Nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm Đèn led có quang phổ phù hợp Để Điều khiển sự ra hoa cho cây hoa mai tại thị xã an nhơn – bình Định (Đề Án thạc sĩ vật lý chất rắn)

Tuy nhiên, việc điều khiển sự ra hoa của các loại cây này bằng hệ thống đèn chiếu sáng vẫn còn các hạn chế sau: i Các loại đèn được sử dụng có vùng quang phổ chưa phù hợp với quang phổ đ

Trang 1

NGUYỄN LÊ TOÀN NHẤT

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM ĐÈN LED CÓ QUANG PHỔ PHÙ HỢP ĐỂ ĐIỀU KHIỂN SỰ RA HOA CHO CÂY HOA MAI TẠI THỊ XÃ AN NHƠN – BÌNH ĐỊNH

ĐỀ ÁN THẠC SĨ VẬT LÝ CHẤT RẮN

Bình Định – Năm 2024

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

NGUYỄN LÊ TOÀN NHẤT

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM ĐÈN LED CÓ QUANG PHỔ PHÙ HỢP ĐỂ ĐIỀU KHIỂN SỰ RA HOA CHO CÂY HOA MAI TẠI THỊ XÃ AN NHƠN – BÌNH ĐỊNH

Ngành: Vật lý chất rắn

Mã số: 8440104

Người hướng dẫn: TS LÊ THỊ THẢO VIỄN

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung của đề án là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS Lê Thị Thảo Viễn Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong đề tài là trung thực và chưa được ai được công bố và các tài liệu tham khảo đã được trích dẫn chính xác và đầy đủ

Bình Định, ngày 26 tháng 12 năm 2024

Học viên

Nguyễn Lê Toàn Nhất

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin bày tỏ sự kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất tới cô

Lê Thị Thảo Viễn - người đã hướng dẫn trực tiếp, luôn tận tình giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài;

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đến quý thầy, cô

bộ môn Vật lý – Khoa Khoa học tự nhiên, Trường Đại học Quy Nhơn và thầy Đào Xuân Việt, bạn Kiều Quang Tuấn cùng tập thể nhóm nghiên cứu và quý thầy, cô viện ITIMS đã tận tình chỉ bảo, động viên, giúp đỡ, đóng góp các ý kiến khoa học và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong quá trình học tập, nghiên cứu;

Quãng thời gian học tập, làm việc tại Trường Đại học Quy Nhơn và viện ITIMS đã mang lại cho em nhiều trải nghiệm có giá trị Em xin được chân thành cảm ơn cả những trọn vẹn và những dang dở Trong quá trình hoàn thành đề

án, cũng như trong quá trình làm bài báo cáo do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy, cô để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn;

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn những người thân của mình đã luôn bên cạnh, giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành đề án

Em xin chân thành cảm ơn!

Bình Định, ngày 26 tháng 12 năm 2024

Học viên

Nguyễn Lê Toàn Nhất

Trang 5

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU - 1

1 Lý do chọn đề tài - 1

2 Mục tiêu nghiên cứu - 3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - 3

4 Nội dung nghiên cứu - 3

5 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu - 4

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - 4

Chương 1 TỔNG QUAN - 6

1.1 Vai trò của ánh sáng đối với cây trồng - 6

1.1.1 Quang chu kì - 8

1.1.2 Quang phổ - 10

1.1.3 Tỷ lệ R/Fr - 13

1.2 Các nghiên cứu trước đây về điều khiển sự ra hoa của cây ngày ngắn 14 1.3 Tổng quan về đèn LED - 18

1.3.1 Cấu tạo - 19

1.3.2 Nguyên lý hoạt động - 21

1.3.3 Các ứng dụng phổ biến - 23

1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu về ứng dụng của đèn LED điều khiển ra hoa ở cây Hoa Mai - 26

Chương 2 THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO ĐÈN LED - 28

2.1 Cấu tạo đèn LED tròn (LED bulb) - 28

Trang 6

2.1.1 Góc khối chiếu sáng của đèn LED bulb - 29

2.1.2 Ưu điểm của góc chiếu sáng đèn LED bulb - 30

2.1.3 Nhược điểm của góc chiếu sáng đèn LED bulb - 30

2.2 Quy trình chế tạo - 31

2.2.1 Các tham số đầu vào - 31

2.2.2 Các bước chế tạo - 33

2.3 Kết quả chế tạo đèn - 37

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN - 40

3.1 Kết quả khảo sát thông số đèn LED - 40

3.1.1 Thông số của đèn LED số 1 - 40

3.1.11 Hình ảnh tổng hợp 10 đèn chế tạo được - 46

3.2 Thiết lập hệ thử nghiệm sinh học chiếu sáng cây hoa Mai - 48

3.3 Kết quả thử nghiệm sinh học - 50

3.3.1 Mẫu hoa Mai thử nghiệm với đèn LED 1 - 51

Trang 7

3.4 Tổng hợp kết quả thử nghiệm - 65

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - 67

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO - 68

Trang 8

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

STT hiệu Ký Tiếng Anh Tiếng Việt

2

FWHM Full width at half maximum Độ rộng vạch phổ tại các

đỉnh cộng hưởng

3 INC Incandescent lamp Đèn sợi đốt

5 LED Light Emitting Diode Điốt phát quang

6 LED bulb Light Emitting Diode Bulb Bóng đèn Điốt phát quang

7 n n-type semiconductor Lớp bán dẫn âm

8 NI Nighttime interruption Gián đoạn ban đêm

9 p p-type semiconductor Lớp bán dẫn dương

10 Pfr Far-red phytochrome Phytochrome đỏ xa

15 UV Ultraviolet light Ánh sáng tử ngoại

17 YAG Yttrium aluminum garnet Bột vàng

Trang 9

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thông số của bộ đèn LED được chế tạo 39Bảng 3.1 Thống kê số số LED và các tỷ lệ R/Fr của 10 bóng đèn chế tạo được 47Bảng 3.2 Bảng thống kê số lượng nụ hoa và số lượng hoa nở theo thời gian của các cây được chiếu đền với các tỷ lệ R/Fr khác nhau và cây đối chứng 50

Trang 10

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Ban tổ chức tặng cờ lưu niệm cho các nghệ nhân thâm gia triển lãm

Ảnh: Nguyễn Dũng - 1

Hình 1.2 Các nhân tố ảnh hưởng tới cây trồng - 6

Hình 1.3 Vai trò và điều kiện của ánh sáng ở từng gia đoạn sinh trưởng của cây, hiệu ứng của ánh sáng được cho là tạo ra các hoá chất cụ thể kết hợp với các thành phần thuốc để tối đa hoá tác dụng thuốc - 7

Hình 1.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến sự ra hoa - 8

Hình 1.5 Quang chu kỳ - 9

Hình 1.6 Phổ hấp thụ của sắc tố Phytochromes - 12

Hình 1.7 Các LED với các tỷ lệ tương ứng và sự ảnh hưởng của ánh sáng với chiều cao của cây - 14

