Enkonduko

Lumo ludas ŝlosilan rolon en la procezo de kresko de plantoj. Ĝi estas la plej bona sterko por antaŭenigi la absorbadon de plantaj klorofiloj kaj la absorbo de diversaj plantaj kreskaj 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 mediaj kondiĉoj kaj ampleksa teknika kontrolo.

En la pasintaj du aŭ tri jaroj, estis senfinaj raportoj pri la apliko de duonkondukta lumiga teknologio rilate al tridimensiaj plantaj fabrikoj aŭ plantokresko. Sed post legi ĝin zorge, ĉiam estas iu malkomforta sento. Ĝenerale, ne ekzistas vera kompreno pri kia rolo -lumo devas ludi en plantokresko.

Unue, ni komprenu la spektron de la suno, kiel montrite en Figuro 1. Videblas, ke la suna spektro estas kontinua spektro, en kiu la blua kaj verda spektro estas pli fortaj ol la ruĝa spektro, kaj la videbla lum -spektro varias de 380 ĝis 780 nm. La kresko de organismoj en la naturo rilatas al la intenseco de la spektro. Ekzemple, plej multaj plantoj en la areo proksime al la ekvatoro kreskas tre rapide, kaj samtempe la grandeco de ilia kresko estas relative granda. Sed la alta intenseco de la irradiado de la suno ne ĉiam estas pli bona, kaj ekzistas certa selektiveco por la kresko de bestoj kaj plantoj.

Figuro 1, la trajtoj de la suna spektro kaj ĝia videbla luma spektro

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

Figuro 2, absorbaj spektroj de pluraj auxinoj en plantokresko

El Figuro 2 videblas, ke la lumaj absorbaj spektroj de pluraj ŝlosilaj auxinoj, kiuj influas kreskon de plantoj, estas signife malsamaj. Tial la apliko de LED -kreskaj lumoj ne estas simpla afero, sed tre celita. Ĉi tie necesas enkonduki la konceptojn de la du plej gravaj fotosintezaj plantaj kreskaj elementoj.

• 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 bluaj verdaj algoj (cianobakterioj) kaj eŭkariotaj algoj. Klorofilo absorbas energion el lumo, kiu tiam estas uzata por konverti karbonan dioksidon en karbonhidratojn.

Klorofilo ĉefe sorbas ruĝan lumon, kaj klorofilo B ĉefe sorbas bluan-violan lumon, ĉefe por distingi ombrajn plantojn de sunaj plantoj. La rilatumo de klorofilo B al klorofilo A de ombraj plantoj estas malgranda, do ombraj plantoj povas uzi bluan lumon forte kaj adaptiĝi al kreskado en ombro. Klorofilo A estas blua-verda, kaj klorofilo B estas flava-verda. Ekzistas du fortaj absorboj de klorofilo A kaj klorofilo B, unu en la ruĝa regiono kun ondolongo de 630-680 nm, kaj la alia en la blua-viola regiono kun ondolongo de 400-460 nm.

• Karotenoidoj

Karotenoidoj estas la ĝenerala termino por klaso de gravaj naturaj pigmentoj, kiuj estas ofte trovitaj en flavaj, oranĝ-ruĝaj aŭ ruĝaj pigmentoj en bestoj, pli altaj plantoj, fungoj kaj algoj. Ĝis nun pli ol 600 naturaj karotenoidoj estis malkovritaj.

La malpeza absorbo de karotenoidoj kovras la gamon de OD303 ~ 505 nm, kio provizas la koloron de manĝaĵoj kaj influas la konsumadon de la korpo. En algoj, plantoj kaj mikroorganismoj, ĝia koloro estas kovrita de klorofilo kaj ne povas aperi. En plantaj ĉeloj, la karotenoidoj produktis ne nur sorbi kaj translokigi energion por helpi fotosintezon, sed ankaŭ havas la funkcion protekti ĉelojn de esti detruita de ekscititaj unu-elektronaj ligaj oksigenaj molekuloj.

Iuj konceptaj miskomprenoj

Sendepende de la energia ŝparado, la selektiveco de lumo kaj 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 projektado kaj apliko de lumo, kiuj estas ĉefe reflektitaj en la sekvaj aspektoj.

① Dum la ruĝaj kaj bluaj blatoj de certa ondolongo estas kombinitaj en certa rilatumo, ili povas esti uzataj en plantokultivado, ekzemple, la rilatumo de ruĝa ĝis blua estas 4: 1, 6: 1, 9: 1 kaj do ON.

