Вовед

Светлината игра клучна улога во процесот на раст на растенијата. Тоа е најдоброто ѓубриво за промовирање на апсорпцијата на растителниот хлорофил и апсорпцијата на различни квалитети за раст на растенијата, како што е каротинот. Сепак, одлучувачкиот фактор што го одредува растот на растенијата е сеопфатен фактор, не само поврзан со светлината, туку и неразделен од конфигурацијата на водата, почвата и вештачкото ѓубриво, условите на средината за раст и сеопфатната техничка контрола.

Во изминатите две или три години, имаше бескрајни извештаи за примена на технологијата на полупроводничко осветлување во однос на фабриките за тридимензионални растенија или растот на растенијата. Но, откако ќе го прочитате внимателно, секогаш постои некое непријатно чувство. Општо земено, не постои вистинско разбирање за тоа каква улога треба да има светлината во растот на растенијата.

Прво, да го разбереме спектарот на сонцето, како што е прикажано на слика 1. Може да се види дека сончевиот спектар е континуиран спектар, во кој синиот и зелениот спектар се посилни од црвениот спектар, а спектарот на видливата светлина се движи од 380 до 780 nm. Растот на организмите во природата е поврзан со интензитетот на спектарот. На пример, повеќето растенија во областа во близина на екваторот растат многу брзо, а во исто време, големината на нивниот раст е релативно голема. Но, високиот интензитет на зрачењето на сонцето не е секогаш подобар, и постои одреден степен на селективност за растот на животните и растенијата.

Слика 1, Карактеристиките на сончевиот спектар и неговиот видлив спектар на светлина

Второ, вториот спектар на дијаграм на неколку клучни елементи за апсорпција на растот на растенијата е прикажан на Слика 2.

Слика 2, Апсорпциони спектри на неколку ауксини во растот на растенијата

Од Слика 2 може да се види дека спектрите на апсорпција на светлината на неколку клучни ауксини кои влијаат на растот на растенијата се значително различни. Затоа, примената на LED светла за раст на растенијата не е едноставна работа, туку многу насочена. Тука е неопходно да се воведат концептите на двата најважни фотосинтетички елементи за раст на растенијата.

• Хлорофил

Хлорофилот е еден од најважните пигменти поврзани со фотосинтезата. Постои во сите организми кои можат да создадат фотосинтеза, вклучувајќи зелени растенија, прокариотски сино-зелени алги (цијанобактерии) и еукариотски алги. Хлорофилот ја апсорбира енергијата од светлината, која потоа се користи за претворање на јаглеродниот диоксид во јаглехидрати.

Хлорофилот а главно ја апсорбира црвената светлина, а хлорофилот б главно ја апсорбира сино-виолетова светлина, главно за да ги разликува растенијата во сенка од сончевите растенија. Односот на хлорофилот b и хлорофилот a на растенијата во сенка е мал, така што растенијата во сенка можат силно да ја користат сината светлина и да се прилагодат на одгледување во сенка. Хлорофилот a е сино-зелен, а хлорофилот b е жолто-зелен. Постојат две силни апсорпции на хлорофил a и хлорофил b, едната во црвениот регион со бранова должина од 630-680 nm, а другата во сино-виолетовиот регион со бранова должина од 400-460 nm.

• Каротеноиди

Каротеноидите се општ термин за класа на важни природни пигменти, кои вообичаено се наоѓаат во жолтите, портокалово-црвените или црвените пигменти кај животните, повисоките растенија, габите и алгите. Досега се откриени повеќе од 600 природни каротеноиди.

Апсорпцијата на светлината на каротеноидите го покрива опсегот од OD303~505 nm, што ја обезбедува бојата на храната и влијае на внесот на храна од телото. Кај алгите, растенијата и микроорганизмите, нејзината боја е покриена со хлорофил и не може да се појави. Во растителните клетки, произведените каротеноиди не само што ја апсорбираат и пренесуваат енергијата за да помогнат во фотосинтезата, туку имаат и функција да ги заштитат клетките од уништување од возбудени молекули на кислород со единечна електронска врска.

Некои концептуални недоразбирања

Без оглед на ефектот на заштеда на енергија, селективноста на светлината и координацијата на светлината, полупроводничкото осветлување покажа големи предности. Сепак, од брзиот развој во изминатите две години, видовме и многу недоразбирања во дизајнот и примената на светлината, кои главно се рефлектираат во следните аспекти.

① Сè додека црвените и сините чипови со одредена бранова должина се комбинираат во одреден сооднос, тие можат да се користат во одгледување растенија, на пример, односот на црвено со сино е 4:1, 6:1, 9:1 и т.н. на.