Hình 1.8 Chất lượng ánh sáng phát ra từ đèn sợi đốt và đèn LED và sự ảnh hưởng của ánh sáng tới phần trăm ra hoa ở cây hoa cúc - 15

Hình 1.9 Thang độ khả năng kích thích và ức chế ra hoa ở cây hoa cúc 15

Hình 1.10 Mô hình chiếu sáng điều khiển quang chu kỳ bằng đèn LED nông nghiệp ngoài trời - 16

Hình 1.11 Sự ra hoa của cây lá đỏ (A, B) và cây hoa dải Cheribon (C, D) dưới tác động của ánh sáng đỏ xa tại cơ sở quang kỳ của SRI-YAAS, Trung Quốc - 18

Hình 1.12 Cấu tạo của một chip LED - 20

Hình 1.13 Nguyên lý hoạt động của chip LED - 21

Hình 1.14 Quang phổ của các chip LED đơn sắc (ngoại trừ phổ màu xanh lá) tại các bước sóng khác nhau - 22

Hình 1.15 Đèn LED dân dụng - 23

Hình 1.16 Đèn LED dạng trụ, ứng dụng trong chiếu sáng kích thích ra hoa ở cây thanh long - 25

Trang 11

Hình 1.17 Đèn LED dạng hình cầu (LED bulb), ứng dụng trong chiếu sáng

hoa cúc: kích thích ra hoa (hình trên); kích thích sinh trưởng (hình dưới) - 25

Hình 2.1 Mô hình cấu tạo đèn LED tròn - 28

Hình 2.2 Góc khối chiếu sáng - 29

Hình 2.3 Sơ đồ khối quy trình chế tạo - 31

Hình 2.4 Hình phổ phát xạ của chip LED đỏ 660 nm - 32

Hình 2.5 Hình phổ phát xạ của chip LED đỏ xa 730 nm - 32

Hình 2.6 Gắn chip LED lên bo mạch - 33

Hình 2.7 Lò hàn hồng ngoại và Chu trình nhiệt - 33

Hình 2.8 Bảng mạch điều khiển của đèn LED bulb sau khi hàn các chip LED - 34

Hình 2.9 Hệ thống cầu tích phân và bộ nguồn dòng Keithley

tại phòng 707-B1-HUST … - 34

Hình 2.10 Thực hiện đo thông số quang của đèn LED - 35

Hình 2.11 Giao diện làm việc của phần mềm Gamma Scientific LightTough LED - 35

Hình 2.12 Giao diện làm việc của phần mềm Gamma Scientific LightTough LED - 36

Hình 2.13 Giao diện làm việc của phần mềm Origin - 36

Hình 2.14 Mạch điều khiển phát sáng sau khi hàn chip LED 660 nm và 730 nm - 37

Hình 2.15 Đồ thị xu hướng thay đổi phổ phát xạ của bộ đèn có tỷ lệ R/Fr khác nhau - 38

Hình 2.16 Quang phổ của bộ đèn LED có tỷ lệ R/Fr khác nhau - 38

Hình 3.1 Hình ảnh đèn LED 1 và quang phổ - 40

Trang 12

Hình 3.11 Đồ thị xu hướng thay đổi phổ phát xạ của bộ đèn có tỷ lệ R/Fr khác nhau - 48

Hình 3.13 Đồ thị biểu thị số nụ (a) và số hoa (b) của đèn LED 1 so với cây đối chứng - 51

Trang 13

Hình 3.23 Đồ thị biểu thị số nụ (a) và số hoa (b) của bộ đèn LED so với cây

đối chứng - 62

Hình 3.24 Đồ thị biểu thị số nụ hoa theo tỷ lệ R/Fr ngày 25/09/2024 - 62

Hình 3.25 Đồ thị biểu thị số hoa theo tỷ lệ R/Fr ngày 02/10/2024 - 63

Hình 3.26 Đồ thị biểu thị số hoa theo tỷ lệ R/Fr ngày 12/10/2024 - 63

Hình 3.27 Đồ thị biểu thị phần trăm hoa/nụ theo tỷ lệ R/Fr ngày 02/10/2024 - 64

Hình 3.28 Đồ thị biểu thị phần trăm hoa/nụ theo tỷ lệ R/Fr ngày 12/10/2024 - 64

Hình 3.29 Đồ thị biểu thị số lượng hoa nở giữa cây chiếu đèn và cây đối chứng - 65

Hình 3.30 Đồ thị biểu thị tỉ lệ hoa nở so với nụ giữa cây chiếu đèn và cây đối chứng - 66

Trang 14

Cây hoa mai thuộc họ Ochnaceae, có tên khoa học Ochna integerima còn được gọi là cây hoàng mai Cây hoa mai thuộc cây ngày ngắn, có giá trị kinh tế

và mang nét văn hóa đặc trưng, đặc biệt trong dịp Tết Nguyên Đán ở Việt Nam Cây hoa mai sinh trưởng và phát triển mạnh, có tuổi thọ cao và nếu được chăm sóc chu đáo sẽ cho hoa nhiều và có màu sắc đẹp Cây hoa mai mỗi năm rụng lá một lần vào cuối mùa Đông (tháng 1 – tháng 2 Dương lịch) và nở hoa vào đầu mùa Xuân Hiện nay, việc trồng và chăm sóc cây hoa mai là nguồn thu nhập chính của các nhà vườn trồng hoa vào dịp tết Nguyên Đán của người dân cả nước nói chung và thị xã An Nhơn nói riêng, nơi được mệnh danh là “thủ phủ mai vàng” Bình Định

Hình 1.1 Ban tổ chức tặng cờ lưu niệm cho các nghệ nhân tham gia triển lãm

Ảnh: Nguyễn Dũng

Tuy nhiên việc chăm sóc để nở hoa vào đúng dịp tết Nguyên Đán vẫn còn phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của các nhà vườn, thời tiết và các loại thuốc kích thích Vì vậy, khi điều kiện thời tiết không thuận lợi, nắng ít, mưa

Trang 15

nhiều thì hầu như các loại cây sẽ không nở hoa, hoặc hoa nở sớm/muộn, khi đó người dân sẽ sử dụng một lượng thuốc kích thích khá lớn, khoảng 3 – 4 ngày phun một lần Nếu không sử dụng thuốc kích thích thì hoa nở không đúng vụ, gây thiệt hại kinh tế rất lớn cho người dân và Đất nước Ngược lại, việc sử dụng thuốc kích thích gây ô nhiễm môi trường, nguồn nước và ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe người trồng, người dân xung quanh và người tiêu dùng

