Inleiding

Lig speel 'n sleutelrol in die proses van plantgroei. Dit is die beste kunsmis om die absorpsie van plantchlorofil en die absorpsie van verskeie plantgroei-eienskappe soos karoteen te bevorder. Die beslissende faktor wat die groei van plante bepaal, is egter 'n omvattende faktor, nie net verwant aan lig nie, maar ook onafskeidbaar van die konfigurasie van water, grond en kunsmis, groei-omgewingstoestande en omvattende tegniese beheer.

In die afgelope twee of drie jaar was daar eindelose verslae oor die toepassing van halfgeleierbeligtingstegnologie met betrekking tot driedimensionele plantfabrieke of plantgroei. Maar nadat jy dit noukeurig gelees het, is daar altyd 'n ongemaklike gevoel. Oor die algemeen is daar geen werklike begrip van watter rol lig in plantgroei moet speel nie.

Kom ons verstaan ​​eers die spektrum van die son, soos getoon in Figuur 1. Daar kan gesien word dat die sonspektrum 'n deurlopende spektrum is, waarin die blou en groen spektrum sterker is as die rooi spektrum, en die sigbare ligspektrum wissel van 380 tot 780 nm. Die groei van organismes in die natuur hou verband met die intensiteit van die spektrum. Byvoorbeeld, die meeste plante in die gebied naby die ewenaar groei baie vinnig, en terselfdertyd is die grootte van hul groei relatief groot. Maar die hoë intensiteit van die son se bestraling is nie altyd beter nie, en daar is 'n sekere mate van selektiwiteit vir die groei van diere en plante.

Figuur 1, Die eienskappe van die sonspektrum en sy sigbare ligspektrum

Tweedens word die tweede spektrumdiagram van verskeie sleutelabsorpsie-elemente van plantgroei in Figuur 2 getoon.

Figuur 2, Absorpsiespektra van verskeie ouksiene in plantgroei

Dit kan uit Figuur 2 gesien word dat die ligabsorpsiespektra van verskeie sleutel-ouksiene wat plantgroei beïnvloed, aansienlik verskil. Daarom is die toepassing van LED-plantgroeiligte nie 'n eenvoudige saak nie, maar baie geteikend. Hier is dit nodig om die konsepte van die twee belangrikste fotosintetiese plantgroei-elemente bekend te stel.

• Chlorofil

Chlorofil is een van die belangrikste pigmente wat verband hou met fotosintese. Dit bestaan ​​in alle organismes wat fotosintese kan skep, insluitend groen plante, prokariotiese blougroen alge (sianobakterieë) en eukariotiese alge. Chlorofil absorbeer energie van lig, wat dan gebruik word om koolstofdioksied in koolhidrate om te skakel.

Chlorofil a absorbeer hoofsaaklik rooi lig, en chlorofil b absorbeer hoofsaaklik blouviolet lig, hoofsaaklik om skaduplante van sonplante te onderskei. Die verhouding van chlorofil b tot chlorofil a van skaduplante is klein, dus kan skaduplante blou lig sterk gebruik en aanpas by groei in skaduwee. Chlorofil a is blougroen, en chlorofil b is geelgroen. Daar is twee sterk absorpsies van chlorofil a en chlorofil b, een in die rooi gebied met 'n golflengte van 630-680 nm, en die ander in die blouviolet gebied met 'n golflengte van 400-460 nm.

• Karotenoïede

Karotenoïede is die algemene term vir 'n klas belangrike natuurlike pigmente, wat algemeen voorkom in geel, oranjerooi of rooi pigmente in diere, hoër plante, swamme en alge. Tot dusver is meer as 600 natuurlike karotenoïede ontdek.

Die ligabsorpsie van karotenoïede dek die reeks van OD303~505 nm, wat die kleur van voedsel verskaf en die liggaam se voedselinname beïnvloed. In alge, plante en mikroörganismes word die kleur daarvan deur chlorofil bedek en kan dit nie verskyn nie. In plantselle absorbeer en dra die karotenoïede wat geproduseer word nie net energie oor om fotosintese te help nie, maar het ook die funksie om selle te beskerm teen vernietiging deur opgewekte enkel-elektronbindings suurstofmolekules.

Sommige konseptuele misverstande

Ongeag die energiebesparende effek, die selektiwiteit van lig en die koördinasie van lig, het halfgeleierbeligting groot voordele getoon. As gevolg van die vinnige ontwikkeling van die afgelope twee jaar, het ons egter ook baie misverstande in die ontwerp en toepassing van lig gesien, wat hoofsaaklik in die volgende aspekte weerspieël word.

①Solank die rooi en blou skyfies van 'n sekere golflengte in 'n sekere verhouding gekombineer word, kan hulle in plantverbouing gebruik word, byvoorbeeld, die verhouding van rooi tot blou is 4:1, 6:1, 9:1 ensovoorts.