② Се додека е бела светлина, може да ја замени сончевата светлина, како што е три-примарната бела светлосна цевка широко користена во Јапонија, итн. Употребата на овие спектри има одреден ефект врз растот на растенијата, но ефектот е не е толку добар како изворот на светлина направен од LED.

③ Сè додека PPFD (густина на квантен флукс на светлина), важен параметар на осветлувањето, достигнува одреден индекс, на пример, PPFD е поголем од 200 μmol·m-2·s-1. Меѓутоа, кога го користите овој индикатор, мора да обрнете внимание на тоа дали се работи за сенка или сончево растение. Треба да побарате или да ја пронајдете точката на заситување на компензацијата на светлината на овие растенија, која исто така се нарекува точка на компензација на светлината. Во реалните апликации, садници често се изгорени или овенати. Затоа, дизајнот на овој параметар мора да биде дизајниран според видот на растенијата, средината за раст и условите.

Во однос на првиот аспект, како што беше воведен во воведот, спектарот потребен за раст на растенијата треба да биде континуиран спектар со одредена ширина на дистрибуција. Очигледно е несоодветно да се користи извор на светлина направен од два чипови со специфична бранова должина од црвена и сина боја со многу тесен спектар (како што е прикажано на Слика 3(а)). Во експериментите, беше откриено дека растенијата имаат тенденција да бидат жолтеникави, стеблата на листовите се многу лесни, а стеблата на листовите се многу тенки.

За флуоресцентни цевки со три основни бои кои најчесто се користат во претходните години, иако се синтетизира белата боја, црвените, зелените и сините спектри се одвоени (како што е прикажано на слика 3(б)), а ширината на спектарот е многу тесна. Спектралниот интензитет на следниот континуиран дел е релативно слаб, а моќноста е сè уште релативно голема во споредба со LED диоди, 1,5 до 3 пати поголема од потрошувачката на енергија. Затоа, ефектот на употреба не е толку добар како LED светлата.

Слика 3, Црвено и сино чип LED растително светло и флуоресцентен спектар на светлина со три основни бои

PPFD е густина на светлосен квантен флукс, што се однесува на ефективната густина на светлосниот тек на зрачење на светлината во фотосинтезата, што го претставува вкупниот број на светлосни кванти инциденти на стеблата на листовите на растенијата во опсегот на бранова должина од 400 до 700 nm по единица време и единица површина. . Неговата единица е μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). Фотосинтетички активното зрачење (PAR) се однесува на вкупното сончево зрачење со бранова должина во опсег од 400 до 700 nm. Може да се изрази или со светлосни кванти или со зрачна енергија.

Во минатото, интензитетот на светлината што се рефлектираше од илуминометарот беше осветленост, но спектарот на раст на растението се менува поради висината на светлото од растението, покриеноста со светлина и дали светлината може да помине низ лисјата. Затоа, не е точно да се користи пар како индикатор за интензитетот на светлината во проучувањето на фотосинтезата.

Општо земено, механизмот на фотосинтеза може да се иницира кога PPFD на растението што го сака сонцето е поголем од 50 μmol·m-2·s-1, додека на PPFD на засенченото растение потребни се само 20 μmol·m-2·s-1 . Затоа, кога купувате LED светла за растење, можете да го изберете бројот на LED светла за растење врз основа на оваа референтна вредност и видот на растенијата што ги садите. На пример, ако PPFD на една LED lght е 20 μmol·m-2·s-1, потребни се повеќе од 3 LED светилки за растенија за да се одгледуваат растенија што сакаат сонце.

Неколку дизајнерски решенија на полупроводничко осветлување

Полупроводничкото осветлување се користи за раст или садење на растенијата, а постојат два основни референтни методи.

• Во моментов, моделот на садење во затворен простор е многу жежок во Кина. Овој модел има неколку карактеристики:

① Улогата на LED светилките е да обезбедат целосен спектар на осветлување на растенијата, а системот за осветлување е потребен за да ја обезбеди целата енергија за осветлување, а трошоците за производство се релативно високи;
② Дизајнот на LED светлата за растење треба да го земе предвид континуитетот и интегритетот на спектарот;
③Потребно е ефективно да се контролира времето на осветлување и интензитетот на осветлување, како што се оставање на растенијата да одморат неколку часа, интензитетот на зрачењето не е доволен или премногу силен, итн.;
④Целиот процес треба да ги имитира условите што ги бара вистинската оптимална средина за раст на растенијата на отворено, како што се влажноста, температурата и концентрацијата на CO2.

