Panimula

Ang liwanag ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa proseso ng paglago ng halaman.Ito ang pinakamahusay na pataba upang itaguyod ang pagsipsip ng kloropila ng halaman at ang pagsipsip ng iba't ibang katangian ng paglago ng halaman tulad ng karotina.Gayunpaman, ang mapagpasyang kadahilanan na tumutukoy sa paglago ng mga halaman ay isang komprehensibong kadahilanan, hindi lamang nauugnay sa liwanag, ngunit hindi rin mapaghihiwalay mula sa pagsasaayos ng tubig, lupa at pataba, mga kondisyon ng kapaligiran ng paglago at komprehensibong teknikal na kontrol.

Sa nakalipas na dalawa o tatlong taon, nagkaroon ng walang katapusang mga ulat sa paggamit ng semiconductor lighting technology patungkol sa tatlong-dimensional na pabrika ng halaman o paglago ng halaman.Ngunit pagkatapos basahin ito nang mabuti, palaging may hindi mapakali na pakiramdam.Sa pangkalahatan, walang tunay na pag-unawa sa kung ano ang papel na dapat gampanan ng liwanag sa paglago ng halaman.

Una, unawain natin ang spectrum ng araw, tulad ng ipinapakita sa Figure 1. Makikita na ang solar spectrum ay isang tuluy-tuloy na spectrum, kung saan ang blue at green spectrum ay mas malakas kaysa sa red spectrum, at ang visible light spectrum ay mula sa 380 hanggang 780 nm.Ang paglaki ng mga organismo sa kalikasan ay nauugnay sa intensity ng spectrum.Halimbawa, ang karamihan sa mga halaman sa lugar na malapit sa ekwador ay lumalaki nang napakabilis, at sa parehong oras, ang laki ng kanilang paglaki ay medyo malaki.Ngunit ang mataas na intensity ng pag-iilaw ng araw ay hindi palaging mas mahusay, at mayroong isang tiyak na antas ng pagpili para sa paglaki ng mga hayop at halaman.

Figure 1, Ang mga katangian ng solar spectrum at ang nakikitang light spectrum nito

Pangalawa, ang pangalawang spectrum diagram ng ilang mga pangunahing elemento ng pagsipsip ng paglago ng halaman ay ipinapakita sa Figure 2.

Figure 2, Absorption spectra ng ilang auxin sa paglago ng halaman

Makikita mula sa Figure 2 na ang light absorption spectra ng ilang mga pangunahing auxin na nakakaapekto sa paglago ng halaman ay makabuluhang naiiba.Samakatuwid, ang application ng LED plant growth lights ay hindi isang simpleng bagay, ngunit napaka-target.Dito kinakailangan na ipakilala ang mga konsepto ng dalawang pinakamahalagang elemento ng paglago ng halamang photosynthetic.

• Kloropila

Ang chlorophyll ay isa sa pinakamahalagang pigment na may kaugnayan sa photosynthesis.Ito ay umiiral sa lahat ng mga organismo na maaaring lumikha ng photosynthesis, kabilang ang mga berdeng halaman, prokaryotic blue-green algae (cyanobacteria) at eukaryotic algae.Ang chlorophyll ay sumisipsip ng enerhiya mula sa liwanag, na pagkatapos ay ginagamit upang i-convert ang carbon dioxide sa carbohydrates.

Ang chlorophyll a ay pangunahing sumisipsip ng pulang ilaw, at ang chlorophyll b ay pangunahing sumisipsip ng asul-violet na ilaw, pangunahin upang makilala ang mga halaman na may lilim mula sa mga halamang araw.Ang ratio ng chlorophyll b sa chlorophyll a ng mga shade na halaman ay maliit, kaya ang mga shade na halaman ay maaaring gumamit ng asul na liwanag nang malakas at umangkop sa paglaki sa lilim.Ang chlorophyll a ay asul-berde, at ang chlorophyll b ay dilaw-berde.Mayroong dalawang malakas na pagsipsip ng chlorophyll a at chlorophyll b, ang isa sa pulang rehiyon na may wavelength na 630-680 nm, at ang isa pa ay nasa blue-violet na rehiyon na may wavelength na 400-460 nm.

• Carotenoids

Ang mga carotenoid ay ang pangkalahatang termino para sa isang klase ng mahahalagang natural na pigment, na karaniwang matatagpuan sa dilaw, orange-pula o pulang pigment sa mga hayop, mas matataas na halaman, fungi, at algae.Sa ngayon, higit sa 600 natural na carotenoids ang natuklasan.