Qua tham khảo các tài liệu nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng ánh sáng

là tác nhân chính điều khiển sự sinh trưởng, phát triển và ra hoa của cây trồng Việc sử dụng ánh sáng nhân tạo và một chế độ chăm sóc hợp lý, có thể thúc đẩy sự sinh trưởng, phát triển và điều khiển cây ra hoa đúng vụ mà không cần

sử dụng các loại thuốc kích thích độc hại Tuy nhiên, việc điều khiển sự ra hoa của các loại cây này bằng hệ thống đèn chiếu sáng vẫn còn các hạn chế sau: (i) Các loại đèn được sử dụng có vùng quang phổ chưa phù hợp với quang phổ điều khiển ra hoa của các loại cây này; (ii) Ma trận đèn và ma trận cây được bố trí dựa trên kinh nghiệm của người dân và (iii) Thời gian chiếu đèn cũng tùy vào kinh nghiệm của mỗi chủ vườn Các nghiên cứu trước đây cũng chỉ ra rằng, ánh sáng đỏ ở bước sóng 660 nm và ánh sáng đỏ xa ở bước sóng 730 nm có ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình quang chu kỳ và sự ra hoa của cây trồng Ánh sáng đỏ 660 nm thường được sử dụng để kích thích quang hợp và tăng cường sinh trưởng của cây, trong khi ánh sáng đỏ xa 730 nm có vai trò điều chỉnh chu kỳ sinh học của cây và khuyến khích sự ra hoa Tuy nhiên, việc nghiên cứu điều khiển ra hoa đúng vụ bằng đèn LED đối với cây hoa mai vẫn chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ

Vì vậy, tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm đèn LED

có quang phổ phù hợp để điều khiển sự ra hoa cho cây hoa mai tại thị xã An Nhơn – Bình Định” Đề tài này đặt mục tiêu nghiên cứu và chế tạo bộ đèn LED

tổ hợp được kết hợp từ hai loại chip LED có bước sóng 660 nm và 730 nm,

Trang 16

để tạo ra môi trường ánh sáng phù hợp nhằm điều khiển quá trình ra hoa của cây hoa mai Kết quả của nghiên cứu này không chỉ góp phần cung cấp một giải pháp kỹ thuật mới trong việc trồng cây hoa mai mà còn mở ra hướng nghiên cứu và ứng dụng công nghệ LED trong nông nghiệp thông minh, góp phần vào

sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp Việt Nam

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Chế tạo bộ đèn gồm 10 đèn LED tổ hợp từ hai đỉnh bước sóng đỏ 660

nm và đỏ xa 730 nm (R/Fr) với nhiều tỷ lệ ánh sáng khác nhau

- Thử nghiệm sinh học chiếu sáng cây Mai bằng bộ đèn LED tổ hợp R/Fr

để quan sát quá trình ra hoa của cây, từ đó đưa ra đánh giá về sự kích thích hay

ức chế ra hoa ở cây khi chiếu nguồn ánh sáng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: đèn LED, điều khiển ra hoa của cây hoa mai

- Phạm vi nghiên cứu: Chế tạo đèn LED nhằm điểu khiển ra hoa cho cây hoa mai

4 Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu một cách tổng thể ảnh hưởng của các vùng ánh sáng khác nhau đến sự ra hoa của cây ngày ngắn

- Nghiên cứu và thiết lập quy trình chế tạo một hệ thống đèn LED tổ hợp, kết hợp hai loại chip LED có bước sóng 660 nm và 730 nm

- Đo đạc phổ phát quang và các thông số của hệ thống đèn LED chế tạo được

- Thử nghiệm kích thích ra hoa ở cây hoa mai

- Xây dựng ma trận đèn thử nghiệm

Trang 17

- Xử lý số liệu thực nghiệm

5 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu

Trong đề tài, tôi đã kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu, tuy nhiên phương pháp chính là phương pháp thực nghiệm

* Phương pháp thực nghiệm chế tạo đèn LED:

- Tổ hợp LED

- Thiết kế kỹ thuật cho đèn

- Quy trình chế tạo

- Kết quả chế tạo đèn LED

* Phương pháp thử nghiệm sinh học:

- Tổng quan các nghiên cứu thử nghiệm sinh học

- Thực nghiệm sinh học

- Kết quả thử nghiệm sinh học

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Việc chế tạo ra đèn LED giúp người dân trồng hoa nâng cao hiệu quả sản xuất, đồng thời giảm lượng điện tiêu thụ ở mức thấp nhất

- Chiếu sáng cho cây hoa mai bằng đèn LED có những lợi ích quan trọng như:

Hoa nở đúng dịp: Hoa Mai có khả năng nở đúng thời điểm Tết khi được thắp đèn vào ban đêm, giúp cây thích ứng với điều kiện thời tiết khắc nghiệt;

Tạo Nhiệt độ ẩm: Khi gần Tết và nụ mai chưa mở vỏ lụa, thắp đèn vào ban đêm không chỉ cung cấp ánh sáng mà còn giúp tạo ra nhiệt độ ấm, kích thích quá trình nở hoa;

Trang 18

Tăng giá trị sản phẩm : Hoa nở đúng dịp Tết có giá trị cao hơn, và việc thắp đèn giúp đảm bảo rằng cây Mai sẽ đẹp và nở hoa đúng dịp Tết …

- Sử dụng đèn LED chiếu sáng là công nghệ mới hứa hẹn sẽ nhanh chóng được nhân rộng góp phần tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường xanh - sạch

- đẹp, không những góp phần cung cấp một giải pháp kỹ thuật mới trong việc trồng cây hoa mai mà còn mở ra hướng nghiên cứu và ứng dụng công nghệ LED trong nông nghiệp thông minh và góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp Việt Nam

Trang 19

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Vai trò của ánh sáng đối với cây trồng

Ánh sáng là yếu tố thiết yếu cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng Quá trình quang hợp, một trong những quá trình sinh lý quan trọng nhất của cây, phụ thuộc trực tiếp vào ánh sáng Trong quá trình này, cây hấp thụ ánh sáng và sử dụng nó để chuyển đổi khí CO2 và nước thành đường (dạng năng lượng hóa học) và O2 Năng lượng này sau đó được sử dụng để thúc đẩy các hoạt động sống khác nhau của cây, bao gồm sự phát triển của rễ, lá, hoa và quả.1

Ánh sáng không chỉ cung cấp năng lượng cho quá trình quang hợp mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh nhiều quá trình sinh lý khác của cây thông qua cơ chế gọi là quang chu kỳ (photoperiodism) Các cây có khả năng nhận biết sự thay đổi trong thời gian chiếu sáng (thời gian ngày và đêm) và sử dụng thông tin này để điều chỉnh các quá trình sinh trưởng, phát triển và ra hoa.2

Trang 20

Quá trình ra hoa của cây trồng thường được điều chỉnh bởi các yếu tố môi trường, trong đó ánh sáng đóng vai trò chủ chốt Nhiều loài cây có phản ứng ra hoa dựa trên độ dài ngày đêm, tức là số giờ chiếu sáng và bóng tối trong

24 giờ, được gọi là quang chu kỳ

Dựa vào quang chu kỳ, sự ra hoa của các loại cây được chia làm ba nhóm: Cây ngày ngắn, cây ngày dài và cây trung tính

Hình 1.3 Vai trò và điều kiện của ánh sáng ở từng gia đoạn sinh trưởng của cây, hiệu ứng của ánh sáng được cho là tạo ra các hoá chất cụ thể kết hợp với các thành phần