• Режим на садење на отворено со добра подлога за садење оранжерии на отворено. Карактеристиките на овој модел се:

① Улогата на LED светлата е да ја надополнуваат светлината. Едната е да се зголеми интензитетот на светлината во сините и црвените области под зрачење на сончева светлина во текот на денот за да се промовира фотосинтезата на растенијата, а другата е да се компензира кога нема сончева светлина ноќе за да се промовира стапката на раст на растенијата.
②Дополнителната светлина треба да земе предвид во која фаза на раст е растението, како што е периодот на расад или периодот на цветање и плод.

Затоа, дизајнот на LED светлата за растење на растенијата прво треба да има два основни режими на дизајнирање, имено, 24 часовно осветлување (во затворено) и осветлување за додаток за раст на растенијата (надворешно). За одгледување растенија во затворен простор, дизајнот на LED светлата за растење треба да земе предвид три аспекти, како што е прикажано на слика 4. Не е можно да се пакуваат чиповите со три основни бои во одредена пропорција.

Слика 4, Дизајнерска идеја за користење на внатрешни LED светла за засилување на растенијата за 24 часа осветлување

На пример, за спектар во фаза на расадник, имајќи предвид дека треба да го зајакне растот на корените и стеблата, да ја зајакне разгранетоста на листовите, а изворот на светлина се користи во затворен простор, спектарот може да се дизајнира како што е прикажано на Слика 5.

Слика 5, Спектрални структури погодни за период на ЛЕД во затворен расадник

За дизајнот на вториот тип на LED светло за растење, главно е насочено кон дизајнерско решение за дополнување на светлината за промовирање на садење во основата на надворешната стаклена градина. Идејата за дизајн е прикажана на Слика 6.

Слика 6, Идеи за дизајн на светла за раст на отворено 

Авторот предлага повеќе компании за садење да ја усвојат втората опција да користат LED светилки за да го промовираат растот на растенијата.

Како прво, одгледувањето оранжерии на отворено во Кина има со децении големо количество и широк опсег на искуство, и на југ и на север. Има добра основа за технологија за одгледување на стакленички и обезбедува голем број свежо овошје и зеленчук на пазарот во околните градови. Особено во областа на почва и вода и садење ѓубрива, направени се богати истражувачки резултати.

Второ, овој вид на дополнително светло решение може во голема мера да ја намали непотребната потрошувачка на енергија, а во исто време може ефикасно да го зголеми приносот на овошје и зеленчук. Покрај тоа, огромната географска област на Кина е многу погодна за промоција.

Како научно истражување на LED осветлувањето на растенијата, исто така обезбедува поширока експериментална основа за тоа. Сл. 7 е еден вид LED светло за растење развиено од овој истражувачки тим, кое е погодно за одгледување во оранжерии, а неговиот спектар е прикажан на слика 8.

Слика 7, Еден вид на LED расте светлина

Слика 8, спектар на еден вид LED расте светлина

Според горенаведените идеи за дизајн, истражувачкиот тим спроведе серија експерименти, а експерименталните резултати се многу значајни. На пример, за растечка светлина за време на расадникот, оригиналната ламба што се користи е флуоресцентна светилка со моќност од 32 W и циклус на расадник од 40 дена. Обезбедуваме LED светло од 12 W, кое го скратува циклусот на расад на 30 дена, ефикасно го намалува влијанието на температурата на светилките во работилницата за садници и ја заштедува потрошувачката на енергија на клима уредот. Дебелината, должината и бојата на садниците се подобри од оригиналниот раствор за одгледување садници. За расадот на обичниот зеленчук се добиени и добри верификациски заклучоци кои се сумирани во следната табела.

Меѓу нив, дополнителната светлосна група PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1 и црвено-синиот сооднос: 0,6-0,7. Опсегот на дневната вредност на PPFD на природната група беше 40~800 μmol·m-2·s-1, а односот на црвено со сино беше 0,6~1,2. Може да се види дека горенаведените индикатори се подобри од оние на природно одгледуваните садници.

Заклучок

Оваа статија ги воведува најновите случувања во примената на LED светлата за растење во одгледувањето растенија и укажува на некои недоразбирања во примената на LED светлата за растење во одгледувањето растенија. Конечно, се воведуваат техничките идеи и шеми за развој на LED светла за растење што се користат за одгледување растенија. Треба да се истакне дека има и некои фактори кои треба да се земат предвид при инсталирањето и користењето на светлината, како што се растојанието помеѓу светлината и постројката, опсегот на зрачење на светилката и начинот на нанесување на светлината со нормална вода, ѓубриво и почва.

Автор: Ји Ванг и др. Извор: ЦНКИ