Ang magaan na pagsipsip ng mga carotenoid ay sumasaklaw sa hanay ng OD303~505 nm, na nagbibigay ng kulay ng pagkain at nakakaapekto sa pagkain ng katawan.Sa algae, halaman, at microorganism, ang kulay nito ay sakop ng chlorophyll at hindi maaaring lumitaw.Sa mga selula ng halaman, ang mga carotenoid na ginawa ay hindi lamang sumisipsip at naglilipat ng enerhiya upang makatulong sa photosynthesis, ngunit mayroon ding tungkulin na protektahan ang mga selula mula sa pagkawasak ng nasasabik na single-electron bond na mga molekula ng oxygen.

Ilang mga konseptong hindi pagkakaunawaan

Anuman ang epekto ng pag-save ng enerhiya, ang pagpili ng liwanag at ang koordinasyon ng liwanag, ang semiconductor lighting ay nagpakita ng mahusay na mga pakinabang.Gayunpaman, mula sa mabilis na pag-unlad ng nakaraang dalawang taon, nakita din namin ang maraming hindi pagkakaunawaan sa disenyo at aplikasyon ng liwanag, na higit sa lahat ay makikita sa mga sumusunod na aspeto.

①Hangga't ang pula at asul na chips ng isang tiyak na wavelength ay pinagsama sa isang tiyak na ratio, maaari silang gamitin sa paglilinang ng halaman, halimbawa, ang ratio ng pula sa asul ay 4:1, 6:1, 9:1 at iba pa sa.

②Hangga't ito ay puting liwanag, maaari nitong palitan ang liwanag ng araw, tulad ng tatlong pangunahing puting ilaw na tubo na malawakang ginagamit sa Japan, atbp. Ang paggamit ng mga spectrum na ito ay may tiyak na epekto sa paglago ng mga halaman, ngunit ang epekto ay hindi kasing ganda ng light source na ginawa ng LED.

③Hangga't ang PPFD (light quantum flux density), isang mahalagang parameter ng pag-iilaw, ay umaabot sa isang tiyak na index, halimbawa, ang PPFD ay higit sa 200 μmol·m-2·s-1.Gayunpaman, kapag ginagamit ang tagapagpahiwatig na ito, dapat mong bigyang pansin kung ito ay isang lilim na halaman o isang halaman ng araw.Kailangan mong i-query o hanapin ang light compensation saturation point ng mga halaman na ito, na tinatawag ding light compensation point.Sa aktwal na mga aplikasyon, ang mga punla ay madalas na nasusunog o nalalanta.Samakatuwid, ang disenyo ng parameter na ito ay dapat na idinisenyo ayon sa mga species ng halaman, kapaligiran ng paglago at mga kondisyon.

Tungkol sa unang aspeto, tulad ng ipinakilala sa panimula, ang spectrum na kinakailangan para sa paglago ng halaman ay dapat na isang tuloy-tuloy na spectrum na may tiyak na lapad ng pamamahagi.Malinaw na hindi naaangkop na gumamit ng light source na gawa sa dalawang partikular na wavelength chips ng pula at asul na may napakakitid na spectrum (tulad ng ipinapakita sa Figure 3(a)).Sa mga eksperimento, natuklasan na ang mga halaman ay may posibilidad na maging madilaw-dilaw, ang mga tangkay ng dahon ay napakagaan, at ang mga tangkay ng dahon ay napakanipis.

Para sa mga fluorescent tube na may tatlong pangunahing kulay na karaniwang ginagamit sa mga nakaraang taon, bagama't puti ay synthesize, ang pula, berde, at asul na spectra ay pinaghihiwalay (tulad ng ipinapakita sa Figure 3(b)), at ang lapad ng spectrum ay napakakitid.Ang spectral intensity ng sumusunod na tuloy-tuloy na bahagi ay medyo mahina, at ang kapangyarihan ay medyo malaki pa rin kumpara sa mga LED, 1.5 hanggang 3 beses ang pagkonsumo ng enerhiya.Samakatuwid, ang epekto ng paggamit ay hindi kasing ganda ng mga LED na ilaw.

Figure 3, Pula at asul na chip LED plant light at tatlong-pangunahing kulay fluorescent light spectrum

Ang PPFD ay ang light quantum flux density, na tumutukoy sa epektibong radiation light flux density ng liwanag sa photosynthesis, na kumakatawan sa kabuuang bilang ng light quanta incident sa mga tangkay ng dahon ng halaman sa wavelength range na 400 hanggang 700 nm bawat yunit ng oras at unit area .Ang unit nito ay μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1).Ang photosynthetically active radiation (PAR) ay tumutukoy sa kabuuang solar radiation na may wavelength sa hanay na 400 hanggang 700 nm.Maaari itong ipahayag alinman sa pamamagitan ng light quanta o sa pamamagitan ng nagliliwanag na enerhiya.