② Tiel longe kiel ĝi estas blanka lumo, ĝi povas anstataŭigi la lumon de la suno, kiel la tri-primara blanka luma 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.

③as tiel, kiel la PPFD (malpeza kvantuma flua denseco), 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 ombra planto aŭ sunbruna planto. Vi devas pridemandi aŭ trovi la luman kompensan saturan punkton de ĉi tiuj plantoj, kiu ankaŭ nomiĝas la malpeza kompenspunkto. En realaj aplikoj, plantidoj ofte estas bruligitaj aŭ velkitaj. Tial la dezajno de ĉi tiu parametro devas esti desegnita laŭ la plantospecioj, kreska medio kaj kondiĉoj.

Koncerne la unuan aspekton, kiel enkondukite en la enkonduko, la spektro bezonata por kresko de plantoj devas esti kontinua spektro kun certa distribua larĝo. Evidente ne taŭgas uzi lumfonton el du specifaj ondolongaj blatoj de ruĝo kaj bluo kun tre mallarĝa spektro (kiel montrite en Figuro 3 (a)). En eksperimentoj, oni trovis, ke plantoj tendencas esti flavecaj, la foliaj tigoj estas tre malpezaj, kaj la foliaj tigoj estas tre maldikaj.

Por fluoreskaj tuboj kun tri primaraj koloroj ofte uzataj en antaŭaj jaroj, kvankam blankaj estas sintezitaj, 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 estas ankoraŭ relative granda kompare al LED -oj, 1,5 ĝis 3 fojojn la energian konsumon. Tial la uzokutimo ne estas tiel bona kiel LED -lumoj.

Figuro 3, ruĝa kaj blua blato LED-planto-lumo kaj tri-primara kolora fluoreska lumo-spektro

PPFD estas la malpeza kvantuma fluo -denseco, kiu rilatas al la efika radia lumfluo de lumo en fotosintezo, kiu reprezentas la tutan nombron de malpeza kvanta incidento sur plantaj foliaj tigoj en la ondolongo de 400 ĝis 700 nm por unuopa tempo kaj unuo -areo. . Ĝia unuo estas μe · m-2 · s-1 (μmol · m-2 · s-1). La fotosintetike aktiva radiado (PAR) rilatas al la tuta suna radiado kun ondolongo en la gamo de 400 ĝis 700 nm. Ĝi povas esti esprimita aŭ per malpeza kvanta aŭ per radianta energio.

En la pasinteco, la luma intenseco reflektita de la luminometro estis brilo, sed la spektro de plantokresko ŝanĝiĝas pro la alteco de la malpeza aparato de la planto, la luma kovrado kaj ĉu la lumo povas trapasi la foliojn. Tial ne estas precize uzi PAR kiel indikilon de malpeza intenseco en la studo de fotosintezo.

Ĝenerale, la fotosinteza mekanismo povas esti iniciatita kiam la PPFD de la sun-amanta 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 . Sekve, aĉetante LED -kreskajn lumojn, vi povas elekti la nombron de LED -kreskaj lumoj surbaze de ĉi tiu referenca valoro kaj la tipo de plantoj, kiujn vi plantas. Ekzemple, se la PPFD de ununura LED-LGHT estas 20 μmol · M-2 · S-1, pli ol 3 LED-plantaj bulboj estas bezonataj por kreskigi sun-amajn plantojn.

Pluraj projektaj solvoj de duonkondukta lumigado

Semikonduktaĵa lumigado estas uzata por plantokresko aŭ plantado, kaj estas du bazaj referencaj metodoj.

• Nuntempe la endoma plantmodelo estas tre varma en Ĉinio. Ĉi tiu modelo havas plurajn trajtojn:

①La rolo de LED -lumoj estas provizi la plenan spektron de planto -lumigado, kaj la lumsistemo estas bezonata por provizi la tutan luman energion, kaj la produktokosto estas relative alta;
②La dezajno de LED Grow Lights bezonas konsideri la kontinuecon kaj integrecon de la spektro;
③ necesas efike kontroli la luman tempon kaj luman intensecon, kiel lasi la plantojn ripozi dum kelkaj horoj, la intenseco de la irradiado ne sufiĉas aŭ tro fortas ktp;
④ La tuta procezo bezonas imiti la kondiĉojn postulatajn de la efektiva optimuma kreska medio de plantoj subĉielaj, kiel humideco, temperaturo kaj CO2 -koncentriĝo.