Trong quá trình ra hoa, ánh sáng đỏ (660 nm) và ánh sáng đỏ xa (730 nm) có vai trò rất quan trọng Ánh sáng đỏ thường thúc đẩy quá trình quang hợp và sự sinh trưởng tổng thể của cây, trong khi ánh sáng đỏ xa có khả năng điều chỉnh các phản ứng quang chu kỳ, từ đó điều chỉnh thời gian ra hoa của cây Sự cân bằng giữa ánh sáng đỏ và đỏ xa quyết định trạng thái quang biến đổi của phytochromes - các sắc tố quang thụ của cây, ảnh hưởng đến khả năng

ra hoa.5

Nắm vững vai trò của ánh sáng đối với cây trồng giúp người trồng có thể điều chỉnh môi trường chiếu sáng một cách tối ưu, từ đó cải thiện năng suất và chất lượng sản phẩm, đặc biệt là trong việc điều khiển thời gian và chất lượng

ra hoa của cây hoa mai trong nghiên cứu này

Trang 21

Hình 1.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến sự ra hoa

1.1.1 Quang chu kỳ

Quang chu kỳ là hiện tượng sinh lý của cây trồng phản ứng với sự thay đổi độ dài của ngày và đêm (hay chu kỳ sáng - tối) trong một ngày Cơ chế này đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh nhiều quá trình sinh trưởng và phát triển của cây, đặc biệt là quá trình ra hoa, sinh sản và các giai đoạn phát triển khác

Khái niệm quang chu kỳ: Quang chu kỳ được phát hiện vào đầu thế kỷ

20 khi các nhà khoa học nhận thấy rằng thời gian chiếu sáng (photoperiod) trong ngày có ảnh hưởng mạnh mẽ đến thời điểm ra hoa của cây trồng Đây là

cơ chế mà cây sử dụng để đo lường sự thay đổi về độ dài ngày và đêm, từ đó điều chỉnh các quá trình sinh lý quan trọng như: ra hoa, thay đổi màu sắc của

lá vào mùa thu, sự nảy mầm của hạt, sự rụng lá

Quá trình này phụ thuộc vào một loại sắc tố gọi là phytochrome, có khả năng thay đổi trạng thái hoạt động dưới tác động của các bước sóng ánh sáng khác nhau Phytochrome có hai dạng:

- Phytochrome đỏ (Pr): Hấp thụ ánh sáng đỏ (~660 nm) và chuyển thành dạng phytochrome đỏ xa

- Phytochrome đỏ xa (Pfr): Hấp thụ ánh sáng đỏ xa (~730 nm) và chuyển lại thành dạng phytochrome đỏ.6

Trang 22

Trong ánh sáng ban ngày, tỷ lệ Pfr cao hơn, trong khi vào ban đêm hoặc khi tiếp xúc với ánh sáng đỏ xa, tỷ lệ Pr tăng lên Chính sự biến đổi giữa hai dạng phytochrome này giúp cây "đo lường" thời gian ngày và đêm, từ đó điều chỉnh phản ứng quang chu kỳ

Phân loại cây trồng theo phản ứng quang chu kỳ có thể được phân thành

ba nhóm chính dựa trên phản ứng của chúng với quang chu kỳ:

- Cây ngày ngắn: Những cây này ra hoa khi thời gian chiếu sáng trong ngày ngắn hơn một khoảng thời gian nhất định Ví dụ, cây lúa, cây đậu tương thường ra hoa vào cuối mùa hè hoặc đầu mùa thu khi ngày ngắn hơn.7

- Cây ngày dài: Những cây này cần một thời gian chiếu sáng trong ngày dài hơn để ra hoa Ví dụ, các loại cây như lúa mì, củ cải đường ra hoa vào mùa xuân hoặc đầu mùa hè khi thời gian ngày dài hơn

- Cây trung tính: Những cây này không bị ảnh hưởng bởi độ dài của ngày

và đêm mà ra hoa phụ thuộc vào các yếu tố khác như nhiệt độ, dinh dưỡng, hoặc tuổi của cây Ví dụ như cà chua, dưa leo

Trang 23

Ra hoa là một trong những quá trình sinh lý quan trọng nhất bị chi phối bởi quang chu kỳ Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, quang chu kỳ điều chỉnh quá trình ra hoa thông qua sự cân bằng của phytochrome, ảnh hưởng đến các gen liên quan đến ra hoa

Trong cây ngày ngắn, phytochrome ở dạng Pfr sẽ ức chế sự ra hoa trong điều kiện ngày dài, khi tỷ lệ Pfr cao hơn Trong khi đó, đối với cây ngày dài, tỷ

lệ Pfr cao lại thúc đẩy sự ra hoa trong điều kiện ngày dài.5

Ngoài ra, ánh sáng đỏ và ánh sáng đỏ xa cũng đóng vai trò quan trọng trong điều chỉnh quang chu kỳ Ánh sáng đỏ xa giúp duy trì trạng thái ức chế hoặc kích hoạt của phytochrome, từ đó ảnh hưởng đến thời gian ra hoa Ví dụ, trong nghiên cứu điều chỉnh sự ra hoa của cây hoa mai, sự kết hợp giữa ánh sáng đỏ và đỏ xa có thể được sử dụng để điều khiển thời gian ra hoa theo mong muốn.9

1.1.2 Quang phổ

Ánh sáng là một dạng năng lượng điện từ, được truyền trong không gian dưới dạng sóng với các bước sóng khác nhau Bước sóng của ánh sáng quyết định màu sắc của nó trong quang phổ Quang phổ ánh sáng nhìn thấy (ánh sáng trắng) bao gồm các bước sóng từ khoảng 380 nm đến 740 nm và được phân chia thành các dải màu khác nhau

Ngoài ra, ánh sáng còn bao gồm các bước sóng không nhìn thấy được như ánh sáng tử ngoại (UV < 380 nm) và hồng ngoại (IR > 740 nm), có ảnh hưởng quan trọng đến các quá trình sinh lý khác của cây

* Bước sóng ánh sáng và sự ra hoa của cây

Quá trình ra hoa của cây trồng bị chi phối bởi nhiều yếu tố môi trường, trong đó bước sóng ánh sáng đóng vai trò rất quan trọng Các bước sóng khác

Trang 24

nhau có ảnh hưởng khác nhau đến sự ra hoa của cây, đặc biệt là thông qua sự điều hòa của phytochrome - sắc tố cảm thụ ánh sáng trong cây

Ánh sáng xanh lam (450 nm - 495 nm): Mặc dù chủ yếu tác động lên sự phát triển của lá và thân, ánh sáng xanh lam cũng có thể ảnh hưởng gián tiếp đến ra hoa bằng cách điều chỉnh sinh trưởng tổng thể của cây Ánh sáng xanh lam thường thúc đẩy sự phát triển lá và tăng cường khả năng quang hợp, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho cây phát triển khỏe mạnh trước khi bước vào giai đoạn ra hoa.10

