Inleiding

Lig speel 'n sleutelrol in die proses van plantgroei.Dit is die beste kunsmis om die opname van plantchlorofil en die opname van verskeie plantgroei-eienskappe soos karoteen te bevorder.Die deurslaggewende 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, groeiomgewingstoestande en omvattende tegniese beheer.

In die afgelope twee of drie jaar was daar eindelose berigte oor die toepassing van halfgeleierbeligtingstegnologie rakende driedimensionele plantfabrieke of plantgroei.Maar nadat jy dit noukeurig gelees het, is daar altyd een of ander 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. Dit kan gesien word dat die sonspektrum 'n kontinue 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 area 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 kenmerke 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-ousiene wat plantgroei beïnvloed aansienlik verskil.Daarom is die aanwending van LED-plantgroeiligte nie 'n eenvoudige saak nie, maar baie doelgerig.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 met fotosintese verband hou.Dit bestaan ​​in alle organismes wat fotosintese kan skep, insluitend groen plante, prokariotiese blougroen alge (sianobakterieë) en eukariotiese alge.Chlorofil absorbeer energie uit lig, wat dan gebruik word om koolstofdioksied in koolhidrate om te skakel.

Chlorofil a absorbeer hoofsaaklik rooi lig, en chlorofil b absorbeer hoofsaaklik blou-violet 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 om in skadu te groei.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 blou-violet gebied met 'n golflengte van 400-460 nm.

• Karotenoïede

Karotenoïede is die algemene term vir 'n klas van belangrike natuurlike pigmente, wat algemeen in geel, oranje-rooi of rooi pigmente in diere, hoër plante, swamme en alge voorkom.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 inname van voedsel beïnvloed.By alge, plante en mikroörganismes word die kleur daarvan bedek met chlorofil en kan dit nie voorkom nie.In plantselle absorbeer en dra die geproduseerde karotenoïede nie net energie oor om fotosintese te help nie, maar het ook die funksie om selle te beskerm teen vernietiging deur opgewonde enkel-elektronbindingsuurstofmolekules.

Enkele konseptuele misverstande

Ongeag die energiebesparende effek, die selektiwiteit van lig en die koördinasie van lig, het halfgeleierbeligting groot voordele getoon.Van die vinnige ontwikkeling van die afgelope twee jaar het ons egter ook heelwat 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 en so meer aan.

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, is PPFD groter as 200 μmol·m-2·s-1.Wanneer u hierdie aanwyser gebruik, moet u egter let op of dit 'n skaduplant of 'n sonplant is.Jy moet die ligkompensasieversadigingspunt van hierdie plante navraag doen of vind, wat ook die ligkompensasiepunt genoem word.In werklike toedienings word saailinge dikwels verbrand of verdroog.Daarom moet die ontwerp van hierdie parameter volgens die plantspesies, groei-omgewing en toestande ontwerp word.

Wat die eerste aspek betref, soos in die inleiding bekendgestel, moet die spektrum wat benodig word vir plantgroei 'n kontinue spektrum met 'n sekere verspreidingswydte wees.Dit is natuurlik onvanpas om 'n ligbron te gebruik wat gemaak is van 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 is baie lig en die blaarstingels is baie dun.

Vir fluoresserende buise met drie primêre kleure wat algemeen in vorige jare gebruik is, alhoewel wit gesintetiseer is, 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 aaneenlopende 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 chip LED plant lig en drie-primêre kleur fluoresserende lig spektrum

PPFD is die ligkwantumvloeddigtheid, wat verwys na die effektiewe bestralingsligvloeidigtheid van lig in fotosintese, wat die totale aantal ligkwanta wat op plantblaarstingels inval in die golflengtereeks van 400 tot 700 nm per eenheid tyd en eenheid area verteenwoordig .Sy eenheid 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 óf deur ligkwanta óf deur stralingsenergie uitgedruk word.

