Ynlieding

Ljocht spilet in wichtige rol yn it proses fan plantgroei. It is de bêste dongstof om de opname fan plantchlorofyl en de opname fan ferskate plantgroeikwaliteiten lykas karoteen te befoarderjen. De beslissende faktor dy't de groei fan planten bepaalt, is lykwols in wiidweidige faktor, net allinich relatearre oan ljocht, mar ek ûnskiedber fan 'e konfiguraasje fan wetter, boaiem en dongstof, groeiomjouwingsomstannichheden en wiidweidige technyske kontrôle.

Yn 'e ôfrûne twa of trije jier binne der einleaze rapporten ferskynd oer de tapassing fan healgeleiderljochttechnology foar trijediminsjonale plantfabriken of plantegroei. Mar nei it sekuer lêzen is der altyd in ûngemaklik gefoel. Yn 't algemien is der gjin echt begryp fan hokker rol ljocht spylje moat yn plantegroei.

Earst, lit ús it spektrum fan 'e sinne begripe, lykas te sjen is yn figuer 1. It is te sjen dat it sinnespektrum in trochgeand spektrum is, wêryn it blauwe en griene spektrum sterker binne as it reade spektrum, en it sichtbere ljochtspektrum farieart fan 380 oant 780 nm. De groei fan organismen yn 'e natuer is relatearre oan de yntensiteit fan it spektrum. Bygelyks, de measte planten yn it gebiet by de evener groeie tige fluch, en tagelyk is de grutte fan har groei relatyf grut. Mar de hege yntensiteit fan 'e sinnestrieling is net altyd better, en d'r is in beskate mjitte fan selektiviteit foar de groei fan bisten en planten.

Figuer 1, De skaaimerken fan it sinnespektrum en syn sichtbere ljochtspektrum

Twadder wurdt it twadde spektrumdiagram fan ferskate wichtige absorpsje-eleminten fan plantegroei werjûn yn figuer 2.

Figuer 2, Absorpsjespektra fan ferskate auxinen yn plantegroei

Ut figuer 2 kin sjoen wurde dat de ljochtabsorpsjespektra fan ferskate wichtige auxinen dy't ynfloed hawwe op plantgroei signifikant ferskille. Dêrom is de tapassing fan LED-plantgroeiljochten gjin ienfâldige saak, mar tige rjochte. Hjir is it nedich om de konsepten fan 'e twa wichtichste fotosyntetyske plantgroei-eleminten te yntrodusearjen.

• Chlorofyl

Chlorofyl is ien fan 'e wichtichste pigmenten dy't relatearre binne oan fotosynteze. It bestiet yn alle organismen dy't fotosynteze kinne oanmeitsje, ynklusyf griene planten, prokaryote blau-griene algen (cyanobaktearjes) en eukaryote algen. Chlorofyl nimt enerzjy op út ljocht, dat dan brûkt wurdt om koalstofdiokside yn koalhydraten om te setten.

Chlorofyl a absorbearret benammen read ljocht, en chlorofyl b absorbearret benammen blau-fiolet ljocht, benammen om skaadplanten te ûnderskieden fan sinneplanten. De ferhâlding fan chlorofyl b ta chlorofyl a fan skaadplanten is lyts, sadat skaadplanten sterk blau ljocht brûke kinne en har oanpasse kinne oan groei yn skaad. Chlorofyl a is blau-grien, en chlorofyl b is giel-grien. Der binne twa sterke absorpsjes fan chlorofyl a en chlorofyl b, ien yn it reade gebiet mei in golflingte fan 630-680 nm, en de oare yn it blau-fiolete gebiet mei in golflingte fan 400-460 nm.

• Karotenoïden

Karotenoïden binne de algemiene term foar in klasse wichtige natuerlike pigmenten, dy't faak fûn wurde yn giele, oranje-reade of reade pigmenten yn bisten, hegere planten, skimmels en algen. Oant no ta binne mear as 600 natuerlike karotenoïden ûntdutsen.

