Enkonduko

Lumo ludas ŝlosilan rolon en la procezo de kresko de plantoj. Ĝi estas la plej bona sterko por antaŭenigi la sorbadon de planta klorofilo kaj la sorbadon de diversaj plantkreskaj kvalitoj kiel karoteno. Tamen, la decida faktoro, kiu determinas la kreskon de plantoj, estas ampleksa faktoro, ne nur rilata al lumo, sed ankaŭ nedisigebla de la agordo de akvo, grundo kaj sterko, kreskaj mediokondiĉoj kaj ampleksa teknika kontrolo.

En la pasintaj du aŭ tri jaroj, estis senfinaj raportoj pri la aplikado de duonkondukta lumteknologio koncerne tridimensiajn plantfabrikojn aŭ plantkreskon. Sed post atente legi ĝin, ĉiam estas ia maltrankvila sento. Ĝenerale, ne ekzistas reala kompreno pri kia rolo devas ludi lumo en la kresko de plantoj.

Unue, ni komprenu la spektron de la suno, kiel montrite en la figuro 1. Oni povas vidi, ke la suna spektro estas kontinua spektro, en kiu la blua kaj verda spektro estas pli forta ol la ruĝa spektro, kaj la videbla luma spektro varias de 380 ĝis 780 nm. La kresko de organismoj en naturo rilatas al la intenseco de la spektro. Ekzemple, plej multaj plantoj en la areo proksime de la ekvatoro kreskas tre rapide, kaj samtempe la grandeco de ilia kresko estas relative granda. Sed la alta intenseco de la surradiado de la suno ne ĉiam estas des pli bona, kaj ekzistas certa grado da selektiveco por la kresko de bestoj kaj plantoj.

Figuro 1, La karakterizaĵoj de la suna spektro kaj ĝia videbla luma spektro

Due, la dua spektra diagramo de pluraj ŝlosilaj sorbaj elementoj de plantkresko estas montrita en Figuro 2.

Figuro 2, Sorbaj spektroj de pluraj aŭksinoj en plantkresko

Oni povas vidi el Figuro 2 ke la lumsorbadspektroj de pluraj ŝlosilaj aŭksinoj kiuj influas plantkreskon estas signife malsamaj. Sekve, la apliko de LED-plantaj kreskaj lumoj ne estas simpla afero, sed tre celita. Ĉi tie necesas enkonduki la konceptojn de la du plej gravaj fotosintezaj plantkreskelementoj.

• Klorofilo

Klorofilo estas unu el la plej gravaj pigmentoj rilataj al fotosintezo. Ĝi ekzistas en ĉiuj organismoj kiuj povas krei fotosintezon, inkluzive de verdaj plantoj, prokariotaj bluverdaj algoj (cianobakterioj) kaj eŭkariotaj algoj. Klorofilo sorbas energion de lumo, kiu tiam estas uzata por konverti karbondioksidon en karbonhidratojn.

Klorofilo a ĉefe sorbas ruĝan lumon, kaj klorofilo b ĉefe sorbas blu-violan lumon, ĉefe por distingi ombroplantojn de sunplantoj. La proporcio de klorofilo b al klorofilo a de ombroplantoj estas malgranda, do ombroplantoj povas forte uzi bluan lumon kaj adaptiĝi al kreskado en ombro. Klorofilo a estas bluverda, kaj klorofilo b estas flavverda. Estas du fortaj sorbadoj de klorofilo a kaj klorofilo b, unu en la ruĝa regiono kun ondolongo de 630-680 nm, kaj la alia en la blu-viola regiono kun ondolongo de 400-460 nm.

• Karotenoidoj

Karotenoidoj estas la ĝenerala esprimo por klaso de gravaj naturaj pigmentoj, kiuj estas ofte trovitaj en flavaj, oranĝruĝaj aŭ ruĝaj pigmentoj en bestoj, pli altaj plantoj, fungoj, kaj algoj. Ĝis nun oni malkovris pli ol 600 naturajn karotenoidojn.