Ánh sáng đỏ (620 nm - 750 nm): Là bước sóng quan trọng nhất cho quang hợp và đặc biệt quan trọng trong việc điều chỉnh quá trình ra hoa Ánh sáng đỏ thường kích hoạt phytochrome từ dạng Pr (đỏ) sang dạng Pfr (đỏ xa), thúc đẩy hoặc ức chế sự ra hoa tùy thuộc vào loại cây và độ dài ngày [5] Đối với cây ngày dài, tỷ lệ Pfr cao có thể kích thích sự ra hoa, trong khi đối với cây ngày ngắn, tỷ lệ Pfr cao có thể ức chế sự ra hoa

Ánh sáng đỏ xa (730 nm - 800 nm): Ánh sáng đỏ xa ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự chuyển đổi trạng thái của phytochrome Ánh sáng đỏ xa chuyển phytochrome từ dạng Pfr trở lại dạng Pr, và quá trình này đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh các phản ứng quang chu kỳ Đối với nhiều cây ngày ngắn, ánh sáng đỏ xa có thể kích hoạt sự ra hoa bằng cách giảm tỷ lệ Pfr vào ban đêm, trong khi đối với cây ngày dài, sự ức chế của ánh sáng đỏ xa có thể trì hoãn sự ra hoa.9

Trang 25

Hình 1.6 Phổ hấp thụ của sắc tố Phytochromes6

Sắc tố phytochrome dạng Pr có hai đỉnh hấp thụ cực đại tại vùng đỏ (660

nm) và vùng UV gần (380 nm); dạng Pfr có hai đỉnh hấp thụ cực đại tại vùng

đỏ xa (730 nm) và vùng tím (410 nm) Do đó, bước sóng ánh sáng phù hợp để

điều khiển ra hoa sẽ bao gồm các vùng này, vốn là các bước sóng sẵn có trong

phổ ánh sáng mặt trời

* Ứng dụng của bước sóng ánh sáng trong điều khiển sự ra hoa

Việc nắm vững tác động của các bước sóng ánh sáng đến sự ra hoa cho

phép chúng ta ứng dụng ánh sáng nhân tạo, như đèn LED, để điều khiển quá

trình này Trong nghiên cứu về cây hoa mai, sự kết hợp giữa ánh sáng đỏ

660 nm và ánh sáng đỏ xa 730 nm là yếu tố chính trong việc điều chỉnh thời

gian ra hoa theo mong muốn

Ánh sáng đỏ (660 nm): Kích thích quang hợp, tăng cường sinh trưởng và

có thể thúc đẩy sự ra hoa trong điều kiện thích hợp

Trang 26

Ánh sáng đỏ xa (730 nm): Được sử dụng để điều chỉnh trạng thái phytochrome, có thể được sử dụng để điều chỉnh chu kỳ ra hoa, đặc biệt là trong cây ngày ngắn như hoa mai.7

Sự kết hợp này tạo ra một môi trường ánh sáng nhân tạo mô phỏng điều kiện tự nhiên, từ đó giúp người trồng kiểm soát chính xác thời điểm và chất lượng của hoa, nâng cao giá trị kinh tế của cây trồng

Với S(λ) là hàm phổ phát xạ của đèn LED

Cường độ ánh sáng của vùng ánh sáng đỏ 660 nm được xác định theo công thức như sau:

680 640 750 710

( )( )

Trang 27

1.2 Các nghiên cứu trước đây về điều khiển sự ra hoa của cây ngày ngắn

Để định lượng tỷ lệ giữa cường độ các vùng ánh sáng, có nhiều nghiên cứu tiến hành thử nghiệm sinh học Năm 2012 Erik S Runkle cùng đồng sự đã thực hiện nghiên cứu và đưa ra kết luận tỷ lệ ánh sáng R/Fr bằng 0,66 và tỷ lệ R/Fr bằng 1,07 có khả năng ức chế sự ra hoa của cây ngày ngắn.11

Hình 1.7 Các LED với các tỷ lệ tương ứng và sự ảnh hưởng của ánh sáng với chiều

cao của cây

Tới năm 2013, Erik S Runkle cùng đồng sự đưa ra kết luận tỷ lệ ánh sáng R/Fr bé hơn 0,66 có hiện tượng kích thích sự ra hoa, tỷ lệ ánh sáng R/Fr lớn hơn 0,66 có khả năng ức chế sự ra hoa của cây ngày ngắn.12

Trong canh tác được bảo vệ của cây ngày ngắn (SD), sự ra hoa có thể bị

ức chế bởi ánh sáng từ đèn sợi đốt (INC) vào ban đêm Đèn INC đang dần bị loại bỏ khỏi sản xuất và thay thế bằng điốt phát quang (LED), nhưng phổ hiệu quả để kiểm soát sự ra hoa vẫn chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng Chúng tôi đã định lượng tỷ lệ [R (600 đến 700 nm)] đỏ đến đỏ xa [Fr (700 đến 800 nm)] (R/Fr) của ánh sáng quang chu kỳ từ đèn LED ảnh hưởng đến sự ra hoa và tăng trưởng kéo dài của cây SD như thế nào Hoa cúc (Chrysanthemum morifolium), thược dược (Dahlia hortensis) và cúc vạn thọ châu Phi (Tagetes erecta) được trồng ở nhiệt độ 200C trong điều kiện thời gian chiếu sáng ngày 9 giờ có hoặc không có xử lý gián đoạn ban đêm (NI) 4 giờ bằng đèn INC hoặc đèn LED với bảy tỷ lệ R/Fr khác nhau, từ tất cả R đến tất cả Fr Sự ra hoa ở loài nhạy cảm

Trang 28

nhất, hoa cúc, không bị ức chế bởi tỷ lệ R/Fr bằng 0,28 hoặc thấp hơn, trong khi tỷ lệ R/Fr bằng 0,66 hoặc cao hơn làm giảm tỷ lệ ra hoa Sự ra hoa ở hoa thược dược không hoàn chỉnh dưới NI chỉ có Fr và dưới SD, nhưng thời gian

ra hoa tương tự nhau trong các phương pháp xử lý NI còn lại Loài ít nhạy cảm nhất, cúc vạn thọ châu Phi, ra hoa trong tất cả các phương pháp xử lý, nhưng

ra hoa nhanh nhất trong NI chỉ có Fr và dưới SD Đối với tất cả các loài, chiều dài thân tăng theo cấp số nhân khi R/Fr của NI tăng, đạt cực đại ở R/Fr ≈ 0,66 Tác giả kết luận rằng ở những cây SD này, R/Fr từ trung bình đến cao (0,66 trở lên) có hiệu quả nhất trong việc làm gián đoạn đêm dài, không cần ánh sáng xanh để làm gián đoạn đêm và chỉ riêng ánh sáng Fr không điều chỉnh được sự

ra hoa

Hình 1.8 Chất lượng ánh sáng phát ra từ đèn sợi đốt và đèn LED và sự ảnh hưởng

Năm 2021, Viện hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã công bố

đề tài “Nghiên cứu phát triển và triển khai ứng dụng các mô hình chiếu sáng điều khiển quang chu kỳ bằng đèn LED chuyên dụng nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất hoa cúc thương mại tại khu vực Tây Nguyên” Các mô hình đã sử dụng

