लेखक: यामिन ली और होउचेंग लियू, आदि, बागवानी महाविद्यालय, दक्षिण चीन कृषि विश्वविद्यालय

लेख का स्रोत: ग्रीनहाउस बागवानी

बागवानी सुविधाओं के प्रकारों में मुख्य रूप से प्लास्टिक ग्रीनहाउस, सौर ग्रीनहाउस, बहु-विस्तार ग्रीनहाउस और पौध कारखाने शामिल हैं। चूंकि सुविधा भवन प्राकृतिक प्रकाश स्रोतों को कुछ हद तक अवरुद्ध करते हैं, इसलिए आंतरिक प्रकाश अपर्याप्त होता है, जो बदले में फसल की पैदावार और गुणवत्ता को कम करता है। इसलिए, पूरक प्रकाश सुविधा में उच्च गुणवत्ता और उच्च पैदावार वाली फसलों के लिए अनिवार्य भूमिका निभाता है, लेकिन यह सुविधा में ऊर्जा खपत और परिचालन लागत में वृद्धि का एक प्रमुख कारक भी बन गया है।

लंबे समय से, बागवानी के क्षेत्र में उपयोग किए जाने वाले कृत्रिम प्रकाश स्रोतों में मुख्य रूप से उच्च दाब वाले सोडियम लैंप, फ्लोरोसेंट लैंप, धातु हैलोजन लैंप, तापदीप्त लैंप आदि शामिल हैं। इनकी प्रमुख कमियाँ हैं उच्च ताप उत्पादन, उच्च ऊर्जा खपत और उच्च परिचालन लागत। नई पीढ़ी के प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) के विकास ने बागवानी के क्षेत्र में कम ऊर्जा वाले कृत्रिम प्रकाश स्रोत का उपयोग संभव बना दिया है। एलईडी में उच्च प्रकाश विद्युत रूपांतरण दक्षता, डीसी शक्ति, छोटा आकार, लंबी आयु, कम ऊर्जा खपत, स्थिर तरंगदैर्ध्य, कम ताप विकिरण और पर्यावरण संरक्षण जैसे लाभ हैं। वर्तमान में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले उच्च दाब वाले सोडियम लैंप और फ्लोरोसेंट लैंप की तुलना में, एलईडी न केवल पौधों की वृद्धि की आवश्यकताओं के अनुसार प्रकाश की मात्रा और गुणवत्ता (विभिन्न बैंड प्रकाश का अनुपात) को समायोजित कर सकता है, बल्कि अपने ठंडे प्रकाश के कारण पौधों को निकट दूरी से भी विकिरणित कर सकता है। इस प्रकार, खेती की परतों की संख्या और स्थान उपयोग दर में सुधार किया जा सकता है, और ऊर्जा बचत, पर्यावरण संरक्षण और स्थान कुशल उपयोग के कार्यों को साकार किया जा सकता है, जिन्हें पारंपरिक प्रकाश स्रोत प्रतिस्थापित नहीं कर सकते।

इन लाभों के आधार पर, एलईडी का उपयोग बागवानी प्रकाश व्यवस्था, नियंत्रणीय वातावरण के बुनियादी अनुसंधान, पादप ऊतक संवर्धन, पौध कारखाने में पौध रोपण और अंतरिक्ष पारिस्थितिकी तंत्र में सफलतापूर्वक किया गया है। हाल के वर्षों में, एलईडी ग्रो लाइटिंग का प्रदर्शन बेहतर हो रहा है, कीमत कम हो रही है, और विशिष्ट तरंग दैर्ध्य वाले सभी प्रकार के उत्पाद धीरे-धीरे विकसित हो रहे हैं, इसलिए कृषि और जीव विज्ञान के क्षेत्र में इसका अनुप्रयोग और भी व्यापक होगा।

यह लेख बागवानी के क्षेत्र में एलईडी के अनुसंधान की स्थिति का सारांश प्रस्तुत करता है, प्रकाश जीव विज्ञान के आधार में एलईडी पूरक प्रकाश के अनुप्रयोग, पौधों के प्रकाश निर्माण, पोषण गुणवत्ता और उम्र बढ़ने में देरी पर एलईडी ग्रो लाइट्स के प्रभाव, प्रकाश सूत्र के निर्माण और अनुप्रयोग पर ध्यान केंद्रित करता है, और एलईडी पूरक प्रकाश प्रौद्योगिकी की वर्तमान समस्याओं और संभावनाओं का विश्लेषण और विश्लेषण करता है।

बागवानी फसलों की वृद्धि पर एलईडी पूरक प्रकाश का प्रभाव

पौधों की वृद्धि और विकास पर प्रकाश के नियामक प्रभावों में बीज अंकुरण, तने की लंबाई बढ़ना, पत्ती और जड़ का विकास, प्रकाश अनुक्रिया, क्लोरोफिल का संश्लेषण और अपघटन, और पुष्पन प्रेरण शामिल हैं। संयंत्र में प्रकाश व्यवस्था के तत्वों में प्रकाश की तीव्रता, प्रकाश चक्र और वर्णक्रमीय वितरण शामिल हैं। मौसम की स्थिति की सीमा के बिना कृत्रिम प्रकाश की आपूर्ति द्वारा इन तत्वों को समायोजित किया जा सकता है।