De ljochtabsorpsje fan karotenoïden beslacht it berik fan OD303~505 nm, wat de kleur fan iten jout en de itenopname fan it lichem beynfloedet. Yn algen, planten en mikro-organismen is de kleur bedekt mei chlorofyl en kin it net ferskine. Yn plantesellen absorbearje en drage de produsearre karotenoïden net allinich enerzjy oer om fotosynteze te helpen, mar hawwe se ek de funksje om sellen te beskermjen tsjin ferneatiging troch opteinde soerstofmolekulen mei ien elektronbân.

Guon konseptuele misferstannen

Nettsjinsteande it enerzjybesparjende effekt, de selektiviteit fan ljocht en de koördinaasje fan ljocht, hat healgeleiderferljochting grutte foardielen sjen litten. Fan 'e rappe ûntwikkeling fan' e ôfrûne twa jier hawwe wy lykwols ek in protte misferstannen sjoen yn it ûntwerp en de tapassing fan ljocht, dy't benammen werom te sjen binne yn 'e folgjende aspekten.

①Salang't de reade en blauwe chips fan in bepaalde golflingte yn in bepaalde ferhâlding kombinearre wurde, kinne se brûkt wurde yn plantekultivaasje, bygelyks is de ferhâlding fan read oant blau 4:1, 6:1, 9:1 ensafuorthinne.

②Salang't it wyt ljocht is, kin it it sinneljocht ferfange, lykas de trije primêre wite ljochtbuis dy't in soad brûkt wurdt yn Japan, ensfh. It gebrûk fan dizze spektrums hat in bepaald effekt op 'e groei fan planten, mar it effekt is net sa goed as de ljochtboarne makke troch LED.

③Salang't de PPFD (ljochtkwantumfluxdichtheid), in wichtige parameter fan ferljochting, in bepaalde yndeks berikt, bygelyks, PPFD is grutter as 200 μmol·m-2·s-1. By it brûken fan dizze yndikator moatte jo lykwols omtinken jaan oan oft it in skaadplant of in sinneplant is. Jo moatte it ljochtkompensaasje-sêdingspunt fan dizze planten opfreegje of fine, dat ek wol it ljochtkompensaasjepunt neamd wurdt. Yn werklike tapassingen wurde siedlingen faak ferbaarnd of ferwile. Dêrom moat it ûntwerp fan dizze parameter ûntwurpen wurde neffens de plantesoarte, groeiomjouwing en omstannichheden.

Oangeande it earste aspekt, lykas yn 'e ynlieding yntrodusearre, moat it spektrum dat nedich is foar plantgroei in trochgeand spektrum wêze mei in bepaalde ferspriedingsbreedte. It is fansels net geskikt om in ljochtboarne te brûken dy't makke is fan twa spesifike golflingtechips fan read en blau mei in heul smel spektrum (lykas te sjen yn figuer 3(a)). Yn eksperiminten waard fûn dat planten de neiging hawwe om gielich te wêzen, de blêdstielen heul ljocht binne en de blêdstielen heul tin binne.

Foar fluorescerende buizen mei trije primêre kleuren dy't yn foargeande jierren gewoanlik brûkt waarden, hoewol wyt synthetisearre wurdt, binne de reade, griene en blauwe spektra skieden (lykas te sjen yn figuer 3(b)), en is de breedte fan it spektrum tige smel. De spektrale yntensiteit fan it folgjende trochgeande diel is relatyf swak, en it fermogen is noch altyd relatyf grut yn ferliking mei LED's, 1,5 oant 3 kear it enerzjyferbrûk. Dêrom is it gebrûkseffekt net sa goed as LED-ljochten.

Figuer 3, Reade en blauwe chip LED-plantljocht en trije-primêre kleuren fluorescerend ljochtspektrum

PPFD is de ljochtkwantumfluxdichtheid, dy't ferwiist nei de effektive strielingsljochtfluxdichtheid fan ljocht by fotosynteze, dy't it totale oantal ljochtkwanta fertsjintwurdiget dat ynfalt op plantblêdstielen yn it golflingteberik fan 400 oant 700 nm per tiidseenheid en ienheidsoppervlakte. De ienheid is μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). De fotosyntetysk aktive strieling (PAR) ferwiist nei de totale sinnestrieling mei in golflingte yn it berik fan 400 oant 700 nm. It kin útdrukt wurde troch ljochtkwanta of troch strieljende enerzjy.