In die verlede was die ligintensiteit wat deur die beligtingsmeter weerkaats word helderheid, maar die spektrum van plantgroei verander as gevolg van die hoogte van die ligarmatuur vanaf die plant, die ligbedekking en of die lig deur die blare kan gaan.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 fotosintesemeganisme geïnisieer word wanneer die PPFD van die sonliefdevolle plant groter as 50 μmol·m-2·s-1 is, terwyl die PPFD van die skaduryke plant slegs 20 μmol·m-2·s-1 benodig. .Daarom, wanneer jy LED-groeiligte koop, kan jy die aantal LED-groeiligte kies op grond van hierdie verwysingswaarde en die tipe plante wat jy plant.Byvoorbeeld, as die PPFD van 'n enkele LED-liggter 20 μmol·m-2·s-1 is, word meer as 3 LED-plantbolle benodig om sonvriendelike plante te laat groei.

Verskeie ontwerpoplossings van halfgeleierbeligting

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

• Tans is die binnenshuise plantmodel baie warm in China.Hierdie model het verskeie kenmerke:

①Die rol van LED-ligte is om die volle spektrum van plantbeligting te verskaf, en die beligtingstelsel is nodig om al die beligtingsenergie te verskaf, en die produksiekoste is relatief hoog;
②Die ontwerp van LED-groeiligte 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 vereis word deur die werklike optimale groeiomgewing van plante buite, soos humiditeit, temperatuur en CO2-konsentrasie.

• Buitelugplantmodus met goeie buitelug-kweekhuisplant-fondasie.Die kenmerke van hierdie model is:

①Die rol van LED-ligte is om lig aan te vul.Die een is om die ligintensiteit in die blou en rooi gebiede onder die bestraling van sonlig gedurende die dag te verbeter om fotosintese van plante te bevorder, en die ander is om te vergoed wanneer daar geen sonlig in die nag is om die groeitempo van plante te bevorder nie.
②Die aanvullende lig moet oorweeg in watter groeistadium die plant is, soos die saailingperiode of die blom- en vrugteperiode.

Daarom moet die ontwerp van LED-plantgroeiligte eers twee basiese ontwerpmodusse hê, naamlik 24h-beligting (binne) en plantgroeiaanvullingsbeligting (buitelug).Vir binnenshuise plantverbouing 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 om binnenshuise LED-plantversterkerligte vir 24 uur-beligting te gebruik

Byvoorbeeld, vir 'n spektrum in die kwekerystadium, as in ag geneem word dat dit die groei van wortels en stamme 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 kwekery tydperk

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

Figuur 6, Ontwerpidees van buiteluggroeiligte 

Die skrywer stel voor dat meer plantmaatskappye die tweede opsie gebruik om LED-ligte te gebruik om plantegroei te bevorder.

Eerste van alles, China se buitelug kweekhuis verbouing het dekades 'n groot hoeveelheid en 'n wye verskeidenheid van ervaring, beide in die suide en die noorde.Dit het 'n goeie grondslag 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 kan hierdie soort aanvullende ligoplossing onnodige energieverbruik aansienlik verminder, en kan terselfdertyd die opbrengs van vrugte en groente effektief verhoog.Daarbenewens is China se uitgestrekte geografiese gebied baie gerieflik vir bevordering.

As die wetenskaplike navorsing van 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 om in kweekhuise te groei, en sy spektrum word in Fig. 8 getoon.

Figuur 7, 'n Soort LED-groeilig

Figuur 8, spektrum van 'n soort LED-groeilig

Volgens 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 word '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 oplossing vir saailinge.Vir die saailinge van gewone groente is goeie verifiëringsgevolgtrekkings 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 dagtyd 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 bogenoemde aanwysers beter is as dié van natuurlik gegroeide saailinge.

Afsluiting

Hierdie artikel stel die jongste ontwikkelings in die toepassing van LED-groeiligte in plantverbouing bekend, en wys op 'n paar misverstande in die toepassing van LED-groeilig in plantverbouing.Laastens word die tegniese idees en skemas vir die ontwikkeling van LED-groeiligte wat vir plantverbouing gebruik word, bekendgestel.Dit 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 toe te pas met normale water, kunsmis en grond.

Skrywer: Yi Wang et al.Bron: CNKI