. Photon đỏ thúc đẩy quang hợp rất hiệu quả, ánh sáng xanh dương giữ cây gọn, và hỗn hợp cân bằng có ánh sáng xanh lá cùng một phần ánh sáng đỏ xa thường cho sinh trưởng tổng thể tốt nhất. Vì vậy, ánh sáng tốt nhất cho cây không phải chỉ có một màu mà là quang phổ phù hợp với cây ở cường độ thích hợp. Bảng tóm tắt tác dụng của từng dải màu.
| Dải bước sóng | Khoảng bước sóng (nm) | Tác động chính đối với cây |
|---|---|---|
| UV-A | 315–400 | Có thể tăng sắc tố và độ dày lá; liều cao gây stress cho cây |
| Xanh dương | 400–500 | Giúp cây sinh trưởng gọn, lá dày hơn, khí khổng mở; quá nhiều làm giảm sự mở rộng của lá |
| Xanh lá | 500–600 | Xuyên sâu hơn vào tán cây và các lá phía dưới; giúp người lao động nhìn rõ cây |
| Đỏ | 600–700 | Hiệu quả quang hợp cao; thành phần chính trong quang phổ của phần lớn đèn trồng cây |
| Đỏ xa | 700–750 (và dài hơn) | Thúc đẩy lá mở rộng và thân vươn dài; ảnh hưởng đến ra hoa; tăng quang hợp khi kết hợp với ánh sáng đỏ |
Ánh sáng xanh dương so với ánh sáng đỏ cho cây: ánh sáng đỏ có tốt cho cây không?
Có, ánh sáng đỏ tốt cho cây; đây là dải bước sóng có hiệu quả quang hợp cao nhất trên mỗi photon đối với phần lớn cây trồng. Tuy nhiên, cây chỉ được chiếu ánh sáng đỏ thường vươn dài và hình thành lá bất thường, nên đèn trồng cây được bổ sung thành phần ánh sáng xanh dương, thường chiếm khoảng 10–30% số photon trong các bộ đèn thương mại, để giữ cây sinh trưởng gọn và bình thường. Các bộ đèn đỏ–xanh dương (màu tím) truyền thống dựa trên nguyên lý này; bộ đèn toàn phổ hiện đại bổ sung ánh sáng xanh lá và đỏ xa để cây sinh trưởng tự nhiên hơn và dễ quan sát hơn.
Màu sắc đèn trồng cây và 6500K có ý nghĩa gì?
Các giá trị Kelvin như 3000K, 4000K hoặc 6500K là nhiệt độ màu tương quan (CCT), mô tả ánh sáng trắng trông ấm hay lạnh đối với mắt người. Đèn trồng cây 6500K có sắc lạnh, hơi xanh dương và tỷ lệ ánh sáng xanh dương cao hơn, phù hợp với cây con, cành giâm và sinh trưởng lá; 3000–4000K có sắc ấm hơn và chứa nhiều ánh sáng đỏ hơn, thường được ưu tiên cho cây ra hoa và cho quả. CCT chỉ là chỉ dẫn sơ bộ về quang phổ, nên biểu đồ phân bố quang phổ trên bảng thông số kỹ thuật cung cấp nhiều thông tin hơn hẳn. Đối với cây con, ánh sáng trắng lạnh hoặc giàu ánh sáng xanh dương ở cường độ vừa phải là lựa chọn hợp lý.
Nên đặt đèn trồng cây cách cây bao xa?
Đèn trồng cây cần được đặt cách cây một khoảng đủ để cung cấp PPFD mục tiêu đồng đều mà không gây stress do nhiệt hoặc ánh sáng; khoảng cách này phụ thuộc vào lượng ánh sáng phát ra và thiết kế chùm sáng của đèn nhiều hơn là một con số cố định. Đèn LED công suất thấp được đặt gần cây; bộ đèn công suất cao được treo cao hơn. Bảng khoảng cách đưa ra các mức khởi điểm điển hình cho bộ đèn LED, cần được kiểm chứng bằng máy đo PAR.
| Loại bộ đèn LED | Khoảng cách điển hình phía trên tán cây | Ghi chú |
|---|---|---|
| Đèn dây, đèn ống và đèn nhỏ (khoảng 10–40 W) | 10–30 cm (4–12 in) | Kệ ươm cây con, rau mầm vi lượng (microgreens), tủ trồng cây |
| Thanh LED trong giá trồng thẳng đứng (khoảng 30–100 W mỗi thanh) | 15–40 cm (6–16 in) | Rau ăn lá và rau gia vị trên giá nhiều tầng |
| Đèn tấm công suất trung bình (khoảng 100–300 W) | 30–60 cm (12–24 in) | Lều trồng cây, phòng nhỏ, bàn trồng đơn lẻ |
| Đèn chiếu từ trên cao công suất lớn (khoảng 400–1,000 W) | 45–90 cm (18–36 in) | Cây cao, không gian trần cao, nhà kính |
Nên đặt cây con cách đèn trồng cây bao xa? Thường bằng hoặc xa hơn một chút so với cây trưởng thành, đồng thời giảm độ sáng của đèn để PPFD duy trì quanh 100–200 µmol/m²/s. Dấu hiệu đèn quá gần hoặc quá mạnh gồm lá ngọn bị bạc màu hoặc vàng và mép lá quăn; cây vươn dài, nhợt nhạt cho thấy thiếu ánh sáng. Hướng dẫn gieo hạt và nảy mầm của chúng tôi trình bày các cách bố trí hệ thống nhân giống.