Yn it ferline wie de ljochtintensiteit dy't troch de illuminometer reflektearre waard helderheid, mar it spektrum fan plantgroei feroaret fanwegen de hichte fan 'e ljochtarmatuur fan 'e plant, de ljochtdekking en oft it ljocht troch de blêden kin gean. Dêrom is it net akkuraat om par te brûken as in yndikator fan ljochtintensiteit yn 'e stúdzje fan fotosynteze.

Yn 't algemien kin it fotosyntezemeganisme yn gong set wurde as de PPFD fan 'e sinneleafde plant grutter is as 50 μmol·m-2·s-1, wylst de PPFD fan 'e skaadplant mar 20 μmol·m-2·s-1 nedich hat. Dêrom kinne jo by it keapjen fan LED-groeilampen it oantal LED-groeilampen kieze op basis fan dizze referinsjewearde en it type planten dat jo plante. Bygelyks, as de PPFD fan ien LED-lampe 20 μmol·m-2·s-1 is, binne mear as 3 LED-plantelampen nedich om sinneleafde planten te groeien.

Ferskate ûntwerpoplossingen fan healgeleiderferljochting

Semiconductor-ferljochting wurdt brûkt foar plantgroei of plantsjen, en d'r binne twa basisreferinsjemetoaden.

• Op it stuit is it model foar binnenplanten tige populêr yn Sina. Dit model hat ferskate skaaimerken:

①De rol fan LED-ljochten is om it folsleine spektrum fan plantferljochting te leverjen, en it ferljochtingssysteem is fereaske om alle ferljochtingsenerzjy te leverjen, en de produksjekosten binne relatyf heech;
② It ûntwerp fan LED-groeilampen moat rekken hâlde mei de kontinuïteit en yntegriteit fan it spektrum;
③It is needsaaklik om de ferljochtingstiid en ferljochtingsintensiteit effektyf te kontrolearjen, lykas de planten in pear oeren rêste litte, de yntensiteit fan 'e bestraling is net genôch of te sterk, ensfh.;
④It hiele proses moat de omstannichheden imitearje dy't nedich binne foar de werklike optimale groeiomjouwing fan planten bûten, lykas fochtigens, temperatuer en CO2-konsintraasje.

• Bûtenplantmodus mei in goede bûtenkasplantbasis. De skaaimerken fan dit model binne:

①De rol fan LED-ljochten is om ljocht oan te foljen. Ien is om de ljochtintensiteit yn 'e blauwe en reade gebieten ûnder de bestraling fan sinneljocht oerdeis te ferbetterjen om fotosynteze fan planten te befoarderjen, en de oare is om te kompensearjen as der nachts gjin sinneljocht is om de groeisnelheid fan planten te befoarderjen.
②It oanfoljende ljocht moat rekken hâlde mei yn hokker groeistadium de plant is, lykas de siedlingsperioade of de bloei- en fruchtperioade.

Dêrom moat it ûntwerp fan LED-plantengroeiljochten earst twa basisûntwerpmodi hawwe, nammentlik 24-oere ferljochting (binnen) en oanfoljende ferljochting foar plantgroei (bûten). Foar it kweken fan planten binnen moat it ûntwerp fan LED-groeiljochten rekken hâlde mei trije aspekten, lykas te sjen is yn figuer 4. It is net mooglik om de chips te ferpakken mei trije primêre kleuren yn in bepaalde ferhâlding.

Figuer 4, It ûntwerpidee fan it brûken fan LED-plantboosterlampen foar binnen foar 24-oere ferljochting

Bygelyks, foar in spektrum yn 'e kwekerijfaze, sjoen it feit dat it de groei fan woartels en stielen fersterkje moat, de fertakking fan blêden fersterkje moat, en de ljochtboarne binnen brûkt wurdt, kin it spektrum ûntwurpen wurde lykas werjûn yn figuer 5.