Noong nakaraan, ang intensity ng liwanag na sinasalamin ng illuminometer ay liwanag, ngunit ang spectrum ng paglago ng halaman ay nagbabago dahil sa taas ng light fixture mula sa halaman, ang saklaw ng liwanag at kung ang liwanag ay maaaring dumaan sa mga dahon.Samakatuwid, hindi tumpak ang paggamit ng par bilang tagapagpahiwatig ng intensity ng liwanag sa pag-aaral ng photosynthesis.

Sa pangkalahatan, ang mekanismo ng photosynthesis ay maaaring simulan kapag ang PPFD ng halaman na mapagmahal sa araw ay mas malaki sa 50 μmol·m-2·s-1, habang ang PPFD ng malilim na halaman ay nangangailangan lamang ng 20 μmol·m-2·s-1 .Samakatuwid, kapag bumili ng LED grow lights, maaari mong piliin ang bilang ng LED grow lights batay sa reference value na ito at sa uri ng mga halaman na iyong itinanim.Halimbawa, kung ang PPFD ng isang LED lght ay 20 μmol·m-2·s-1, higit sa 3 LED na bombilya ng halaman ang kinakailangan upang magtanim ng mga halamang mahilig sa araw.

Maraming mga solusyon sa disenyo ng semiconductor lighting

Ginagamit ang semiconductor lighting para sa paglaki o pagtatanim ng halaman, at mayroong dalawang pangunahing paraan ng sanggunian.

• Sa kasalukuyan, ang panloob na modelo ng pagtatanim ay napakainit sa Tsina.Ang modelong ito ay may ilang mga katangian:

①Ang papel na ginagampanan ng mga LED na ilaw ay upang magbigay ng buong spectrum ng pag-iilaw ng halaman, at ang sistema ng pag-iilaw ay kinakailangan upang magbigay ng lahat ng enerhiya sa pag-iilaw, at ang gastos sa produksyon ay medyo mataas;
②Ang disenyo ng LED grow lights ay kailangang isaalang-alang ang pagpapatuloy at integridad ng spectrum;
③Kailangan na epektibong kontrolin ang oras ng pag-iilaw at intensity ng pag-iilaw, tulad ng pagpapahinga sa mga halaman ng ilang oras, hindi sapat o masyadong malakas ang intensity ng irradiation, atbp.;
④Ang buong proseso ay kailangang gayahin ang mga kondisyong kinakailangan ng aktuwal na pinakamainam na kapaligiran sa paglago ng mga halaman sa labas, tulad ng halumigmig, temperatura at konsentrasyon ng CO2.

• Mode ng pagtatanim sa labas na may magandang pundasyon ng pagtatanim sa labas ng greenhouse.Ang mga katangian ng modelong ito ay:

①Ang papel ng mga LED na ilaw ay pandagdag sa liwanag.Ang isa ay upang mapahusay ang intensity ng liwanag sa mga asul at pulang lugar sa ilalim ng pag-iilaw ng sikat ng araw sa araw upang itaguyod ang photosynthesis ng mga halaman, at ang isa ay upang mabayaran kapag walang sikat ng araw sa gabi upang itaguyod ang rate ng paglago ng halaman
②Kailangang isaalang-alang ng karagdagang liwanag kung saang yugto ng paglago ang halaman, gaya ng panahon ng punla o panahon ng pamumulaklak at pamumunga.

Samakatuwid, ang disenyo ng LED plant grow lights ay dapat munang magkaroon ng dalawang basic design mode, ibig sabihin, 24h lighting (indoor) at plant growth supplement lighting (outdoor).Para sa panloob na paglilinang ng halaman, ang disenyo ng LED grow lights ay kailangang isaalang-alang ang tatlong aspeto, tulad ng ipinapakita sa Figure 4. Hindi posibleng i-package ang mga chips na may tatlong pangunahing kulay sa isang tiyak na proporsyon.

Figure 4, Ang ideya sa disenyo ng paggamit ng panloob na LED plant booster lights para sa 24h na pag-iilaw

Halimbawa, para sa isang spectrum sa yugto ng nursery, kung isasaalang-alang na kailangan nitong palakasin ang paglago ng mga ugat at tangkay, palakasin ang pagsasanga ng mga dahon, at ang pinagmumulan ng liwanag ay ginagamit sa loob ng bahay, ang spectrum ay maaaring idisenyo tulad ng ipinapakita sa Figure 5.