वर्तमान में, पौधों में कम से कम तीन प्रकार के प्रकाश ग्राही पाए जाते हैं: फाइटोक्रोम (लाल प्रकाश और सुदूर लाल प्रकाश को अवशोषित करने वाला), क्रिप्टोक्रोम (नीले प्रकाश और निकट पराबैंगनी प्रकाश को अवशोषित करने वाला) और यूवी-ए और यूवी-बी। फसलों को विशिष्ट तरंगदैर्ध्य वाले प्रकाश स्रोत से विकिरणित करने से पौधों की प्रकाश संश्लेषण क्षमता में सुधार होता है, प्रकाश रूपांतरण प्रक्रिया तेज होती है और पौधों की वृद्धि एवं विकास को बढ़ावा मिलता है। पौधों के प्रकाश संश्लेषण में लाल नारंगी प्रकाश (610 ~ 720 एनएम) और नीले बैंगनी प्रकाश (400 ~ 510 एनएम) का उपयोग किया जाता था। एलईडी तकनीक का उपयोग करके, क्लोरोफिल के सबसे मजबूत अवशोषण बैंड के अनुरूप मोनोक्रोमैटिक प्रकाश (जैसे 660 एनएम शिखर वाला लाल प्रकाश, 450 एनएम शिखर वाला नीला प्रकाश आदि) को विकीर्णित किया जा सकता है, और स्पेक्ट्रल डोमेन की चौड़ाई केवल ± 20 एनएम होती है।

वर्तमान में यह माना जाता है कि लाल-नारंगी प्रकाश पौधों के विकास को काफी तेज करता है, शुष्क पदार्थ के संचय, कंद, कंद, पत्ती के कंद और अन्य पादप अंगों के निर्माण को बढ़ावा देता है, पौधों में जल्दी फूल और फल आने का कारण बनता है, और पौधों के रंग को निखारने में अग्रणी भूमिका निभाता है; नीला और बैंगनी प्रकाश पौधों की पत्तियों के प्रकाश अनुक्रिया को नियंत्रित करता है, स्टोमेटा के खुलने और क्लोरोप्लास्ट की गति को बढ़ावा देता है, तने के विस्तार को रोकता है, पौधे की लंबाई को कम करता है, फूल आने में देरी करता है, और वानस्पतिक अंगों के विकास को बढ़ावा देता है; लाल और नीले एलईडी का संयोजन दोनों रंगों में से किसी एक के अपर्याप्त प्रकाश की भरपाई करता है और एक ऐसा स्पेक्ट्रल अवशोषण शिखर बनाता है जो मूल रूप से फसल के प्रकाश संश्लेषण और आकारिकी के अनुरूप होता है। प्रकाश ऊर्जा उपयोग दर 80% से 90% तक पहुंच सकती है, और ऊर्जा बचत का प्रभाव महत्वपूर्ण है।

बागवानी संयंत्रों में एलईडी पूरक प्रकाश व्यवस्था से उत्पादन में उल्लेखनीय वृद्धि प्राप्त की जा सकती है। अध्ययनों से पता चला है कि 300 μmol/(m²·s) एलईडी स्ट्रिप्स और एलईडी ट्यूबों के पूरक प्रकाश में 12 घंटे (सुबह 8:00 बजे से रात 8:00 बजे तक) चेरी टमाटर के फलों की संख्या, कुल उत्पादन और प्रत्येक चेरी टमाटर का वजन काफी बढ़ जाता है। एलईडी स्ट्रिप के पूरक प्रकाश से उत्पादन में क्रमशः 42.67%, 66.89% और 16.97% की वृद्धि हुई है, जबकि एलईडी ट्यूब के पूरक प्रकाश से उत्पादन में क्रमशः 48.91%, 94.86% और 30.86% की वृद्धि हुई है। संपूर्ण वृद्धि अवधि के दौरान एलईडी ग्रो लाइटिंग फिक्स्चर का एलईडी पूरक प्रकाश [लाल और नीले प्रकाश का अनुपात 3:2 और प्रकाश की तीव्रता 300 μmol/(m²·s)] चेरी टमाटर और बैंगन की प्रति इकाई क्षेत्रफल उपज और फलों की गुणवत्ता में उल्लेखनीय वृद्धि कर सकता है। चिकुक्वान की पैदावार में क्रमशः 5.3% और 15.6% की वृद्धि हुई, जबकि बैंगन की पैदावार में क्रमशः 7.6% और 7.8% की वृद्धि हुई। एलईडी प्रकाश की गुणवत्ता, तीव्रता और संपूर्ण विकास अवधि के दौरान इसकी अवधि को नियंत्रित करके, पौधों के विकास चक्र को छोटा किया जा सकता है, कृषि उत्पादों की व्यावसायिक उपज, पोषण गुणवत्ता और आकारिकी मूल्य में सुधार किया जा सकता है, और उच्च दक्षता, ऊर्जा-बचत और बुद्धिमानी से संचालित बागवानी फसलों का उत्पादन संभव हो सकता है।