Trang 29

đèn LED chuyên dụng dạng 3U-660 để thay thế đèn compact trong chiếu sáng cho cây hoa Cúc với thời gian giảm còn 1/3 (đối với cây cúc Pha Lê, Kim Cương) và 1/6 (đối với cây cúc Farm) so với phương pháp chiếu sáng truyền thống đã khẳng định hiệu quả tiết kiệm năng lượng trên 67% cho các mô hình ngoài trời và từ 83%-94% cho các mô hình trong nhà lưới Cây hoa Cúc ở mô hình chiếu sáng bằng đèn LED chuyên dụng có thời điểm ra hoa đúng như mong muốn; có các chỉ tiêu về sinh trưởng, phát triển năng suất và chất lượng cây đều tương đương hoặc cao hơn so với cây hoa cúc được chiếu sáng bằng đèn compact 20W Ngoài ra, các chỉ số tác động đến môi trường không khí, đất, nước và tài nguyên của đèn LED chuyên dụng chỉ bằng từ 12-16% so với đèn CFL-20W trong giai đoạn phá đêm cây hoa Cúc.19

Hình 1.10 Mô hình chiếu sáng điều khiển quang chu kỳ bằng đèn LED nông nghiệp

Tháng 3 năm 2024, K P Wickramasinghe và cộng sự đã nghiên cứu thực nghiệm các biện pháp điều chỉnh chu kỳ ánh sáng và chiếu sáng để kiểm soát

sự ra hoa và sự điều chỉnh di truyền trong nhân giống mía.13

Việc cải thiện cây mía bị cản trở do cơ sở di truyền hẹp và khó khăn trong việc đồng bộ hóa quá trình ra hoa càng cản trở việc khai thác tiềm năng di

Trang 30

truyền của nguồn gen sẵn có Vì vậy, việc đánh giá và tối ưu hóa liên tục các

kỹ thuật kiểm soát ra hoa và kích thích ra hoa là rất quan trọng để cải thiện cây mía Theo quan điểm này, cuộc đánh giá đã được tiến hành để điều tra sự hiểu biết hiện tại về tác dụng của việc xử lý ánh sáng và quang chu kỳ đối với sự ra hoa của mía và sự điều hòa di truyền của nó Các cơ sở quang kỳ đã góp phần đáng kể vào việc kiểm soát sự ra hoa ở cây mía; tuy nhiên, chu kỳ quang cảm ứng vẫn chưa được biết đến đối với một số kiểu gen và một số phép lai dự định vẫn không thể tạo ra do các giống không phản ứng Hiệu quả của việc giảm tỷ

lệ R/Fr trong việc thúc đẩy ra hoa mía đã được hiểu biết rộng rãi Hơn nữa, có tiềm năng rất lớn trong việc sử dụng các bước sóng ánh sáng xanh, đỏ và đỏ xa trong việc kiểm soát sự ra hoa của cây mía Trong bối cảnh này, điốt phát sáng (LED) vẫn là nguồn ánh sáng hiệu quả Do đó, việc sử dụng kết hợp các chế độ quang chu kỳ với các bước sóng ánh sáng khác nhau và tối ưu hóa các kết hợp

xử lý như vậy có thể giúp kiểm soát và kích thích ra hoa ở các dòng vô tính cây mía Ở cây mía, các chỉnh hình FLOWERING LOCUS T (ScFT) từ ScFT1 đến ScFT13 đã được xác định, và thật thú vị, ScFT3 rõ ràng đã được xác định là chất kích thích ra hoa ở cây mía Tuy nhiên, nên đánh giá độc lập các thành viên họ gen giống FT khác nhau để hiểu một cách toàn diện vai trò của chúng trong việc điều hòa sự ra hoa Đánh giá này cung cấp thông tin quan trọng cần thiết cho việc điều khiển quá trình ra hoa và khai thác nguồn gen trong nhân giống mía.13

Trang 31

Hình 1.11 Sự ra hoa của cây lá đỏ (A, B) và cây hoa dải Cheribon (C, D) dưới tác động của ánh sáng đỏ xa tại cơ sở quang kỳ của SRI-YAAS, Trung Quốc

1.3 Tổng quan về đèn LED

LED (Light Emitting Diode) là một diode phát quang về bản chất là một chuyển tiếp p – n Khi có dòng điện đi qua chuyển tiếp p – n thì nó phát xạ ra ánh sáng

Trong thực tế, nguồn sáng LED được tìm ra vào năm 1927 và được phát triển kể từ đó 1962, Nick Holonyak phát triển được đèn LED màu đỏ – đèn LED đầu tiên trên quang phổ khả kiến, là đèn LED đầu tiên được tạo 1972, kỹ

sư điện M George Craford đã phát minh ra đèn LED có màu vàng đầu tiên Và cho đến năm 1993, các nhà vật lý Isamu Akaski và Hiroshi Amano đã phát triển một Gallium Nitride chất lượng tốt cho đèn LED màu xanh dương Thông qua

sự phát triển của Akaski và Amanos, kỹ sư điện Shuji Nakamura tạo ra đèn

Trang 32

LED màu xanh lam có độ sáng cao đầu tiên, là tiền đề dẫn đến sự phát triển của đèn LED trắng Ngày nay đèn LED đã được sử dụng để chiếu sáng ở nhiều lĩnh vực khác nhau, thay thế dần cho đèn halogen và huỳnh quang.14

1.3.1 Cấu tạo

Yếu tố phát sáng của LED là chip LED, một diode – chip bán dẫn có pha tạp để tạo ra một chuyển tiếp p – n Kênh p chứa lỗ trống, trong khi kênh n chứa điện tử Dòng điện truyền từ Anode (kênh p) đến Cathode (kênh n) Khi điện tử tái hợp và lấp đầy lỗ trống, nó phát ra bức xạ ánh sáng Màu sắc của các bước sóng phát ra thay đổi tùy thuộc vào tạp chất trong chip bán dẫn Chip LED được chia thành ba loại chính dựa trên dải công suất: cỡ nhỏ, cỡ trung bình và cỡ lớn

Cấu tạo của một chip LED bao gồm nhiều bộ phận chính như sau:

* Vật liệu bán dẫn (Semiconductor material):

Lớp p và lớp n: Chip LED bao gồm hai lớp bán dẫn với các tính chất khác nhau:

- Lớp p: Đây là lớp bán dẫn dương (p-type semiconductor), có nhiều lỗ trống

- Lớp n: Đây là lớp bán dẫn âm (n-type semiconductor), có nhiều electron Lớp chuyển tiếp p – n (pn junction): Vùng này nằm giữa lớp p và lớp n, nơi xảy

ra hiện tượng phát sáng khi có dòng điện đi qua

* Lớp phát quang (Active layer):