Figuer 5, Spektrale struktueren geskikt foar LED-binnenferljochting foar bern

Foar it ûntwerp fan it twadde type LED-groeiljocht is it benammen rjochte op de ûntwerpoplossing fan oanfoljend ljocht om it planten yn 'e basis fan in bûtenkas te befoarderjen. It ûntwerpidee wurdt werjûn yn figuer 6.

Figuer 6, Untwerpideeën fan bûtenljochten foar groei 

De auteur suggerearret dat mear plantbedriuwen de twadde opsje oannimme om LED-ljochten te brûken om plantgroei te befoarderjen.

Earst fan alles, Sina's bûtenkasbou hat tsientallen jierren in grutte hoemannichte en in breed skala oan ûnderfining, sawol yn it suden as yn it noarden. It hat in goede basis fan kasboutechnology en leveret in grut oantal farske fruit en grienten op 'e merk foar omlizzende stêden. Benammen op it mêd fan boaiem en wetter en dongstoffenplanting binne rike ûndersyksresultaten makke.

Twadder kin dizze soarte oanfoljende ljochtoplossing ûnnedich enerzjyferbrûk sterk ferminderje, en tagelyk de opbringst fan fruit en griente effektyf ferheegje. Derneist is it grutte geografyske gebiet fan Sina tige handich foar promoasje.

As wittenskiplik ûndersyk nei LED-plantferljochting biedt it ek in bredere eksperimintele basis derfoar. Fig. 7 is in soarte LED-groeiljocht ûntwikkele troch dit ûndersyksteam, dat geskikt is foar groei yn kassen, en it spektrum dêrfan wurdt werjûn yn Fig. 8.

Figuer 7, In soarte LED-groeiljocht

Figuer 8, spektrum fan in soarte LED-groeiljocht

Neffens de boppesteande ûntwerpideeën hat it ûndersyksteam in searje eksperiminten útfierd, en de eksperimintele resultaten binne tige wichtich. Bygelyks, foar groeiljocht tidens de kwekerij is de orizjinele lampe dy't brûkt wurdt in fluoreszinte lampe mei in fermogen fan 32 W en in kwekerijsyklus fan 40 dagen. Wy leverje in 12 W LED-ljocht, dat de seedlingsyklus ferkoartet nei 30 dagen, de ynfloed fan 'e temperatuer fan' e lampen yn 'e seedlingworkshop effektyf ferminderet, en it enerzjyferbrûk fan' e airconditioning besparret. De dikte, lingte en kleur fan 'e seedlings binne better as de orizjinele oplossing foar it kweken fan seedlings. Foar de seedlings fan gewoane grienten binne ek goede ferifikaasjekonklúzjes helle, dy't gearfette binne yn 'e folgjende tabel.

Under harren, de oanfoljende ljochtgroep PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, en de read-blau ferhâlding: 0.6-0.7. It berik fan 'e deistige PPFD-wearde fan' e natuerlike groep wie 40~800 μmol·m-2·s-1, en de ferhâlding fan read oant blau wie 0.6~1.2. It kin sjoen wurde dat de boppesteande yndikatoaren better binne as dy fan natuerlik groeide siedlingen.

Konklúzje

Dit artikel yntrodusearret de lêste ûntjouwings yn 'e tapassing fan LED-groeiljochten yn plantekultivaasje, en wiist op guon misferstannen yn 'e tapassing fan LED-groeiljocht yn plantekultivaasje. Ta beslút wurde de technyske ideeën en regelingen foar de ûntwikkeling fan LED-groeiljochten dy't brûkt wurde foar plantekultivaasje yntrodusearre. It moat oanjûn wurde dat d'r ek guon faktoaren binne dy't moatte wurde beskôge by de ynstallaasje en it gebrûk fan it ljocht, lykas de ôfstân tusken it ljocht en de plant, it bestralingsberik fan 'e lampe, en hoe't it ljocht tapast wurde moat mei normaal wetter, dongstof en boaiem.

Auteur: Yi Wang et al. Boarne: CNKI