सब्जी के पौधों की खेती में एलईडी पूरक प्रकाश का अनुप्रयोग

एलईडी प्रकाश स्रोत द्वारा पादप आकारिकी और वृद्धि एवं विकास को नियंत्रित करना ग्रीनहाउस कृषि के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण तकनीक है। उच्च पादप फाइटोक्रोम, क्रिप्टोक्रोम और फोटोरिसेप्टर जैसे फोटोरिसेप्टर प्रणालियों के माध्यम से प्रकाश संकेतों को ग्रहण और अनुभव कर सकते हैं, और पादप ऊतकों और अंगों को नियंत्रित करने के लिए अंतःकोशिकीय संदेशवाहकों के माध्यम से आकारिकीय परिवर्तन कर सकते हैं। फोटोमॉर्फोजेनेसिस का अर्थ है कि पादप कोशिका विभेदन, संरचनात्मक और कार्यात्मक परिवर्तनों के साथ-साथ ऊतकों और अंगों के निर्माण को नियंत्रित करने के लिए प्रकाश पर निर्भर करते हैं, जिसमें कुछ बीजों के अंकुरण पर प्रभाव, शीर्षीय प्रभुत्व को बढ़ावा देना, पार्श्व कली वृद्धि का अवरोध, तने का विस्तार और ट्रॉपिज्म शामिल हैं।

सब्जी के पौधों की खेती, कृषि पद्धति का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। लगातार बारिश होने से कृषि क्षेत्र में पर्याप्त रोशनी नहीं मिल पाती और पौधे लंबे हो जाते हैं, जिससे सब्जियों की वृद्धि, कलियों का बनना और फलों का विकास प्रभावित होता है, और अंततः उनकी उपज और गुणवत्ता पर असर पड़ता है। उत्पादन में, पौधों की वृद्धि को नियंत्रित करने के लिए जिबरेलिन, ऑक्सिन, पैक्लोबुट्राज़ोल और क्लोर्मेक्वेट जैसे कुछ पादप वृद्धि नियामकों का उपयोग किया जाता है। हालांकि, पादप वृद्धि नियामकों का अत्यधिक उपयोग सब्जियों और कृषि क्षेत्र के वातावरण को आसानी से प्रदूषित कर सकता है, जो मानव स्वास्थ्य के लिए हानिकारक है।

एलईडी पूरक प्रकाश के अनेक अनूठे लाभ हैं और यह पौध संवर्धन के लिए एलईडी पूरक प्रकाश का उपयोग करने का एक व्यवहार्य तरीका है। कम प्रकाश [0~35 μmol/(m²·s)] की स्थिति में किए गए एलईडी पूरक प्रकाश [25±5 μmol/(m²·s)] प्रयोग में पाया गया कि हरा प्रकाश खीरे के पौधों की लंबाई और वृद्धि को बढ़ावा देता है। लाल और नीला प्रकाश पौधों की वृद्धि को रोकता है। प्राकृतिक कमज़ोर प्रकाश की तुलना में, लाल और नीले प्रकाश से पोषित पौधों का सुदृढ़ता सूचकांक क्रमशः 151.26% और 237.98% बढ़ गया। एकरंगी प्रकाश की तुलना में, मिश्रित प्रकाश पूरक प्रकाश के उपचार के तहत लाल और नीले घटकों वाले पौधों का सुदृढ़ता सूचकांक 304.46% बढ़ गया।

खीरे के पौधों में लाल प्रकाश डालने से पत्तियों की संख्या, पत्ती का क्षेत्रफल, पौधे की ऊंचाई, तने का व्यास, शुष्क और ताज़ा गुणवत्ता, अंकुरण सूचकांक, जड़ की जीवन शक्ति, एसओडी गतिविधि और घुलनशील प्रोटीन की मात्रा बढ़ सकती है। यूवी-बी प्रकाश देने से खीरे के पौधों की पत्तियों में क्लोरोफिल ए, क्लोरोफिल बी और कैरोटीनॉयड की मात्रा बढ़ जाती है। प्राकृतिक प्रकाश की तुलना में, लाल और नीले एलईडी प्रकाश का उपयोग करने से टमाटर के पौधों का पत्ती क्षेत्रफल, शुष्क पदार्थ की गुणवत्ता और अंकुरण सूचकांक में उल्लेखनीय वृद्धि होती है। एलईडी लाल और हरे प्रकाश का उपयोग करने से टमाटर के पौधों की ऊंचाई और तने की मोटाई में उल्लेखनीय वृद्धि होती है। एलईडी हरे प्रकाश के पूरक उपचार से खीरे और टमाटर के पौधों का बायोमास काफी बढ़ जाता है, और हरे प्रकाश की तीव्रता बढ़ने के साथ पौधों का ताज़ा और शुष्क वजन भी बढ़ता है, जबकि टमाटर के पौधों के तने की मोटाई और अंकुरण सूचकांक हरे प्रकाश की तीव्रता के साथ बढ़ते हैं। एलईडी लाल और नीले प्रकाश के संयोजन से बैंगन के तने की मोटाई, पत्ती का क्षेत्रफल, पूरे पौधे का शुष्क वजन, जड़-तना अनुपात और अंकुरण सूचकांक में वृद्धि होती है। सफेद प्रकाश की तुलना में, एलईडी लाल प्रकाश गोभी के पौधों के जैव द्रव्यमान को बढ़ा सकता है और उनकी लंबाई और पत्तियों के फैलाव को बढ़ावा दे सकता है। एलईडी नीला प्रकाश गोभी के पौधों की सघन वृद्धि, शुष्क पदार्थ संचय और मजबूत अंकुरण सूचकांक को बढ़ावा देता है, और उन्हें बौना बनाता है। उपरोक्त परिणाम दर्शाते हैं कि प्रकाश नियंत्रण तकनीक से उगाई गई सब्जियों के पौधों के लाभ स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं।

