Увод

Светлост игра кључну улогу у процесу раста биљака. То је најбоље ђубриво за промоцију апсорпције биљног хлорофила и апсорпцију различитих квалитета раста биљака као што је каротен. Међутим, одлучујући фактор који одређује раст биљака је свеобухватни фактор, који се не односи само на светлост, већ је неодвојив од конфигурације воде, земљишта и ђубрива, услова средине за раст и свеобухватне техничке контроле.

У протекле две или три године било је бескрајних извештаја о примени технологије полупроводничког осветљења у вези са тродимензионалним фабрикама биљака или растом биљака. Али након пажљивог читања, увек постоји неки нелагодан осећај. Уопштено говорећи, не постоји право разумевање улоге светлости у расту биљака.

Прво, хајде да разумемо спектар сунца, као што је приказано на слици 1. Може се видети да је соларни спектар континуирани спектар, у коме су плави и зелени спектар јачи од црвеног спектра, а спектар видљиве светлости се креће од 380 до 780 нм. Раст организама у природи повезан је са интензитетом спектра. На пример, већина биљака у области близу екватора расте веома брзо, а у исто време, величина њиховог раста је релативно велика. Али висок интензитет сунчевог зрачења није увек бољи, и постоји одређени степен селективности за раст животиња и биљака.

Слика 1, Карактеристике сунчевог спектра и његовог спектра видљиве светлости

Друго, други дијаграм спектра неколико кључних апсорпционих елемената раста биљака приказан је на слици 2.

Слика 2, Спектри апсорпције неколико ауксина у расту биљака

Са слике 2 се може видети да се спектри апсорпције светлости неколико кључних ауксина који утичу на раст биљака значајно разликују. Стога, примена ЛЕД светла за раст биљака није једноставна ствар, већ веома циљана. Овде је неопходно увести концепте два најважнија фотосинтетичка елемента раста биљака.

• Хлорофил

Хлорофил је један од најважнијих пигмената који се односе на фотосинтезу. Постоји у свим организмима који могу да створе фотосинтезу, укључујући зелене биљке, прокариотске плаво-зелене алге (цијанобактерије) и еукариотске алге. Хлорофил апсорбује енергију светлости, која се затим користи за претварање угљен-диоксида у угљене хидрате.

Хлорофил а углавном апсорбује црвену светлост, а хлорофил б углавном апсорбује плаво-љубичасту светлост, углавном да би разликовао биљке у сенци од биљака сунца. Однос хлорофила б и хлорофила а у биљкама у сенци је мали, тако да биљке у сенци могу снажно да користе плаво светло и прилагођавају се расту у сенци. Хлорофил а је плаво-зелени, а хлорофил б је жуто-зелени. Постоје две јаке апсорпције хлорофила а и хлорофила б, једна у црвеном региону са таласном дужином од 630-680 нм, а друга у плаво-љубичастом региону са таласном дужином од 400-460 нм.

• Каротеноиди

Каротеноиди су општи термин за класу важних природних пигмената, који се обично налазе у жутим, наранџасто-црвеним или црвеним пигментима код животиња, виших биљака, гљива и алги. До сада је откривено више од 600 природних каротеноида.

Апсорпција светлости каротеноида покрива опсег од ОД303~505 нм, што обезбеђује боју хране и утиче на унос хране у организам. У алгама, биљкама и микроорганизмима, његова боја је прекривена хлорофилом и не може се појавити. У биљним ћелијама, произведени каротеноиди не само да апсорбују и преносе енергију како би помогли фотосинтезу, већ имају и функцију заштите ћелија од уништења побуђеним молекулима кисеоника са једноелектронском везом.

Неки концептуални неспоразуми

Без обзира на ефекат уштеде енергије, селективност светлости и координацију светлости, полупроводничка расвета је показала велике предности. Међутим, од брзог развоја у протекле две године, видели смо и доста неспоразума у ​​дизајну и примени светла, који се углавном огледају у следећим аспектима.

① Све док су црвени и плави чипови одређене таласне дужине комбиновани у одређеном односу, могу се користити у узгоју биљака, на пример, однос црвене и плаве је 4:1, 6:1, 9:1 и тако на.