Định luật nghịch đảo bình phương, theo đó cường độ giảm theo bình phương khoảng cách, chỉ áp dụng chính xác cho nguồn sáng điểm. Các dãy thanh LED phía trên giá trồng có bề mặt phản xạ hoạt động giống một tấm phát sáng rộng hơn, nên PPFD giảm chậm hơn theo khoảng cách. Đó là lý do việc đo đạc tốt hơn các quy tắc ước lượng.
Đo PAR và PPFD như thế nào?
Bạn đo PAR bằng cảm biến lượng tử, một thiết bị đo cầm tay hoặc cố định đếm photon trong khoảng 400 đến 700 nm và hiển thị PPFD. Ứng dụng điện thoại thông minh có thể đưa ra ước tính sơ bộ nhưng không đủ tin cậy cho các quyết định trong sản xuất thương mại.
- Dùng cảm biến lượng tử toàn phổ được hiệu chuẩn cho ánh sáng LED; cảm biến đời cũ có thể đo thấp hơn thực tế đối với ánh sáng đỏ đậm và xanh dương.
- Đo ở độ cao tán cây với cảm biến nằm ngang, sau khi đèn đã hoạt động ổn định trong khoảng 15–30 phút.
- Đo tại các điểm theo ô lưới, chẳng hạn cách nhau 15–30 cm trên mỗi kệ hoặc bàn trồng, bao gồm cả mép và góc.
- Tính giá trị trung bình và độ đồng đều. Chia số đo nhỏ nhất cho giá trị trung bình; giá trị quanh 0.7–0.8 hoặc cao hơn cho thấy độ đồng đều tốt.
- Quy đổi sang DLI theo quang chu kỳ của bạn và điều chỉnh độ sáng, độ cao hoặc số giờ chiếu sáng để đạt mục tiêu của cây trồng.
- Lặp lại định kỳ, vì lượng ánh sáng phát ra của LED giảm dần và bụi trên thấu kính làm giảm ánh sáng.
Ánh sáng màu nào thu hút côn trùng và màu nào không?
Hầu hết côn trùng bay đêm bị thu hút mạnh nhất bởi tia cực tím và ánh sáng xanh lam, thuộc vùng bước sóng ngắn, trong khi ánh sáng trắng ấm, vàng, hổ phách và đỏ thu hút ít côn trùng hơn. Không màu ánh sáng khả kiến nào hoàn toàn không thu hút côn trùng, nhưng ánh sáng bước sóng dài thường được chọn khi cần chiếu sáng mà ít thu hút côn trùng.
- Ánh sáng đỏ có thu hút côn trùng không? Nhìn chung, ánh sáng đỏ thu hút ít côn trùng hơn ánh sáng trắng hoặc xanh lam vì nhiều loài côn trùng nhận biết màu đỏ kém. Tuy nhiên, ánh sáng đỏ không xua đuổi côn trùng.
- Đèn bắt muỗi điện và đèn bắt muỗi UV sử dụng tia UV-A và ánh sáng xanh lam để dẫn dụ côn trùng; đèn diệt côn trùng nông nghiệp cũng áp dụng nguyên lý này ở quy mô lớn hơn. Xem hướng dẫn an toàn khi sử dụng đèn bắt muỗi điện của chúng tôi.
- Ruồi nhỏ có bị thu hút bởi ánh sáng xanh lam không? Các loài ruồi nhỏ như ruồi nấm có thể bị thu hút bởi nguồn sáng, nhưng trong phòng trồng cây, việc quản lý độ ẩm của giá thể và sử dụng thẻ bẫy dính màu vàng giúp kiểm soát chúng hiệu quả hơn. Các thẻ này tận dụng đặc tính côn trùng bị thu hút bởi bề mặt màu vàng; xem hướng dẫn về bẫy dính màu vàng của chúng tôi.
Trong các trang trại trong nhà khép kín, màu sắc của đèn trồng cây ít ảnh hưởng đến áp lực sâu hại so với việc bịt kín khe hở, giữ vệ sinh và lắp lưới chắn tại cửa ra vào cùng cửa hút gió.
Các bước tiếp theo
Bức xạ hoạt tính quang hợp giúp chuyển việc chiếu sáng từ ước đoán sang định lượng: chọn DLI cho cây trồng, quy đổi thành PPFD và quang chu kỳ, chọn phổ ánh sáng giúp cây sinh trưởng cân đối, rồi đo tại tán cây. Mars Vertical Farm thiết kế hệ thống chiếu sáng trong các nhà máy trồng cây trong container và trong nhà, chẳng hạn như nhà máy trồng rau ăn lá trong nhà của chúng tôi, dựa trên mục tiêu DLI riêng cho từng loại cây, với phổ LED, chiều cao lắp đặt và mức điều chỉnh độ sáng được thiết lập theo từng tầng. Chia sẻ loại cây và diện tích trồng của bạn để các kỹ sư của chúng tôi có thể đề xuất hệ thống chiếu sáng và trồng cây có kích thước tùy chỉnh, cung cấp trực tiếp từ nhà máy.