फलों और सब्जियों की पोषण गुणवत्ता पर एलईडी पूरक प्रकाश का प्रभाव

फलों और सब्जियों में मौजूद प्रोटीन, शर्करा, कार्बनिक अम्ल और विटामिन पोषक तत्व हैं जो मानव स्वास्थ्य के लिए लाभकारी होते हैं। प्रकाश की गुणवत्ता पौधों में कार्बनिक अम्लों (VC) की मात्रा को प्रभावित कर सकती है, क्योंकि यह VC संश्लेषण और अपघटन एंजाइमों की गतिविधि को नियंत्रित करती है। यह बागवानी पौधों में प्रोटीन चयापचय और कार्बोहाइड्रेट संचय को भी नियंत्रित कर सकती है। लाल प्रकाश कार्बोहाइड्रेट संचय को बढ़ावा देता है, नीला प्रकाश प्रोटीन निर्माण के लिए लाभकारी होता है, जबकि लाल और नीले प्रकाश का संयोजन एकरंगी प्रकाश की तुलना में पौधों की पोषण गुणवत्ता में उल्लेखनीय सुधार कर सकता है।

लाल या नीली एलईडी लाइट मिलाने से लेट्यूस में नाइट्रेट की मात्रा कम हो सकती है, नीली या हरी एलईडी लाइट मिलाने से लेट्यूस में घुलनशील शर्करा का संचय बढ़ सकता है, और अवरक्त एलईडी लाइट मिलाने से लेट्यूस में वसा शर्करा (VC) का संचय होता है। परिणामों से पता चला कि नीली रोशनी के प्रयोग से टमाटर में वसा शर्करा और घुलनशील प्रोटीन की मात्रा में सुधार हो सकता है; लाल रोशनी और लाल-नीली रोशनी के संयोजन से टमाटर के फल में शर्करा और अम्ल की मात्रा बढ़ सकती है, और लाल-नीली रोशनी के संयोजन में शर्करा और अम्ल का अनुपात सबसे अधिक था; लाल-नीली रोशनी के संयोजन से खीरे के फल में वसा शर्करा की मात्रा में सुधार हो सकता है।

फलों और सब्जियों में पाए जाने वाले फिनोल, फ्लेवोनोइड, एंथोसायनिन और अन्य पदार्थ न केवल फलों और सब्जियों के रंग, स्वाद और व्यावसायिक मूल्य पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालते हैं, बल्कि इनमें प्राकृतिक एंटीऑक्सीडेंट गतिविधि भी होती है, और ये मानव शरीर में मुक्त कणों को प्रभावी ढंग से रोक सकते हैं या हटा सकते हैं।

एलईडी नीली रोशनी का उपयोग बैंगन के छिलके में एंथोसायनिन की मात्रा को 73.6% तक बढ़ा सकता है, जबकि एलईडी लाल रोशनी और लाल-नीली रोशनी के संयोजन से फ्लेवोनोइड्स और कुल फिनोल की मात्रा बढ़ सकती है। नीली रोशनी टमाटर में लाइकोपीन, फ्लेवोनोइड्स और एंथोसायनिन के संचय को बढ़ावा देती है। लाल और नीली रोशनी का संयोजन एंथोसायनिन के उत्पादन को कुछ हद तक बढ़ावा देता है, लेकिन फ्लेवोनोइड्स के संश्लेषण को रोकता है। सफेद रोशनी की तुलना में, लाल रोशनी से लेट्यूस के अंकुरों में एंथोसायनिन की मात्रा में उल्लेखनीय वृद्धि होती है, जबकि नीली रोशनी से एंथोसायनिन की मात्रा सबसे कम होती है। हरी पत्ती, बैंगनी पत्ती और लाल पत्ती वाले लेट्यूस में कुल फिनोल की मात्रा सफेद रोशनी, लाल-नीली रोशनी के संयोजन और नीली रोशनी के उपचार में अधिक थी, लेकिन लाल रोशनी के उपचार में सबसे कम थी। एलईडी पराबैंगनी रोशनी या नारंगी रोशनी का उपयोग लेट्यूस की पत्तियों में फेनोलिक यौगिकों की मात्रा को बढ़ा सकता है, जबकि हरी रोशनी का उपयोग एंथोसायनिन की मात्रा को बढ़ा सकता है। इसलिए, एलईडी ग्रो लाइट का उपयोग सुविधा-आधारित बागवानी में फलों और सब्जियों की पोषण गुणवत्ता को नियंत्रित करने का एक प्रभावी तरीका है।

