Úvod

Světlo hraje klíčovou roli v procesu růstu rostlin.Je to nejlepší hnojivo na podporu vstřebávání rostlinného chlorofylu a vstřebávání různých růstových vlastností rostlin, jako je karoten.Rozhodujícím faktorem, který rozhoduje o růstu rostlin, je však komplexní faktor, související nejen se světlem, ale také neoddělitelný od konfigurace vody, půdy a hnojiva, podmínek růstového prostředí a komplexní technické kontroly.

V posledních dvou nebo třech letech se objevily nekonečné zprávy o aplikaci polovodičové osvětlovací technologie týkající se trojrozměrných továren na rostliny nebo růstu rostlin.Ale po pozorném přečtení se vždy dostaví nějaký nepříjemný pocit.Obecně řečeno, neexistuje skutečné pochopení toho, jakou roli by světlo mělo hrát v růstu rostlin.

Nejprve pochopíme spektrum slunce, jak je znázorněno na obrázku 1. Je vidět, že sluneční spektrum je spojité spektrum, ve kterém je modré a zelené spektrum silnější než spektrum červené a spektrum viditelného světla se pohybuje od 380 až 780 nm.Růst organismů v přírodě souvisí s intenzitou spektra.Například většina rostlin v oblasti poblíž rovníku roste velmi rychle a zároveň je velikost jejich růstu poměrně velká.Ale vysoká intenzita slunečního záření není vždy lepší a existuje určitá míra selektivity pro růst zvířat a rostlin.

Obrázek 1, Charakteristika slunečního spektra a jeho viditelného světelného spektra

Za druhé, druhý spektrální diagram několika klíčových absorpčních prvků růstu rostlin je znázorněn na obrázku 2.

Obrázek 2, Absorpční spektra několika auxinů v růstu rostlin

Z obrázku 2 je vidět, že světelná absorpční spektra několika klíčových auxinů, které ovlivňují růst rostlin, se výrazně liší.Aplikace LED svítidel pro růst rostlin proto není jednoduchá záležitost, ale velmi cílená.Zde je nutné představit pojmy dvou nejdůležitějších fotosyntetických růstových prvků rostlin.

• Chlorofyl

Chlorofyl je jedním z nejdůležitějších pigmentů souvisejících s fotosyntézou.Existuje ve všech organismech, které mohou vytvářet fotosyntézu, včetně zelených rostlin, prokaryotických modrozelených řas (sinic) a eukaryotických řas.Chlorofyl absorbuje energii ze světla, která se pak využívá k přeměně oxidu uhličitého na sacharidy.

Chlorofyl a absorbuje hlavně červené světlo a chlorofyl b absorbuje hlavně modrofialové světlo, hlavně proto, aby odlišil stínící rostliny od slunečních rostlin.Poměr chlorofylu b k chlorofylu a rostlin ve stínu je malý, takže rostliny ve stínu mohou silně využívat modré světlo a přizpůsobit se růstu ve stínu.Chlorofyl a je modrozelený a chlorofyl b je žlutozelený.Existují dvě silné absorpce chlorofylu a a chlorofylu b, jedna v červené oblasti s vlnovou délkou 630-680 nm a druhá v modrofialové oblasti s vlnovou délkou 400-460 nm.

• Karotenoidy

Karotenoidy jsou obecný termín pro třídu důležitých přírodních pigmentů, které se běžně vyskytují ve žlutých, oranžově-červených nebo červených pigmentech u zvířat, vyšších rostlin, hub a řas.Dosud bylo objeveno více než 600 přírodních karotenoidů.

Absorpce světla karotenoidů pokrývá rozsah OD303~505 nm, což zajišťuje barvu jídla a ovlivňuje příjem potravy tělem.U řas, rostlin a mikroorganismů je jeho barva pokryta chlorofylem a nemůže se objevit.V rostlinných buňkách produkované karotenoidy nejen absorbují a přenášejí energii, aby napomáhaly fotosyntéze, ale mají také funkci ochrany buněk před zničením excitovanými molekulami kyslíku s jednoelektronovou vazbou.

Nějaká koncepční nedorozumění

Bez ohledu na efekt úspory energie, selektivitu světla a koordinaci světla vykazuje polovodičové osvětlení velké výhody.Z rychlého vývoje posledních dvou let jsme však zaznamenali také mnoho nedorozumění v designu a aplikaci světla, která se projevují především v následujících aspektech.

①Pokud jsou červené a modré čipy určité vlnové délky kombinovány v určitém poměru, lze je použít při pěstování rostlin, například poměr červené k modré je 4:1, 6:1, 9:1 atd. na.