Figure 5, Spectral na istruktura na angkop para sa LED indoor nursery period

Para sa disenyo ng ikalawang uri ng LED grow light, ito ay pangunahing naglalayong sa disenyong solusyon ng supplementing light upang i-promote ang pagtatanim sa base ng outdoor greenhouse.Ang ideya ng disenyo ay ipinapakita sa Figure 6.

Figure 6, Mga ideya sa disenyo ng mga outdoor grow lights 

Iminumungkahi ng may-akda na mas maraming kumpanya ng pagtatanim ang nagpatibay ng pangalawang opsyon na gumamit ng mga LED na ilaw upang itaguyod ang paglago ng halaman.

Una sa lahat, ang panlabas na greenhouse cultivation ng China ay may mga dekada ng malaking halaga at malawak na hanay ng karanasan, kapwa sa timog at hilaga.Mayroon itong magandang pundasyon ng teknolohiya sa pagtatanim ng greenhouse at nagbibigay ng malaking bilang ng mga sariwang prutas at gulay sa merkado para sa mga nakapaligid na lungsod.Lalo na sa larangan ng lupa at tubig at pagtatanim ng pataba, mayamang resulta ng pananaliksik ang nagawa.

Pangalawa, ang ganitong uri ng pandagdag na solusyon sa liwanag ay maaaring lubos na mabawasan ang hindi kinakailangang pagkonsumo ng enerhiya, at sa parehong oras ay maaaring epektibong mapataas ang ani ng mga prutas at gulay.Bilang karagdagan, ang malawak na heograpikal na lugar ng China ay napaka-maginhawa para sa promosyon.

Bilang siyentipikong pananaliksik ng LED plant lighting, nagbibigay din ito ng mas malawak na pang-eksperimentong base para dito.Ang Fig. 7 ay isang uri ng LED grow light na binuo ng research team na ito, na angkop para sa paglaki sa mga greenhouse, at ang spectrum nito ay ipinapakita sa Fig. 8.

Figure 7, Isang uri ng LED grow light

Figure 8, spectrum ng isang uri ng LED grow light

Ayon sa mga ideya sa disenyo sa itaas, ang pangkat ng pananaliksik ay nagsagawa ng isang serye ng mga eksperimento, at ang mga pang-eksperimentong resulta ay napakahalaga.Halimbawa, para sa paglaki ng liwanag sa panahon ng nursery, ang orihinal na lampara na ginamit ay isang fluorescent lamp na may kapangyarihan na 32 W at isang nursery cycle na 40 araw.Nagbibigay kami ng 12 W LED light, na nagpapaikli sa cycle ng punla sa 30 araw, epektibong binabawasan ang impluwensya ng temperatura ng mga lamp sa seedling workshop, at nakakatipid sa paggamit ng kuryente ng air conditioner.Ang kapal, haba at kulay ng mga punla ay mas mahusay kaysa sa orihinal na solusyon sa pagpapalaki ng punla.Para sa mga seedlings ng mga karaniwang gulay, nakuha din ang mahusay na mga konklusyon sa pagpapatunay, na kung saan ay summarized sa sumusunod na talahanayan.

Kabilang sa mga ito, ang supplementary light group na PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, at ang red-blue ratio: 0.6-0.7.Ang hanay ng pang-araw na halaga ng PPFD ng natural na grupo ay 40~800 μmol·m-2·s-1, at ang ratio ng pula sa asul ay 0.6~1.2.Makikita na ang mga tagapagpahiwatig sa itaas ay mas mahusay kaysa sa mga natural na lumaki na mga punla.

Konklusyon

Ipinakilala ng artikulong ito ang pinakabagong mga pag-unlad sa aplikasyon ng LED grow lights sa paglilinang ng halaman, at itinuturo ang ilang hindi pagkakaunawaan sa paggamit ng LED grow light sa paglilinang ng halaman.Sa wakas, ang mga teknikal na ideya at mga scheme para sa pagbuo ng LED grow lights na ginagamit para sa paglilinang ng halaman ay ipinakilala.Dapat ipahiwatig na mayroon ding ilang mga kadahilanan na kailangang isaalang-alang sa pag-install at paggamit ng ilaw, tulad ng distansya sa pagitan ng ilaw at halaman, ang saklaw ng pag-iilaw ng lampara, at kung paano ilapat ang ilaw gamit ang normal na tubig, pataba, at lupa.

May-akda: Yi Wang et al.Pinagmulan: CNKI