पौधों की वृद्धावस्था रोधी प्रक्रिया पर एलईडी पूरक प्रकाश का प्रभाव

पौधे के जीर्ण होने के दौरान क्लोरोफिल का क्षरण, प्रोटीन की तीव्र हानि और आरएनए का जल अपघटन मुख्य रूप से पत्ती के जीर्ण होने के रूप में प्रकट होते हैं। क्लोरोप्लास्ट बाहरी प्रकाश वातावरण में होने वाले परिवर्तनों के प्रति अत्यंत संवेदनशील होते हैं, विशेष रूप से प्रकाश की गुणवत्ता से प्रभावित होते हैं। लाल प्रकाश, नीला प्रकाश और लाल-नीला संयुक्त प्रकाश क्लोरोप्लास्ट के आकारिकी विकास के लिए अनुकूल होते हैं, नीला प्रकाश क्लोरोप्लास्ट में स्टार्च कणों के संचय के लिए अनुकूल होता है, जबकि लाल प्रकाश और अति-लाल प्रकाश क्लोरोप्लास्ट के विकास पर नकारात्मक प्रभाव डालते हैं। नीले प्रकाश और लाल-नीले प्रकाश का संयोजन खीरे के पौधे की पत्तियों में क्लोरोफिल के संश्लेषण को बढ़ावा दे सकता है, और लाल-नीले प्रकाश का संयोजन बाद के चरण में पत्ती में क्लोरोफिल की मात्रा में कमी को भी विलंबित कर सकता है। लाल प्रकाश के अनुपात में कमी और नीले प्रकाश के अनुपात में वृद्धि के साथ यह प्रभाव अधिक स्पष्ट होता है। एलईडी लाल और नीले संयुक्त प्रकाश उपचार के तहत खीरे के पौधे की पत्तियों में क्लोरोफिल की मात्रा फ्लोरोसेंट प्रकाश नियंत्रण और एकरंगी लाल और नीले प्रकाश उपचारों की तुलना में काफी अधिक थी। एलईडी नीली रोशनी वुटाकाई और हरे लहसुन के पौधों में क्लोरोफिल ए/बी के मान को काफी हद तक बढ़ा सकती है।

पौधों के जीर्ण होने की अवस्था में साइटोकिनिन (CTK), ऑक्सिन (IAA), एब्सिसिक एसिड (ABA) की मात्रा में परिवर्तन होता है और एंजाइम गतिविधि में भी कई तरह के बदलाव आते हैं। पादप हार्मोन की मात्रा प्रकाश वातावरण से आसानी से प्रभावित होती है। विभिन्न प्रकार के प्रकाश का पादप हार्मोन पर अलग-अलग नियामक प्रभाव होता है, और प्रकाश संकेत संचरण मार्ग के प्रारंभिक चरणों में साइटोकिनिन शामिल होते हैं।

CTK पत्ती की कोशिकाओं के विस्तार को बढ़ावा देता है, पत्ती के प्रकाश संश्लेषण को बढ़ाता है, जबकि राइबोन्यूक्लिएज़, डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिएज़ और प्रोटीएज़ की गतिविधियों को रोकता है और न्यूक्लिक एसिड, प्रोटीन और क्लोरोफिल के अपघटन में देरी करता है, जिससे पत्ती के जीर्ण होने की प्रक्रिया में काफी देरी हो सकती है। प्रकाश और CTK-मध्यस्थ विकासात्मक नियमन के बीच परस्पर क्रिया होती है, और प्रकाश अंतर्जात साइटोकिनिन के स्तर में वृद्धि को उत्तेजित कर सकता है। जब पौधे के ऊतक जीर्ण अवस्था में होते हैं, तो उनमें अंतर्जात साइटोकिनिन की मात्रा कम हो जाती है।

आईएए मुख्य रूप से पौधों के तेजी से बढ़ते भागों में केंद्रित होता है, और वृद्ध ऊतकों या अंगों में इसकी मात्रा बहुत कम होती है। बैंगनी प्रकाश इंडोल एसिटिक एसिड ऑक्सीडेज की गतिविधि को बढ़ा सकता है, और आईएए का निम्न स्तर पौधों की लंबाई और वृद्धि को बाधित कर सकता है।

ABA मुख्य रूप से जीर्ण-शीर्ण पत्तों के ऊतकों, परिपक्व फलों, बीजों, तनों, जड़ों और अन्य भागों में बनता है। लाल और नीली रोशनी के संयोजन में खीरे और पत्तागोभी में ABA की मात्रा सफेद और नीली रोशनी के संयोजन की तुलना में कम होती है।