②Све док је бело светло, може да замени сунчеву светлост, као што је цев са три примарне беле светлости која се широко користи у Јапану, итд. Употреба ових спектра има одређени утицај на раст биљака, али ефекат је није тако добар као извор светлости направљен од ЛЕД.

③Све док ППФД (густина квантног флукса светлости), важан параметар осветљења, достигне одређени индекс, на пример, ППФД је већи од 200 μмол·м-2·с-1. Међутим, када користите овај индикатор, морате обратити пажњу да ли се ради о биљци у сенци или о биљци сунца. Потребно је да упитате или пронађете тачку засићења компензације светлости ових биљака, која се такође назива тачка компензације светлости. У стварним применама, саднице су често спаљене или увеле. Због тога, дизајн овог параметра мора бити дизајниран према биљној врсти, окружењу раста и условима.

Што се тиче првог аспекта, као што је уведено у уводу, спектар потребан за раст биљака треба да буде континуирани спектар са одређеном ширином дистрибуције. Очигледно је неприкладно користити извор светлости направљен од два чипа специфичне таласне дужине црвене и плаве са веома уским спектром (као што је приказано на слици 3(а)). У експериментима је утврђено да биљке имају тенденцију да буду жућкасте, стабљике листова веома светле, а стабљике листа веома танке.

За флуоресцентне цеви са три основне боје које су се уобичајено користиле претходних година, иако се синтетише бела, црвени, зелени и плави спектри су раздвојени (као што је приказано на слици 3(б)), а ширина спектра је веома уска. Спектрални интензитет следећег континуираног дела је релативно слаб, а снага је и даље релативно велика у поређењу са ЛЕД диодама, 1,5 до 3 пута већа од потрошње енергије. Стога, ефекат употребе није тако добар као ЛЕД светла.

Слика 3, црвено и плаво ЛЕД светло за биљке и флуоресцентни светлосни спектар три примарне боје

ППФД је квантна густина флукса светлости, која се односи на ефективну густину светлосног флукса зрачења радијације у фотосинтези, која представља укупан број светлосних кванта који упадају на стабљике листова биљака у опсегу таласних дужина од 400 до 700 нм по јединици времена и јединици површине . Његова јединица је μЕ·м-2·с-1 (μмол·м-2·с-1). Фотосинтетички активно зрачење (ПАР) се односи на укупно сунчево зрачење са таласном дужином у опсегу од 400 до 700 нм. Може се изразити или светлосним квантима или енергијом зрачења.

У прошлости је интензитет светлости који је рефлектовао илуминометар био осветљеност, али се спектар раста биљака мења због висине расвете од биљке, покривености светлошћу и да ли светлост може да прође кроз лишће. Због тога није тачно користити пар као индикатор интензитета светлости у проучавању фотосинтезе.

Генерално, механизам фотосинтезе може да се покрене када је ППФД биљке која воли сунце већи од 50 μмол·м-2·с-1, док је ППФД биљке у сенци потребно само 20 μмол·м-2·с-1 . Стога, када купујете ЛЕД лампе за узгој, можете одабрати број ЛЕД лампи за узгој на основу ове референтне вредности и врсте биљака које садите. На пример, ако је ППФД једног ЛЕД светла 20 μмол·м-2·с-1, потребно је више од 3 ЛЕД сијалице за узгој биљака које воле сунце.

Неколико дизајнерских решења полупроводничке расвете

Полупроводничка расвета се користи за раст или садњу биљака, а постоје две основне референтне методе.

• Тренутно је модел садње у затвореном простору веома врућ у Кини. Овај модел има неколико карактеристика:

①Улога ЛЕД светла је да обезбеде читав спектар осветљења биљака, а систем осветљења је потребан да обезбеди сву енергију осветљења, а трошкови производње су релативно високи;
② Дизајн ЛЕД светла за раст треба да узме у обзир континуитет и интегритет спектра;
③Неопходно је ефикасно контролисати време осветљења и интензитет осветљења, као што је остављање биљака неколико сати да се одморе, интензитет озрачивања није довољан или прејак, итд.;
④Цео процес треба да имитира услове које захтева стварно оптимално окружење за раст биљака на отвореном, као што су влажност, температура и концентрација ЦО2.