La malpeza sorbado de karotenoidoj kovras la gamon de OD303 ~ 505 nm, kiu provizas la koloron de manĝaĵo kaj influas la konsumadon de la korpo de manĝaĵo. En algoj, plantoj kaj mikroorganismoj, ĝia koloro estas kovrita de klorofilo kaj ne povas aperi. En plantĉeloj, la karotenoidoj produktitaj ne nur sorbas kaj transdonas energion por helpi fotosintezon, sed ankaŭ havas la funkcion protekti ĉelojn kontraŭ esti detruitaj de ekscititaj unuelektronaj ligaj oksigenmolekuloj.

Kelkaj konceptaj miskomprenoj

Sendepende de la energiŝpara efiko, la selektiveco de lumo kaj la kunordigo de lumo, duonkondukta lumigado montris grandajn avantaĝojn. Tamen, de la rapida disvolviĝo de la pasintaj du jaroj, ni ankaŭ vidis multajn miskomprenojn en la dezajno kaj aplikado de lumo, kiuj ĉefe reflektiĝas en la sekvaj aspektoj.

①Tiel longe kiel la ruĝaj kaj bluaj blatoj de certa ondolongo estas kombinitaj en certa proporcio, ili povas esti uzataj en plantkultivado, ekzemple, la proporcio de ruĝa al bluo estas 4:1, 6:1, 9:1 kaj tiel on.

②Tiel longe kiel ĝi estas blanka lumo, ĝi povas anstataŭigi la sunan lumon, kiel la tri-primara blanka lumo-tubo vaste uzata en Japanio, ktp. La uzo de ĉi tiuj spektroj havas certan efikon sur la kresko de plantoj, sed la efiko estas. ne tiel bona kiel la lumfonto farita de LED.

③Tiel longe kiel la PPFD (malpeza kvantuma fluodenseco), grava parametro de lumigado, atingas certan indekson, ekzemple, PPFD estas pli granda ol 200 μmol·m-2·s-1. Tamen, kiam vi uzas ĉi tiun indikilon, vi devas atenti ĉu ĝi estas ombroplanto aŭ sunplanto. Vi devas pridemandi aŭ trovi la luman kompensan saturpunkton de ĉi tiuj plantoj, kiu ankaŭ estas nomata la luma kompensa punkto. En faktaj aplikoj, plantidoj ofte estas bruligitaj aŭ velkitaj. Tial, la dezajno de ĉi tiu parametro devas esti desegnita laŭ la plantospecioj, kreskmedio kaj kondiĉoj.

Koncerne la unuan aspekton, kiel enkondukite en la enkonduko, la spektro postulata por plantkresko devus esti kontinua spektro kun certa distribua larĝo. Estas evidente malkonvene uzi lumfonton faritan de du specifaj ondolongaj blatoj de ruĝa kaj blua kun tre mallarĝa spektro (kiel montrite en Figuro 3(a)). En eksperimentoj, oni trovis, ke plantoj tendencas esti flavecaj, la folitigoj estas tre malpezaj, kaj la folitigoj estas tre maldikaj.

Por fluoreskaj tuboj kun tri primaraj koloroj ofte uzataj en antaŭaj jaroj, kvankam blanka estas sintezita, la ruĝaj, verdaj kaj bluaj spektroj estas apartigitaj (kiel montrite en Figuro 3 (b)), kaj la larĝo de la spektro estas tre mallarĝa. La spektra intenseco de la sekva kontinua parto estas relative malforta, kaj la potenco ankoraŭ estas relative granda kompare kun LED-oj, 1,5 ĝis 3 fojojn la energikonsumo. Tial la uza efiko ne estas tiel bona kiel LED-lumoj.