पेरोक्सीडेज (POD), सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेज (SOD), एस्कॉर्बेट पेरोक्सीडेज (APX) और कैटालेज (CAT) पौधों में पाए जाने वाले महत्वपूर्ण और प्रकाश से संबंधित सुरक्षात्मक एंजाइम हैं। पौधों के बूढ़े होने पर इन एंजाइमों की सक्रियता तेजी से घट जाती है।

प्रकाश की विभिन्न गुणवत्ता पौधों के एंटीऑक्सीडेंट एंजाइमों की गतिविधियों पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालती है। लाल प्रकाश के 9 दिनों के उपचार के बाद, रेपसीड के पौधों में APX गतिविधि में उल्लेखनीय वृद्धि हुई और POD गतिविधि में कमी आई। लाल प्रकाश और नीले प्रकाश के 15 दिनों के उपचार के बाद टमाटर में POD गतिविधि सफेद प्रकाश की तुलना में क्रमशः 20.9% और 11.7% अधिक थी। हरे प्रकाश के 20 दिनों के उपचार के बाद, टमाटर में POD गतिविधि सबसे कम थी, जो सफेद प्रकाश की तुलना में केवल 55.4% थी। 4 घंटे नीले प्रकाश के पूरक से खीरे के पौधों की पत्तियों में घुलनशील प्रोटीन की मात्रा, POD, SOD, APX और CAT एंजाइमों की गतिविधियों में उल्लेखनीय वृद्धि हो सकती है। इसके अलावा, प्रकाश की अवधि बढ़ने के साथ SOD और APX की गतिविधियाँ धीरे-धीरे कम होती जाती हैं। नीले प्रकाश और लाल प्रकाश के तहत SOD और APX की गतिविधि धीरे-धीरे कम होती है, लेकिन हमेशा सफेद प्रकाश की तुलना में अधिक होती है। लाल प्रकाश के विकिरण से टमाटर की पत्तियों में पेरोक्सीडेज और IAA पेरोक्सीडेज की गतिविधियाँ और बैंगन की पत्तियों में IAA पेरोक्सीडेज की गतिविधियाँ उल्लेखनीय रूप से कम हो गईं, लेकिन बैंगन की पत्तियों में पेरोक्सीडेज की गतिविधि में उल्लेखनीय वृद्धि हुई। इसलिए, उचित एलईडी पूरक प्रकाश रणनीति अपनाने से संयंत्र में उगाई जाने वाली बागवानी फसलों के जीर्णता को प्रभावी ढंग से विलंबित किया जा सकता है और उपज और गुणवत्ता में सुधार किया जा सकता है।

एलईडी लाइट के निर्माण और अनुप्रयोग का सूत्र

पौधों की वृद्धि और विकास प्रकाश की गुणवत्ता और उसके विभिन्न संघटकों से काफी प्रभावित होते हैं। प्रकाश का सूत्र मुख्य रूप से प्रकाश गुणवत्ता अनुपात, प्रकाश तीव्रता और प्रकाश अवधि जैसे कई तत्वों को शामिल करता है। चूंकि विभिन्न पौधों की प्रकाश संबंधी आवश्यकताएं और वृद्धि एवं विकास के चरण भिन्न-भिन्न होते हैं, इसलिए फसलों की खेती के लिए प्रकाश की गुणवत्ता, प्रकाश तीव्रता और प्रकाश आपूर्ति अवधि का सर्वोत्तम संयोजन आवश्यक है।

 ◆प्रकाश स्पेक्ट्रम अनुपात

सफेद प्रकाश और केवल लाल और नीले प्रकाश की तुलना में, एलईडी लाल और नीले प्रकाश का संयोजन खीरे और गोभी के पौधों की वृद्धि और विकास पर व्यापक लाभ प्रदान करता है।

जब लाल और नीले प्रकाश का अनुपात 8:2 होता है, तो पौधे के तने की मोटाई, पौधे की ऊंचाई, पौधे का शुष्क वजन, ताजा वजन, मजबूत अंकुरण सूचकांक आदि में उल्लेखनीय वृद्धि होती है, और यह क्लोरोप्लास्ट मैट्रिक्स और बेसल लैमेला के निर्माण और आत्मसात पदार्थों के उत्पादन के लिए भी फायदेमंद होता है।

लाल सेम के अंकुरों के लिए लाल, हरे और नीले रंग की रोशनी का संयोजन उनके शुष्क पदार्थ संचय के लिए लाभकारी होता है, और हरी रोशनी से अंकुरों के शुष्क पदार्थ संचय को बढ़ावा मिलता है। लाल, हरे और नीले प्रकाश का अनुपात 6:2:1 होने पर वृद्धि सबसे अधिक स्पष्ट होती है। लाल सेम के अंकुरों के पौधे की उपशिरा की लंबाई में वृद्धि का प्रभाव 8:1 के लाल और नीले प्रकाश अनुपात में सबसे अच्छा था, जबकि 6:3 के लाल और नीले प्रकाश अनुपात में उपशिरा की लंबाई में वृद्धि स्पष्ट रूप से बाधित हुई, लेकिन घुलनशील प्रोटीन की मात्रा सबसे अधिक थी।