• Subĉiela plantreĝimo kun bona subĉiela forceja plantado. La trajtoj de ĉi tiu modelo estas:

①La rolo de LED -lumoj estas kompletigi lumon. Unu estas plibonigi la luman intensecon en la bluaj kaj ruĝaj areoj sub la irradiado de sunlumo dum la tago por antaŭenigi fotosintezon de plantoj, kaj la alia devas kompensi kiam ne ekzistas sunlumo nokte por antaŭenigi plantan kreskon.
②La suplementa lumo devas konsideri en kiu kreska stadio estas la planto, kiel la sema periodo aŭ la floranta kaj frukta periodo.

Tial, la dezajno de LED -plantaj kreskaj lumoj unue devas havi du bazajn projektajn reĝimojn, nome 24h -lumigadon (endoman) kaj plantan kreskan suplementan lumadon (subĉiela). Por endoma planto -kultivado, la dezajno de LED -kreskaj lumoj bezonas konsideri tri aspektojn, kiel montrite en Figuro 4. Ne eblas paki la blatojn kun tri primaraj koloroj en certa proporcio.

Figuro 4, la ideo pri uzado de endomaj LED -plantaj lumoj por 24h -lumigado

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

Figuro 5, spektraj strukturoj taŭgaj por LED -endoma infanvartejo

Por la dezajno de la dua tipo de LED kreskanta lumo, ĝi celas ĉefe la projektan solvon de suplementado de lumo por antaŭenigi la plantadon en la bazo de subĉiela forcejo. La ideo pri dezajno estas montrita en Figuro 6.

Figuro 6, Projektaj Ideoj de Subĉielaj Kreskaj Lumoj 

La aŭtoro sugestas, ke pli da plantaj kompanioj adoptu la duan eblon uzi LED -lumojn por antaŭenigi kreskon de plantoj.

Unue, la subĉiela forceja kultivado de Ĉinio havas jardekojn grandan kvanton kaj vastan sperton, ambaŭ en la sudo kaj la nordo. Ĝi havas bonan fundamenton de forceja kultivteknologio kaj provizas multajn freŝajn fruktojn kaj legomojn sur la merkato por ĉirkaŭaj urboj. Precipe en la kampo de grundo kaj akvo kaj sterko -plantado, riĉaj esplorrezultoj estis faritaj.

Due, ĉi tiu speco de suplementa luma solvo 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 promocio.

Kiel la scienca esplorado pri LED -planto -lumigado, ĝi ankaŭ provizas pli larĝan eksperimentan bazon por ĝi. Fig. 7 estas speco de LED -kreskanta lumo disvolvita de ĉi tiu esplora teamo, kiu taŭgas por kreskado 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 projektaj ideoj, la esplora teamo faris serion de 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 infanvartejo de 40 tagoj. Ni provizas LED -lumon de 12 W, kiu mallongigas la seman ciklon al 30 tagoj, efike reduktas la influon de la temperaturo de la lampoj en la laborejo de plantidoj kaj ŝparas la konsumadon de la klimatizilo. La dikeco, longo kaj koloro de la plantidoj estas pli bonaj ol la originala solvo de plantidoj. Por la plantidoj de komunaj legomoj, ankaŭ estis akiritaj bonaj kontrolaj konkludoj, kiuj estas resumitaj en la sekva tabelo.

Inter ili, la suplementa lumgrupo PPFD: 70-80 μmol · m-2 · s-1, kaj la ruĝblua rilatumo: 0,6-0,7. La gamo de taga PPFD-valoro de la natura grupo estis 40 ~ 800 μmol · m-2 · s-1, kaj la rilatumo de ruĝa ĝis blua estis 0,6 ~ 1,2. Videblas, ke la supraj indikiloj estas pli bonaj ol tiuj de nature kreskitaj plantidoj.

Konkludo

Ĉi tiu artikolo enkondukas la plej novajn evoluojn en la apliko de LED Grow -lumoj en plantokultivado, kaj atentigas pri iuj miskomprenoj en la apliko de LED -lumo en plantokultivado. Fine estas enkondukitaj la teknikaj ideoj kaj skemoj por la disvolviĝo de LED -kreskaj lumoj uzataj por plantokultivado. 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 irradia gamo de la lampo, kaj kiel apliki la lumon per Normala akvo, sterko kaj grundo.

Aŭtoro: Yi Wang et al. Fonto: CnKi