Figuro 3, Ruĝa kaj blua blato LED-planta lumo kaj tri-primara kolora fluoreska luma spektro

PPFD estas la malpeza kvantuma fluodenseco, kiu rilatas al la efika radiada lumflua denseco de lumo en fotosintezo, kiu reprezentas la tutsumon de lumkvanto okazantaj sur plantfoliotigoj en la ondolongo gamo de 400 ĝis 700 nm je unuopa tempo kaj unueca areo. . Ĝia unuo estas μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). La fotosinteze aktiva radiado (PAR) rilatas al la totala suna radiado kun ondolongo en la intervalo de 400 ĝis 700 nm. Ĝi povas esti esprimita aŭ per malpezaj kvantoj aŭ per radianta energio.

En la pasinteco, la lumintenso reflektita de la iluminometro estis brileco, sed la spektro de plantkresko ŝanĝiĝas pro la alteco de la lumigilo de la planto, la malpeza kovrado kaj ĉu la lumo povas trairi la foliojn. Tial, estas ne precize uzi par kiel indikilon de lumintenso en la studo de fotosintezo.

Ĝenerale, la fotosinteza mekanismo povas esti komencita kiam la PPFD de la sun-ama planto estas pli granda ol 50 μmol·m-2·s-1, dum la PPFD de la ombra planto bezonas nur 20 μmol·m-2·s-1. . Tial, kiam vi aĉetas LED-kreskajn lumojn, vi povas elekti la nombron da LED-kreskaj lumoj surbaze de ĉi tiu referenca valoro kaj la speco de plantoj, kiujn vi plantas. Ekzemple, se la PPFD de ununura LED-lumo estas 20 μmol·m-2·s-1, pli ol 3 LED-plantaj bulboj estas postulataj por kreskigi sunamantajn plantojn.

Pluraj dezajnaj solvoj de duonkondukta lumigado

Semikondukta lumigado estas uzata por kreskado aŭ plantado de plantoj, kaj ekzistas du bazaj referencmetodoj.

• Nuntempe, la endoma plantado-modelo estas tre varma en Ĉinio. Ĉi tiu modelo havas plurajn karakterizaĵojn:

①La rolo de LED-lumoj estas provizi la plenan spektron de planta lumigado, kaj la lumsistemo estas postulata por provizi la tutan lumigan energion, kaj la produktokosto estas relative alta;
②La dezajno de LED-kreskaj lumoj devas konsideri la kontinuecon kaj integrecon de la spektro;
③Necesas efike kontroli la lumtempon kaj lumintensecon, kiel lasi la plantojn ripozi dum kelkaj horoj, la intenseco de la surradiado ne sufiĉas aŭ tro forta, ktp.;
④La tuta procezo devas imiti la kondiĉojn postulatajn de la reala optimuma kreskmedio de plantoj ekstere, kiel humideco, temperaturo kaj koncentriĝo de CO2.

• Subĉiela planta reĝimo kun bona subĉiela forceja plantado. La karakterizaĵoj de ĉi tiu modelo estas:

①La rolo de LED-lumoj estas kompletigi lumon. Unu estas plifortigi la lumintensecon en la bluaj kaj ruĝaj areoj sub la surradiado de sunlumo dumtage por antaŭenigi fotosintezon de plantoj, kaj la alia estas kompensi kiam ne estas sunlumo nokte por antaŭenigi la kreskorapidecon de la planto.
②La suplementa lumo devas konsideri en kiu kreskfazo troviĝas la planto, kiel la periodo de plantidoj aŭ la periodo de florado kaj fruktiĝo.

Sekve, la dezajno de LED-plantaj kresklumoj unue devus havi du bazajn desegnajn reĝimojn, nome 24h-lumigadon (interna) kaj plantkresko-suplementan lumigadon (eksteran). Por endoma planta kultivado, la dezajno de LED-kreskaj lumoj devas konsideri tri aspektojn, kiel montrite en Figuro 4. Ne eblas paki la blatojn kun tri primaraj koloroj en certa proporcio.

Figuro 4, La dezajna ideo uzi endomajn LED-plantajn akcellumojn por 24h-lumigado

Ekzemple, por spektro en la infanvartejo, konsiderante, ke ĝi bezonas plifortigi la kreskon de radikoj kaj tigoj, plifortigi la disbranĉigon de folioj, kaj la lumfonto estas uzata endome, la spektro povas esti desegnita kiel montrite en Figuro 5.