लूफा के पौधों के लिए जब लाल और नीली रोशनी का अनुपात 8:1 होता है, तो पौधों की मजबूती और घुलनशील शर्करा की मात्रा सबसे अधिक होती है। लाल और नीली रोशनी का अनुपात 6:3 होने पर लूफा के पौधों में क्लोरोफिल ए की मात्रा, क्लोरोफिल ए/बी का अनुपात और घुलनशील प्रोटीन की मात्रा सबसे अधिक पाई गई।

अजवाइन में लाल और नीली रोशनी का 3:1 अनुपात इस्तेमाल करने से पौधे की ऊंचाई, डंठल की लंबाई, पत्तियों की संख्या, शुष्क पदार्थ की गुणवत्ता, वसा वसा (VC) की मात्रा, घुलनशील प्रोटीन की मात्रा और घुलनशील शर्करा की मात्रा में प्रभावी रूप से वृद्धि होती है। टमाटर की खेती में, एलईडी नीली रोशनी का अनुपात बढ़ाने से लाइकोपीन, मुक्त अमीनो एसिड और फ्लेवोनोइड्स का निर्माण बढ़ता है, और लाल रोशनी का अनुपात बढ़ाने से टाइट्रेबल एसिड का निर्माण बढ़ता है। जब लाल और नीली रोशनी का अनुपात 8:1 होता है, तो लेट्यूस की पत्तियों में कैरोटीनॉयड का संचय होता है, और नाइट्रेट की मात्रा प्रभावी रूप से कम होती है और वसा वसा (VC) की मात्रा बढ़ती है।

 ◆प्रकाश की तीव्रता

कम रोशनी में उगने वाले पौधे तेज रोशनी में उगने वाले पौधों की तुलना में प्रकाश अवरोधन के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं। टमाटर के पौधों की शुद्ध प्रकाश संश्लेषण दर प्रकाश की तीव्रता [50, 150, 200, 300, 450, 550 μmol/(m²·s)] में वृद्धि के साथ बढ़ती है, जो पहले बढ़ने और फिर घटने का रुझान दिखाती है, और 300 μmol/(m²·s) पर अधिकतम स्तर पर पहुँच जाती है। 150 μmol/(m²·s) प्रकाश तीव्रता उपचार के तहत लेट्यूस की पौधे की ऊंचाई, पत्ती का क्षेत्रफल, जल की मात्रा और VC की मात्रा में उल्लेखनीय वृद्धि हुई। 200 μmol/(m²·s) प्रकाश तीव्रता के उपचार के तहत, ताजे वजन, कुल वजन और मुक्त अमीनो एसिड की मात्रा में उल्लेखनीय वृद्धि हुई, जबकि 300 μmol/(m²·s) प्रकाश तीव्रता के उपचार के तहत, लेट्यूस के पत्तों का क्षेत्रफल, जल की मात्रा, क्लोरोफिल ए, क्लोरोफिल ए+बी और कैरोटीनॉयड की मात्रा में कमी आई। अंधेरे की तुलना में, एलईडी ग्रो लाइट की तीव्रता [3, 9, 15 μmol/(m²·s)] बढ़ने के साथ, काले सेम के अंकुरों में क्लोरोफिल ए, क्लोरोफिल बी और क्लोरोफिल ए+बी की मात्रा में उल्लेखनीय वृद्धि हुई। VC की मात्रा 3 μmol/(m²·s) पर सबसे अधिक है, और घुलनशील प्रोटीन, घुलनशील शर्करा और सुक्रोज की मात्रा 9 μmol/(m²·s) पर सबसे अधिक है। समान तापमान स्थितियों के तहत, प्रकाश की तीव्रता में वृद्धि के साथ [(2~2.5)lx×103 lx, (4~4.5)lx×103 lx, (6~6.5)lx×103 lx], मिर्च के पौधों का अंकुरण समय कम हो जाता है, घुलनशील शर्करा की मात्रा बढ़ जाती है, लेकिन क्लोरोफिल ए और कैरोटीनॉयड की मात्रा धीरे-धीरे कम हो जाती है।