②Dokud se jedná o bílé světlo, může nahradit sluneční světlo, jako je například trubice se třemi primárními bílými světly široce používaná v Japonsku atd. Použití těchto spekter má určitý vliv na růst rostlin, ale účinek je není tak dobrý jako světelný zdroj vyrobený LED.

③Dokud PPFD (světelná kvantová hustota toku), důležitý parametr osvětlení, dosáhne určitého indexu, např. PPFD je větší než 200 μmol·m-2·s-1.Při použití tohoto indikátoru však musíte věnovat pozornost tomu, zda se jedná o rostlinu stínící nebo sluneční.Musíte se zeptat nebo najít bod nasycení kompenzace světla u těchto rostlin, který se také nazývá bod kompenzace světla.Ve skutečných aplikacích jsou sazenice často spálené nebo uschlé.Proto musí být návrh tohoto parametru navržen podle rostlinného druhu, růstového prostředí a podmínek.

Pokud jde o první aspekt, jak je uvedeno v úvodu, spektrum potřebné pro růst rostlin by mělo být spojité spektrum s určitou šířkou distribuce.Je zjevně nevhodné používat světelný zdroj vyrobený ze dvou čipů specifických vlnových délek červeného a modrého s velmi úzkým spektrem (jak je znázorněno na obrázku 3(a)).Při pokusech bylo zjištěno, že rostliny bývají nažloutlé, stonky listů jsou velmi světlé a stonky listů jsou velmi tenké.

U zářivek se třemi základními barvami běžně používanými v předchozích letech je sice bílá syntetizována, ale červená, zelená a modrá spektra jsou oddělena (jak je znázorněno na obrázku 3(b)) a šířka spektra je velmi úzká.Spektrální intenzita následující souvislé části je poměrně slabá a výkon je stále relativně velký ve srovnání s LED, 1,5 až 3 násobek spotřeby energie.Proto efekt použití není tak dobrý jako LED světla.

Obrázek 3, Červené a modré čipové LED rostlinné světlo a fluorescenční světelné spektrum se třemi základními barvami

PPFD je hustota světelného kvantového toku, která označuje efektivní hustotu světelného toku záření světla při fotosyntéze, která představuje celkový počet světelných kvant dopadajících na stonky rostlinných listů v rozsahu vlnových délek 400 až 700 nm za jednotku času a jednotku plochy. .Jeho jednotkou je μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1).Fotosynteticky aktivní záření (PAR) označuje celkové sluneční záření o vlnové délce v rozsahu 400 až 700 nm.Může být vyjádřen buď světelnými kvanty nebo zářivou energií.

V minulosti byla intenzita světla odražená iluminometrem jas, ale spektrum růstu rostlin se mění v důsledku výšky svítidla od rostliny, pokrytí světlem a toho, zda světlo může procházet listy.Proto není přesné používat par jako indikátor intenzity světla při studiu fotosyntézy.

Obecně lze mechanismus fotosyntézy spustit, když je PPFD rostliny milující slunce větší než 50 μmol·m-2·s-1, zatímco PPFD rostliny ve stínu potřebuje pouze 20 μmol·m-2·s-1 .Proto si při nákupu LED pěstebních světel můžete zvolit počet LED pěstebních světel na základě této referenční hodnoty a typu rostlin, které pěstujete.Pokud je například PPFD jednoho LED světla 20 μmol·m-2·s-1, jsou k pěstování rostlin milujících slunce potřeba více než 3 LED žárovky.

Několik konstrukčních řešení polovodičového osvětlení

Polovodičové osvětlení se používá pro růst nebo výsadbu rostlin a existují dvě základní referenční metody.

• V současné době je v Číně velmi horký model vnitřní výsadby.Tento model má několik vlastností:

①Úlohou LED světel je poskytovat celé spektrum osvětlení rostlin a osvětlovací systém musí poskytovat veškerou světelnou energii a výrobní náklady jsou relativně vysoké;
②Návrh LED pěstebních světel musí brát v úvahu kontinuitu a integritu spektra;
③Je nutné efektivně řídit dobu osvětlení a intenzitu osvětlení, např. nechat rostliny několik hodin odpočívat, intenzita ozáření není dostatečná nebo příliš silná atd.;
④Celý proces musí napodobovat podmínky požadované skutečným optimálním růstovým prostředím rostlin venku, jako je vlhkost, teplota a koncentrace CO2.