• Начин садње на отвореном са добром подлогом за садњу у стакленику. Карактеристике овог модела су:

①Улога ЛЕД светла је да допуњују светлост. Један је да се појача интензитет светлости у плавим и црвеним областима под зрачењем сунчеве светлости током дана како би се промовисала фотосинтеза биљака, а други је да се надокнади када нема сунчеве светлости ноћу да би се унапредила брзина раста биљака
②Додатно светло треба да узме у обзир у којој фази раста је биљка, као што је период садње или период цветања и плодова.

Према томе, дизајн ЛЕД лампи за узгој биљака прво треба да има два основна режима дизајна, наиме, 24-часовно осветљење (у затвореном) и осветљење за додатак расту биљака (на отвореном). За узгој биљака у затвореном простору, дизајн ЛЕД лампи за узгој треба да узме у обзир три аспекта, као што је приказано на слици 4. Није могуће паковати чипс са три основне боје у одређеној пропорцији.

Слика 4, Идеја дизајна коришћења унутрашњих ЛЕД лампи за појачавање биљака за 24-часовно осветљење

На пример, за спектар у фази расадника, с обзиром да треба да појача раст корена и стабљике, ојача гранање листова, а извор светлости се користи у затвореном простору, спектар се може дизајнирати као што је приказано на слици 5.

Слика 5, Спектралне структуре погодне за период ЛЕД расадника у затвореном простору

За дизајн другог типа ЛЕД светла за узгој, оно је углавном усмерено на дизајнерско решење допунског светла за промовисање садње у подножју стакленика на отвореном. Идеја дизајна је приказана на слици 6.

Слика 6, Идеје дизајна светла за узгој на отвореном 

Аутор предлаже да више компанија за садњу усвоји другу опцију да користе ЛЕД светла за промовисање раста биљака.

Пре свега, кинеско гајење стакленика на отвореном има деценијама велику количину и широк спектар искуства, како на југу тако и на северу. Има добру основу технологије гајења у стакленицима и обезбеђује велики број свежег воћа и поврћа на тржишту за околне градове. Посебно у области садње земљишта и воде и ђубрива направљени су богати резултати истраживања.

Друго, ова врста допунског светлосног решења може у великој мери смањити непотребну потрошњу енергије, а истовремено може ефикасно повећати принос воћа и поврћа. Поред тога, огромно географско подручје Кине је веома погодно за промоцију.

Као научно истраживање ЛЕД биљног осветљења, оно такође пружа ширу експерименталну основу за то. Слика 7 је врста ЛЕД светла за узгој који је развио овај истраживачки тим, а који је погодан за гајење у пластеницима, а његов спектар је приказан на слици 8.

Слика 7, Врста ЛЕД светла за раст

Слика 8, спектар врсте ЛЕД светла за раст

Према горе наведеним дизајнерским идејама, истраживачки тим је спровео низ експеримената, а експериментални резултати су веома значајни. На пример, за осветљење у расаднику, оригинална лампа која се користи је флуоресцентна лампа са снагом од 32 В и циклусом расадника од 40 дана. Обезбеђујемо ЛЕД светло од 12 В, које скраћује циклус садње на 30 дана, ефикасно смањује утицај температуре лампи у расадној радионици и штеди потрошњу енергије клима уређаја. Дебљина, дужина и боја садница су бољи од оригиналног раствора за подизање расада. За саднице обичног поврћа такође су добијени добри верификациони закључци, који су сумирани у следећој табели.

Међу њима, додатна светлосна група ППФД: 70-80 μмол·м-2·с-1, и црвено-плави однос: 0,6-0,7. Опсег дневне вредности ППФД природне групе био је 40~800 μмол·м-2·с-1, а однос црвене и плаве био је 0,6~1,2. Види се да су горе наведени показатељи бољи од оних код природно узгајаних садница.

Закључак

Овај чланак представља најновија достигнућа у примени ЛЕД светла за узгој биљака у узгоју биљака и указује на неке неспоразуме у примени ЛЕД светла за узгој биљака у узгоју биљака. На крају, представљене су техничке идеје и шеме за развој ЛЕД расвете која се користе за узгој биљака. Треба истаћи да постоје и неки фактори које треба узети у обзир при постављању и коришћењу светла, као што су растојање између светла и биљке, опсег зрачења лампе и начин наношења светлости са нормална вода, ђубриво и земљиште.

Аутор: Ии Ванг ет ал. Извор: ЦНКИ