Figuro 5, Spektraj strukturoj taŭgaj por LED endoma infanvartejo

Por la dezajno de la dua speco de LED-kreska lumo, ĝi ĉefe celas la projektan solvon de suplemento de lumo por antaŭenigi la plantadon en la bazo de subĉiela forcejo. La desegna ideo estas montrita en Figuro 6.

Figuro 6, Dezajnaj ideoj de subĉielaj kreskaj lumoj 

La aŭtoro sugestas, ke pli da plantaj kompanioj adoptu la duan opcion uzi LED-lumojn por antaŭenigi plantkreskon.

Antaŭ ĉio, la ekstera forceja kultivado de Ĉinio havas jardekojn grandan kvanton kaj vastan sperton, kaj en la sudo kaj la nordo. Ĝi havas bonan fundamenton de forceja kultivado kaj provizas grandan nombron da freŝaj fruktoj kaj legomoj sur la merkato por ĉirkaŭaj urboj. Precipe en la kampo de grundo kaj akvo kaj sterkplantado, riĉaj esplorrezultoj estis faritaj.

Due, ĉi tiu speco de suplementa lumsolvo povas multe redukti nenecesan konsumon de energio, kaj samtempe povas efike pliigi la rendimenton de fruktoj kaj legomoj. Krome, la vasta geografia areo de Ĉinio estas tre oportuna por reklamado.

Kiel la scienca esplorado de LED-planta lumigado, ĝi ankaŭ provizas pli larĝan eksperimentan bazon por ĝi. Fig. 7 estas speco de LED-kreska lumo evoluigita de ĉi tiu esplorteamo, kiu taŭgas por kreski en forcejoj, kaj ĝia spektro estas montrita en Fig. 8.

Figuro 7, Speco de LED kreskas lumo

Figuro 8, spektro de speco de LED kreskas lumo

Laŭ ĉi-supraj dezajnaj ideoj, la esplorteamo faris serion da eksperimentoj, kaj la eksperimentaj rezultoj estas tre signifaj. Ekzemple, por kreskigi lumon dum infanvartejo, la originala lampo uzata estas fluoreska lampo kun potenco de 32 W kaj infanciklo de 40 tagoj. Ni provizas LED-lumon de 12 W, kiu mallongigas la ciklon de plantidoj al 30 tagoj, efike reduktas la influon de la temperaturo de la lampoj en la laborejo pri plantidoj kaj ŝparas la elektran konsumon de la klimatizilo. La dikeco, longeco kaj koloro de la plantidoj estas pli bonaj ol la originala plantita solvo. Por la plantidoj de komunaj legomoj, oni ankaŭ akiris bonajn kontrolajn konkludojn, kiuj estas resumitaj en la sekva tabelo.

Inter ili, la suplementa malpeza grupo PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, kaj la ruĝa-blua proporcio: 0,6-0,7. La intervalo de taga PPFD-valoro de la natura grupo estis 40~800 μmol·m-2·s-1, kaj la rilatumo de ruĝa al bluo estis 0.6~1.2. Oni povas vidi, ke la supraj indikiloj estas pli bonaj ol tiuj de nature kreskigitaj plantidoj.

Konkludo

Ĉi tiu artikolo prezentas la plej novajn evoluojn en la apliko de LED-kreskaj lumoj en plantokultivado, kaj atentigas kelkajn miskomprenojn en la apliko de LED-kreska lumo en plantokultivado. Fine, la teknikaj ideoj kaj skemoj por la disvolviĝo de LED-kreskaj lumoj uzataj por plantado estas enkondukitaj. Oni devas rimarki, ke ankaŭ estas iuj faktoroj, kiujn oni devas konsideri en la instalado kaj uzo de la lumo, kiel la distanco inter la lumo kaj la planto, la surradia gamo de la lampo, kaj kiel apliki la lumon per normala akvo, sterko kaj grundo.

Aŭtoro: Yi Wang et al. Fonto: CNKI