• Režim venkovní výsadby s dobrým základem pro výsadbu venkovních skleníků.Vlastnosti tohoto modelu jsou:

①Úlohou LED světel je doplňovat světlo.Jedním je zvýšení intenzity světla v modrých a červených oblastech pod ozařováním slunečním světlem během dne, aby se podpořila fotosyntéza rostlin, a druhým je kompenzace, když v noci není žádné sluneční světlo, aby se podpořila rychlost růstu rostlin.
②Doplňkové světlo musí vzít v úvahu, v jaké fázi růstu se rostlina nachází, jako je období sazenic nebo období květu a plodů.

Proto by design LED svítidel pro pěstování rostlin měl mít nejprve dva základní designové režimy, a to 24h osvětlení (uvnitř) a doplňkové osvětlení pro růst rostlin (venkovní).Pro pěstování pokojových rostlin je třeba při návrhu LED pěstebních světel vzít v úvahu tři aspekty, jak je znázorněno na obrázku 4. Není možné zabalit čipy se třemi základními barvami v určitém poměru.

Obrázek 4, Myšlenka designu použití vnitřních LED pomocných světel pro rostliny pro 24hodinové osvětlení

Například pro spektrum ve fázi školky, vezmeme-li v úvahu, že potřebuje posílit růst kořenů a stonků, posílit větvení listů a světelný zdroj se používá v interiéru, lze spektrum navrhnout tak, jak je znázorněno na obrázku 5.

Obrázek 5, Spektrální struktury vhodné pro období vnitřních školek LED

Pro návrh druhého typu LED pěstebního světla je zaměřeno především na konstrukční řešení doplnění světla pro podporu výsadby v podnoži venkovního skleníku.Myšlenka designu je znázorněna na obrázku 6.

Obrázek 6, Návrhy venkovních pěstebních světel 

Autor navrhuje, aby více pěstitelských společností přijalo druhou možnost použití LED světel k podpoře růstu rostlin.

Za prvé, čínské venkovní skleníkové pěstování má desítky let velké množství a širokou škálu zkušeností, jak na jihu, tak na severu.Má dobré základy technologie skleníkového pěstování a poskytuje velké množství čerstvého ovoce a zeleniny na trhu pro okolní města.Zejména v oblasti půdy a vody a výsadby hnojiv byly dosaženy bohaté výsledky výzkumu.

Za druhé, tento druh doplňkového světelného řešení může výrazně snížit zbytečnou spotřebu energie a zároveň může efektivně zvýšit výnos ovoce a zeleniny.Kromě toho je obrovská geografická oblast Číny velmi vhodná pro propagaci.

Jako vědecký výzkum LED osvětlení rostlin pro něj poskytuje i širší experimentální základnu.Na obr. 7 je jakýmsi LED pěstebním světlem vyvinutým tímto výzkumným týmem, které je vhodné pro pěstování ve sklenících a jeho spektrum je znázorněno na obr. 8. Obr.

Obrázek 7, Druh rostoucího LED světla

Obrázek 8, spektrum druhu rostoucího světla LED

Podle výše uvedených návrhových nápadů provedl výzkumný tým řadu experimentů a výsledky experimentů jsou velmi významné.Například pro pěstební světlo během školky je původní použitá zářivka s výkonem 32 W a školkařským cyklem 40 dní.Dodáváme 12W LED světlo, které zkracuje cyklus sadby na 30 dní, účinně snižuje vliv teploty lamp v sadbě a šetří spotřebu energie klimatizace.Tloušťka, délka a barva sazenic jsou lepší než původní roztok pro pěstování sazenic.U sadby běžné zeleniny byly také získány dobré ověřovací závěry, které jsou shrnuty v následující tabulce.

Mezi nimi doplňková světelná skupina PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1 a poměr červená-modrá: 0,6-0,7.Rozsah denní hodnoty PPFD přirozené skupiny byl 40~800 μmol·m-2·s-1 a poměr červené k modré byl 0,6~1,2.Je vidět, že výše uvedené ukazatele jsou lepší než u přirozeně pěstovaných sazenic.

Závěr

Tento článek představuje nejnovější vývoj v aplikaci LED pěstebních světel při pěstování rostlin a poukazuje na některá nedorozumění při aplikaci LED pěstebního světla při pěstování rostlin.Nakonec jsou představeny technické nápady a schémata pro vývoj LED pěstebních světel používaných pro pěstování rostlin.Je třeba zdůraznit, že existují také některé faktory, které je třeba vzít v úvahu při instalaci a používání světla, jako je vzdálenost mezi světlem a rostlinou, dosah ozařování lampy a způsob použití světla. normální voda, hnojivo a půda.

Autor: Yi Wang a kol.Zdroj: CNKI