②Solank dit wit lig is, kan dit die son se lig vervang, soos die drie-primêre wit ligbuis wat wyd in Japan gebruik word, ens. Die gebruik van hierdie spektrums het 'n sekere effek op die groei van plante, maar die effek is nie so goed soos die ligbron wat deur LED gemaak word nie.

③Solank die PPFD (ligkwantumvloeddigtheid), 'n belangrike parameter van beligting, 'n sekere indeks bereik, byvoorbeeld, PPFD is groter as 200 μmol·m-2·s-1. Wanneer u hierdie aanwyser gebruik, moet u egter aandag gee aan of dit 'n skaduplant of 'n sonplant is. U moet die ligkompensasieversadigingspunt van hierdie plante navraag doen of vind, wat ook die ligkompensasiepunt genoem word. In werklike toepassings word saailinge dikwels verbrand of verdor. Daarom moet die ontwerp van hierdie parameter ontwerp word volgens die plantspesie, groeiomgewing en toestande.

Wat die eerste aspek betref, soos in die inleiding bekendgestel, moet die spektrum wat vir plantgroei benodig word, 'n deurlopende spektrum met 'n sekere verspreidingswydte wees. Dit is natuurlik onvanpas om 'n ligbron te gebruik wat bestaan ​​uit twee spesifieke golflengte-skyfies van rooi en blou met 'n baie nou spektrum (soos getoon in Figuur 3(a)). In eksperimente is gevind dat plante geneig is om gelerig te wees, die blaarstingels baie lig is en die blaarstingels baie dun is.

Vir fluoresserende buise met drie primêre kleure wat algemeen in vorige jare gebruik is, alhoewel wit gesintetiseer word, word die rooi, groen en blou spektra geskei (soos getoon in Figuur 3(b)), en die breedte van die spektrum is baie smal. Die spektrale intensiteit van die volgende deurlopende deel is relatief swak, en die krag is steeds relatief groot in vergelyking met LED's, 1.5 tot 3 keer die energieverbruik. Daarom is die gebruikseffek nie so goed soos LED-ligte nie.

Figuur 3, Rooi en blou skyfie LED-plantlig en drie-primêre kleur fluoresserende ligspektrum

PPFD is die ligkwantumvloeddigtheid, wat verwys na die effektiewe stralingsligvloeddigtheid van lig in fotosintese, wat die totale aantal ligkwantums verteenwoordig wat op plantblaarstingels inval in die golflengtebereik van 400 tot 700 nm per eenheidstyd en eenheidsoppervlakte. Die eenheid daarvan is μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). Die fotosinteties aktiewe straling (PAR) verwys na die totale sonstraling met 'n golflengte in die reeks van 400 tot 700 nm. Dit kan uitgedruk word deur ligkwantums of deur stralingsenergie.

In die verlede was die ligintensiteit wat deur die illuminometer weerkaats word, helderheid, maar die spektrum van plantgroei verander as gevolg van die hoogte van die ligtoestel vanaf die plant, die ligbedekking en of die lig deur die blare kan beweeg. Daarom is dit nie akkuraat om par as 'n aanduiding van ligintensiteit in die studie van fotosintese te gebruik nie.

Oor die algemeen kan die fotosintese-meganisme begin word wanneer die PPFD van die sonliefhebbende plant groter as 50 μmol·m-2·s-1 is, terwyl die PPFD van die skaduplant slegs 20 μmol·m-2·s-1 benodig. Daarom, wanneer jy LED-kweekligte koop, kan jy die aantal LED-kweekligte kies gebaseer op hierdie verwysingswaarde en die tipe plante wat jy plant. Byvoorbeeld, as die PPFD van 'n enkele LED-lig 20 μmol·m-2·s-1 is, is meer as 3 LED-plantgloeilampe nodig om sonliefhebbende plante te kweek.

Verskeie ontwerpoplossings van halfgeleierbeligting

Halfgeleierbeligting word gebruik vir plantgroei of -aanplanting, en daar is twee basiese verwysingsmetodes.

• Tans is die binnenshuise plantmodel baie gewild in China. Hierdie model het verskeie eienskappe:

①Die rol van LED-ligte is om die volle spektrum van plantbeligting te verskaf, en die beligtingstelsel moet al die beligtingsenergie verskaf, en die produksiekoste is relatief hoog;
②Die ontwerp van LED-kweekligte moet die kontinuïteit en integriteit van die spektrum in ag neem;
③Dit is nodig om die beligtingstyd en beligtingsintensiteit effektief te beheer, soos om die plante vir 'n paar uur te laat rus, die intensiteit van die bestraling is nie genoeg of te sterk nie, ens.;
④Die hele proses moet die toestande naboots wat deur die werklike optimale groeiomgewing van plante buite vereis word, soos humiditeit, temperatuur en CO2-konsentrasie.