- Lớp phát quang nằm trong lớp chuyển tiếp p – n, là nơi xảy ra quá trình tái hợp giữa các electron và lỗ trống, tạo ra ánh sáng Vật liệu thường được sử dụng cho lớp này là Gallium Nitride (GaN), Indium Gallium Nitride (InGaN), hoặc các hợp chất khác tùy vào màu sắc phát sáng mong muốn

* Cực dương và cực âm (Anode and Cathode):

- Cực dương (Anode): Kết nối với lớp p của bán dẫn

Trang 33

- Cực âm (Cathode): Kết nối với lớp n của bán dẫn

Các cực này là điểm kết nối của dòng điện với chip LED

* Vỏ bọc bảo vệ (Encapsulation layer): Thường là nhựa epoxy hoặc silicone, có vai trò bảo vệ chip LED tránh khỏi các tác động cơ học và môi trường bên ngoài, đồng thời giúp truyền ánh sáng ra ngoài

* Dây dẫn (Bonding wires):

- Các dây dẫn nhỏ kết nối giữa các điện cực trên chip LED và các chân kết nối bên ngoài, giúp truyền dòng điện vào chip Vật liệu làm dây dẫn thường là Au hoặc Al, kích thước của dây dẫn là khoảng 20 ~ 100 μm

* Đế tản nhiệt (Substrate/Heat sink):

- Đế tản nhiệt thường làm bằng kim loại hoặc gốm, giúp tản nhiệt ra môi trường bên ngoài, và đảm bảo chip LED hoạt động ổn định và có tuổi thọ cao

Ngoài các bộ phận chính kể trên, cấu tạo của chip LED còn có Lead – frame là các bản kim loại mỏng dẫn điện, nhiệt có vai trò dẫn điện và tản nhiệt

sơ cấp cho LED; Reflector có dạng cup để phản xạ ánh sáng và điều khiển phân

bố quang, thường được chế tạo liền với Lead – frame tạo thành khuôn vỏ cho LED; Hỗn hợp silicone phủ lên LED có tính chất quang trong suốt nhằm vừa bảo vệ chip LED, vừa cho ánh sáng truyền qua hoặc có chức năng khác

Trang 34

Với cấu tạo chung như vậy, LED có thể được chia thành hai loại chính Loại LED đơn sắc với lớp phủ chỉ bao gồm hỗn hợp Silicone trong suốt, ánh sáng phát ra từ LED sẽ hoàn toàn là ánh sáng đơn sắc ứng với bề rộng vùng cấm của vật liệu tạo nên chip Loại thứ hai với lớp phủ được trộn thêm vật liệu huỳnh quang (phosphor), ánh sáng mà LED phát ra sẽ bao gồm nhiều thành phần bước sóng

Trong bài đồ án này, tôi tập trung nghiên cứu về loại chip LED đơn sắc, phát ra ánh sáng có bước sóng đỉnh ở 660 nm, và 7300 nm

1.3.2 Nguyên lý hoạt động

LED được tạo ra bằng cách đặt tiếp xúc hai lớp bán dẫn, một lớp chứa các lỗ trống mang điện tích dương (lớp p) và một lớp chứa các hạt điện tử mang điện tích âm (lớp n)

Hình 1.13 Nguyên lý hoạt động của chip LED

Khi một điện áp được đặt vào hai lớp bán dẫn này, các điện tử trong lớp

n và các lỗ trống trong lớp p xảy ra hiện tượng tái hợp và phát ra ánh sáng Quá trình này được gọi là "phát quang điện tử" Điện áp được áp dụng sẽ giúp các điện tử và lỗ trống tương tác với nhau ở mức năng lượng cao hơn và khi chúng

Trang 35

tái kết hợp sẽ giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng hoặc các bức xạ điện

từ có bước sóng gần đó

Màu sắc của LED phụ thuộc vào mức năng lượng của các nguyên tử trong lớp bán dẫn Năng lượng cao sẽ tạo ra ánh sáng với bước sóng ngắn hơn, trong khi năng lượng thấp sẽ tạo ra ánh sáng với bước sóng dài hơn LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn các diode thông thường, từ khoảng 1,5 – 3 V Tuy nhiên, điện thế phân cực nghịch của LED lại không cao Điều này có nghĩa là LED rất dễ bị hư hỏng nếu bị đánh ngược điện thế Do đó, cần đảm bảo rằng nguồn cấp điện được kết nối đúng cách để tránh hư hỏng LED

Ánh sáng của đèn LED thay đổi từ vùng UV cho đến vùng khả kiến và đến vùng hồng ngoại IR Sự thay đổi này phụ thuộc vào loại các vật liệu khác nhau sử dụng làm LED.16

Hình 1.14 Quang phổ của các chip LED đơn sắc (ngoại trừ phổ màu xanh lá) tại các

bước sóng khác nhau

Trang 36

Trong cuộc sống hiện nay, đèn LED ngày càng chiếm ưu thế lớn và thống lĩnh thị trường Đèn LED có ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực của đời sống So với bóng sợi đốt hay đèn huỳnh quang, đèn LED có nhiều ưu điểm vượt trội như khả năng tiết kiệm điện năng, cường độ, hiệu suất chiếu sáng và tuổi thọ cao.17

- Ứng dụng trong chiếu sáng và trang trí nhà cửa, trường học, văn phòng làm việc

- Ứng dụng trong công nghiệp: Chiếu sáng đường đi; Chiếu sáng an ninh khu vực kho bãi, cảng tàu; Thắp sáng bảng hiệu, bảng quảng cáo

- Ứng dụng trong nông nghiệp: Bổ sung ánh sáng cho cây trồng; Giúp tăng năng suất cây trồng

Trang 37

- Ứng dụng trong y học: Trẻ hóa da; Trị vàng da; Điều trị mụn bằng kỹ thuật LED

1.3.3.2 Ứng dụng của đèn LED trong nông nghiệp

Hiện nay, cùng với sự gia tăng dân số thế giới kéo theo sự gia tăng về nhu cầu lương thực Tuy nhiên vấn đề hạn hán, lũ lụt, biến đổi khí hậu cũng ảnh hưởng rất nhiều tới quá trình sản suất lương thực thực phẩm Do vậy cần các giải pháp giúp tăng năng suất cây trồng, nhưng đáp ứng tiêu chí nông nghiệp xanh, an toàn sức khỏe đối với con người Từ đó nền nông nghiệp công nghệ cao sử dụng đèn chiếu sáng cho nông nghiệp ngày càng được quan tâm

Ban đầu, các loại đèn truyền thống như đèn sợi đốt, đèn compact huỳnh quang được sử dụng rộng rãi cho tới sau này cùng với sự phát triển của công nghệ chiếu sáng, đèn LED ra đời mang tới nhiều ưu điểm như tiết kiệm điện năng đến 70 – 80% so với các loại đèn truyền thống sử dụng trung bình là 50.000 giờ hoặc hơn thế