 ◆प्रकाश समय

प्रकाश की अवधि को उचित रूप से बढ़ाने से अपर्याप्त प्रकाश तीव्रता के कारण होने वाले कम प्रकाश तनाव को कुछ हद तक कम किया जा सकता है, बागवानी फसलों के प्रकाश संश्लेषक उत्पादों के संचय में सहायता मिलती है और उपज बढ़ाने तथा गुणवत्ता में सुधार लाने का प्रभाव प्राप्त होता है। अंकुरों में VC की मात्रा प्रकाश की अवधि (0, 4, 8, 12, 16, 20 घंटे/दिन) बढ़ाने के साथ धीरे-धीरे बढ़ती हुई दिखाई दी, जबकि मुक्त अमीनो अम्ल की मात्रा, SOD और CAT की गतिविधियाँ घटती हुई दिखाई दीं। प्रकाश की अवधि (12, 15, 18 घंटे) बढ़ाने के साथ, चीनी गोभी के पौधों का ताजा वजन काफी बढ़ गया। चीनी गोभी की पत्तियों और डंठलों में VC की मात्रा क्रमशः 15 और 12 घंटे पर सबसे अधिक थी। चीनी गोभी की पत्तियों में घुलनशील प्रोटीन की मात्रा धीरे-धीरे कम होती गई, लेकिन डंठलों में 15 घंटे के बाद यह सबसे अधिक थी। चीनी गोभी की पत्तियों में घुलनशील शर्करा की मात्रा धीरे-धीरे बढ़ती गई, जबकि डंठलों में यह 12 घंटे पर सबसे अधिक थी। जब लाल और नीले प्रकाश का अनुपात 1:2 होता है, तो 12 घंटे के प्रकाश समय की तुलना में, 20 घंटे का प्रकाश उपचार हरी पत्ती वाले लेट्यूस में कुल फिनोल और फ्लेवोनोइड की सापेक्ष सामग्री को कम करता है, लेकिन जब लाल और नीले प्रकाश का अनुपात 2:1 होता है, तो 20 घंटे का प्रकाश उपचार हरी पत्ती वाले लेट्यूस में कुल फिनोल और फ्लेवोनोइड की सापेक्ष सामग्री को उल्लेखनीय रूप से बढ़ाता है।

उपरोक्त से यह स्पष्ट है कि विभिन्न प्रकाश सूत्रों का विभिन्न प्रकार की फसलों के प्रकाश संश्लेषण, प्रकाशजनन और कार्बन एवं नाइट्रोजन चयापचय पर अलग-अलग प्रभाव पड़ता है। सर्वोत्तम प्रकाश सूत्र, प्रकाश स्रोत विन्यास और बुद्धिमान नियंत्रण रणनीतियों के निर्माण के लिए पौधों की प्रजातियों को प्रारंभिक बिंदु के रूप में लेना आवश्यक है, और ऊर्जा-बचत की स्थिति में प्रकाश वातावरण के बुद्धिमान नियंत्रण और उच्च गुणवत्ता एवं उच्च उपज वाली बागवानी फसलों के लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए बागवानी फसलों की वस्तुगत आवश्यकताओं, उत्पादन लक्ष्यों, उत्पादन कारकों आदि के अनुसार उचित समायोजन किया जाना चाहिए।

मौजूदा समस्याएं और संभावनाएं

एलईडी ग्रो लाइट का सबसे बड़ा लाभ यह है कि यह विभिन्न पौधों की प्रकाश संश्लेषण विशेषताओं, आकारिकी, गुणवत्ता और उपज की आवश्यकताओं के अनुसार समझदारी से संयोजन समायोजन कर सकती है। विभिन्न प्रकार की फसलों और एक ही फसल की अलग-अलग विकास अवधियों के लिए प्रकाश की गुणवत्ता, प्रकाश की तीव्रता और फोटोपीरियड की अलग-अलग आवश्यकताएं होती हैं। इसके लिए प्रकाश सूत्र अनुसंधान के और विकास की आवश्यकता है ताकि एक विशाल प्रकाश सूत्र डेटाबेस तैयार किया जा सके। पेशेवर लैंपों के अनुसंधान और विकास के साथ मिलकर, कृषि अनुप्रयोगों में एलईडी पूरक प्रकाश का अधिकतम लाभ प्राप्त किया जा सकता है, जिससे ऊर्जा की बचत, उत्पादन क्षमता और आर्थिक लाभ में वृद्धि हो सके। सुविधा बागवानी में एलईडी ग्रो लाइट का अनुप्रयोग तेजी से बढ़ रहा है, लेकिन एलईडी प्रकाश उपकरणों की कीमत अपेक्षाकृत अधिक है और एकमुश्त निवेश भी बड़ा है। विभिन्न पर्यावरणीय परिस्थितियों में विभिन्न फसलों की पूरक प्रकाश आवश्यकताएं स्पष्ट नहीं हैं, पूरक प्रकाश स्पेक्ट्रम, ग्रो लाइट की अनुचित तीव्रता और समय ग्रो लाइटिंग उद्योग के अनुप्रयोग में विभिन्न समस्याओं का कारण बन सकते हैं।

हालांकि, प्रौद्योगिकी में प्रगति और सुधार तथा एलईडी ग्रो लाइट की उत्पादन लागत में कमी के साथ, एलईडी पूरक प्रकाश व्यवस्था का उपयोग सुविधाओंपूर्ण बागवानी में व्यापक रूप से किया जाएगा। साथ ही, एलईडी पूरक प्रकाश प्रौद्योगिकी प्रणाली के विकास और प्रगति तथा नई ऊर्जा के संयोजन से सुविधाओंपूर्ण कृषि, पारिवारिक कृषि, शहरी कृषि और स्थानिक कृषि का तीव्र विकास संभव होगा, जिससे विशेष वातावरण में बागवानी फसलों के लिए लोगों की बढ़ती मांग को पूरा किया जा सकेगा।