• Buiteplantmodus met goeie buitekweekhuisplantfondament. Die eienskappe van hierdie model is:

①Die rol van LED-ligte is om lig aan te vul. Een is om die ligintensiteit in die blou en rooi areas onder die bestraling van sonlig gedurende die dag te verhoog om fotosintese van plante te bevorder, en die ander is om te vergoed wanneer daar snags geen sonlig is om plantgroei te bevorder.
②Die aanvullende lig moet in ag neem in watter groeistadium die plant is, soos die saailingperiode of die blom- en vrugtydperk.

Daarom moet die ontwerp van LED-plantgroeiligte eerstens twee basiese ontwerpmodusse hê, naamlik 24-uur-beligting (binnenshuis) en plantgroei-aanvullende beligting (buitenshuis). Vir binnenshuise plantkweek moet die ontwerp van LED-groeiligte drie aspekte in ag neem, soos getoon in Figuur 4. Dit is nie moontlik om die skyfies met drie primêre kleure in 'n sekere verhouding te verpak nie.

Figuur 4, Die ontwerpidee van die gebruik van binnenshuise LED-plantversterkerligte vir 24-uur-beligting

Byvoorbeeld, vir 'n spektrum in die kwekerystadium, as in ag geneem word dat dit die groei van wortels en stingels moet versterk, die vertakking van blare moet versterk, en die ligbron binnenshuis gebruik word, kan die spektrum ontwerp word soos in Figuur 5 getoon.

Figuur 5, Spektrale strukture geskik vir LED binnenshuise kwekeryperiode

Vir die ontwerp van die tweede tipe LED-groeilig, is dit hoofsaaklik gemik op die ontwerpoplossing van aanvullende lig om die plant in die basis van die buitekweekhuis te bevorder. Die ontwerpidee word in Figuur 6 getoon.

Figuur 6, Ontwerpidees van buitelug-kweekligte 

Die outeur stel voor dat meer plantmaatskappye die tweede opsie aanneem om LED-ligte te gebruik om plantgroei te bevorder.

Eerstens het China se buitelug-kweekhuisverbouing dekades lank 'n groot hoeveelheid en 'n wye reeks ondervinding, beide in die suide en die noorde. Dit het 'n goeie fondament van kweekhuisverbouingstegnologie en verskaf 'n groot aantal vars vrugte en groente op die mark vir omliggende stede. Veral op die gebied van grond- en water- en kunsmisaanplanting is ryk navorsingsresultate gemaak.

Tweedens, hierdie soort aanvullende ligoplossing kan onnodige energieverbruik aansienlik verminder, en terselfdertyd die opbrengs van vrugte en groente effektief verhoog. Boonop is China se uitgestrekte geografiese gebied baie gerieflik vir promosie.

As wetenskaplike navorsing oor LED-plantbeligting, bied dit ook 'n breër eksperimentele basis daarvoor. Fig. 7 is 'n soort LED-groeilig wat deur hierdie navorsingspan ontwikkel is, wat geskik is vir kweek in kweekhuise, en die spektrum daarvan word in Fig. 8 getoon.

Figuur 7, 'n Soort LED-groeilig

Figuur 8, spektrum van 'n soort LED-groeilig

Volgens die bogenoemde ontwerpidees het die navorsingspan 'n reeks eksperimente uitgevoer, en die eksperimentele resultate is baie betekenisvol. Byvoorbeeld, vir groeilig tydens kwekery, is die oorspronklike lamp wat gebruik is 'n fluoresserende lamp met 'n krag van 32 W en 'n kwekery siklus van 40 dae. Ons verskaf 'n 12 W LED-lig, wat die saailingsiklus tot 30 dae verkort, die invloed van die temperatuur van die lampe in die saailingwerkswinkel effektief verminder, en die kragverbruik van die lugversorger bespaar. Die dikte, lengte en kleur van die saailinge is beter as die oorspronklike saailingkweekoplossing. Vir die saailinge van algemene groente is goeie verifikasiegevolgtrekkings ook verkry, wat in die volgende tabel opgesom word.

Onder hulle, die aanvullende liggroep PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, en die rooi-blou verhouding: 0.6-0.7. Die omvang van die dagtydse PPFD-waarde van die natuurlike groep was 40~800 μmol·m-2·s-1, en die verhouding van rooi tot blou was 0.6~1.2. Daar kan gesien word dat die bogenoemde aanwysers beter is as dié van natuurlik gekweekte saailinge.

Gevolgtrekking

Hierdie artikel stel die nuutste ontwikkelinge in die toepassing van LED-kweekligte in plantverbouing bekend, en wys op 'n paar misverstande in die toepassing van LED-kweeklig in plantverbouing. Laastens word die tegniese idees en skemas vir die ontwikkeling van LED-kweekligte wat vir plantverbouing gebruik word, bekendgestel. Daar moet daarop gewys word dat daar ook 'n paar faktore is wat in ag geneem moet word by die installering en gebruik van die lig, soos die afstand tussen die lig en die plant, die bestralingsbereik van die lamp, en hoe om die lig met normale water, kunsmis en grond toe te dien.

Skrywer: Yi Wang et al. Bron: CNKI