LED có đặc điểm phát ra dải sáng hẹp, do đó có thể lựa chọn loại bóng LED phù hợp với dải sáng mà cây trồng cần hấp thụ Điều này giúp giảm chi phí tiêu thụ năng lượng và đầu tư, đồng thời tăng hiệu suất canh tác, tránh lãng phí Hệ thống chiếu sáng cung cấp ánh sáng cho quá trình quang hợp của cây,

sử dụng ánh sáng nhân tạo để hỗ trợ sự sinh trưởng của cây trồng

Đối với vườn cây thiếu ánh sáng mặt trời (trong nhà, dưới hầm, ), cần

sử dụng đèn LED có hai bước sóng phổ cố định, thường là xanh 460 nm và đỏ

660 nm

Hiệu quả kinh tế khi sử dụng đèn chiếu sáng kích thích sinh trưởng cũng như ra hoa ở cây trồng: Tiết kiệm lượng điện năng tiêu thụ; Tuổi thọ cao hơn; Rút ngắn thời gian thu hoạch; Tăng sản lượng nông sản; Tăng lợi nhuận …

Trang 38

Về vấn đề chiếu sáng nông nghiệp hiện nay, có hai loại đèn được sử dụng phổ biến hiện nay là đèn dạng hình trụ và đèn dạng hình cầu

- Đèn LED dạng hình trụ có góc chiếu chủ yếu là ở xung quanh cạnh bên của bóng, phù hợp với chiếu sáng cho cây thanh long do chúng có đặc điểm thân cây đặc thù

Hình 1.16 Đèn LED dạng trụ, ứng dụng trong chiếu sáng kích thích ra hoa ở cây

thanh long

- Đèn LED dạng hình cầu có góc chiếu rộng (khoảng 230 độ) phù hợp với chiếu sáng từ trên cao, thường được sử dụng để chiếu sáng cho cây hoa cúc

Hình 1.17 Đèn LED dạng hình cầu (LED bulb), ứng dụng trong chiếu sáng hoa cúc:

Trang 39

1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu về ứng dụng của đèn LED điều khiển

ra hoa ở cây Hoa Mai

Cây Hoa Mai (Ochna integerrima), còn gọi là Mai vàng, là một trong những loài cây cảnh quan trọng tại Việt Nam, đặc biệt được ưa chuộng vào dịp Tết Nguyên Đán Để cây ra hoa đúng dịp, người trồng thường phải điều chỉnh nhiều yếu tố môi trường, trong đó ánh sáng đóng vai trò quan trọng Quá trình

ra hoa của cây Hoa Mai chịu ảnh hưởng lớn bởi các yếu tố quang chu kỳ và ánh sáng với các bước sóng khác nhau

Đèn LED ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp, đặc biệt trong việc điều khiển sự sinh trưởng và ra hoa của nhiều loại cây trồng Một trong những ưu điểm lớn nhất của đèn LED là khả năng cung cấp ánh sáng ở các bước sóng cụ thể (như ánh sáng đỏ và ánh sáng đỏ xa) và kiểm soát chính xác cường độ, thời gian chiếu sáng Ánh sáng đỏ (660 nm) và đỏ xa (730 nm)

có vai trò rất quan trọng trong quá trình sinh lý của cây, đặc biệt là thông qua

hệ thống phytochrome để điều khiển sự ra hoa và phát triển hình thái cây

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự kết hợp giữa ánh sáng đỏ và đỏ xa có thể giúp kiểm soát quá trình ra hoa của cây trồng một cách hiệu quả

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc nghiên cứu ứng dụng đèn LED trong việc điều khiển sự ra hoa của cây Mai còn gặp phải một số thách thức:

- Thiếu dữ liệu thực nghiệm: Hiện nay, các nghiên cứu về đèn LED trên cây Mai vẫn còn ít, và chưa có nghiên cứu nào đưa ra kết luận chi tiết về ảnh hưởng của từng bước sóng cụ thể

- Chi phí và triển khai: Việc triển khai hệ thống đèn LED trong các nhà vườn vẫn đang gặp khó khăn về chi phí, đặc biệt là đối với những hộ gia đình trồng mai quy mô nhỏ

Trang 40

Ứng dụng đèn LED để điều khiển sự ra hoa của cây Hoa Mai là một hướng nghiên cứu tiềm năng, nhưng cần nhiều thí nghiệm và nghiên cứu chi tiết hơn để tối ưu hóa quy trình này Công nghệ đèn LED có thể mang lại nhiều lợi ích, từ việc điều chỉnh thời gian ra hoa cho đến nâng cao chất lượng hoa, đáp ứng nhu cầu thương mại và tối đa hóa lợi nhuận cho người trồng

Từ tổng quan về nhu cầu ánh sáng và nguồn sáng hiện nay cho mục đích điều khiển ra hoa ở cây trồng Tôi nhận thấy đã có nhiều nghiên cứu cho dữ liệu và thông tin về nguồn sáng kích thích ra hoa hay điều khiển ra hoa ở cây ngày ngắn Tuy vậy nhưng đến nay, vẫn còn thiếu và chưa có nghiên cứu về tổ hợp ánh sáng đỏ 660 nm kết hợp với ánh sáng đỏ xa 730 nm để chiếu sáng điều khiển kích thích hoặc ức chế ra hoa ở cây Mai

Vì vậy, tôi đưa ra mục tiêu nghiên cứu: Chiếu sáng bộ đèn gồm 10 đèn LED tổ hợp từ LED đỏ 660 nm và LED đỏ xa 730 nm trên cây Mai để đưa ra liên hệ với kết quả của các nghiên cứu trước về vấn đề ra hoa ở cây, tìm ra được khoảng tỷ lệ R/Fr mà nó kích thích ra hoa ở cây khi chiếu sáng, và khoảng tỷ

lệ R/Fr mà nó ức chế ra hoa ở cây hoa Mai Để thực hiện mục tiêu này, tôi đưa

ra hai nội dung nghiên cứu, cụ thể:

- Một là: chế tạo bộ đèn gồm 10 đèn LED tổ hợp từ hai đỉnh bước sóng

đỏ 660 nm và đỏ xa 730 nm (R/Fr) với nhiều tỷ lệ ánh sáng khác nhau

- Hai là: thử nghiệm chiếu sáng cây Mai bằng bộ đèn LED tổ hợp R/Fr

để quan sát quá trình ra hoa của cây, từ đó đưa ra đánh giá về sự kích thích hay

ức chế ra hoa ở cây khi chiếu nguồn ánh sáng

Tiêu đề	Nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm đèn led có quang phổ phù hợp để điều khiển sự ra hoa cho cây hoa mai tại thị xã an nhơn – bình định
Tác giả	Nguyễn Lê Toàn Nhất
Người hướng dẫn	TS. Lê Thị Thảo Viễn
Trường học	Trường Đại Học Quy Nhơn
Chuyên ngành	Vật lý chất rắn
Thể loại	Đề án
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Bình Định

Định dạng
Số trang	83
Dung lượng	5,09 MB