Indledning

Lys spiller en nøglerolle i processen med plantevækst. Det er den bedste gødning til at fremme absorptionen af ​​plantechlorofyl og absorptionen af ​​forskellige plantevækstkvaliteter såsom caroten. Imidlertid er den afgørende faktor, der bestemmer væksten af ​​planter, en omfattende faktor, ikke kun relateret til lys, men også uadskillelig fra konfigurationen af ​​vand, jord og gødning, vækstmiljøforhold og omfattende teknisk kontrol.

I de sidste to eller tre år har der været uendelige rapporter om anvendelsen af ​​halvlederbelysningsteknologi vedrørende tredimensionelle plantefabrikker eller plantevækst. Men efter at have læst det omhyggeligt, er der altid en urolig følelse. Generelt er der ingen reel forståelse af, hvilken rolle lys skal spille i plantevækst.

Lad os først forstå solspektret, som vist i figur 1. 380 til 780 nm. Væksten af ​​organismer i naturen er relateret til spektrumets intensitet. For eksempel vokser de fleste planter i området nær ækvator meget hurtigt, og på samme tid er størrelsen på deres vækst relativt stor. Men den høje intensitet af solens bestråling er ikke altid bedre, og der er en vis grad af selektivitet til vækst af dyr og planter.

Figur 1, karakteristika for solspektret og dets synlige lysspektrum

For det andet er det andet spektrumdiagram over flere nøgleabsorptionselementer i plantevækst vist i figur 2.

Figur 2, absorptionsspektre for flere auxiner i plantevækst

Det kan ses fra figur 2, at lysabsorptionsspektre for flere nøglehjælpemidler, der påvirker plantevækst, er markant forskellige. Derfor er anvendelsen af ​​LED -plantesvækstlys ikke en simpel sag, men meget målrettet. Her er det nødvendigt at introducere begreberne af de to vigtigste fotosyntetiske plantevækstelementer.

• Chlorophyll

Chlorophyll er et af de vigtigste pigmenter relateret til fotosyntesen. Det eksisterer i alle organismer, der kan skabe fotosyntese, inklusive grønne planter, prokaryotiske blågrønne alger (cyanobakterier) og eukaryotiske alger. Chlorophyll absorberer energi fra lys, som derefter bruges til at omdanne kuldioxid til kulhydrater.

Chlorophyll A absorberer hovedsageligt rødt lys, og chlorophyll B absorberer hovedsageligt blå-violet lys, hovedsageligt for at skelne skyggeplanter fra solplanter. Forholdet mellem chlorophyll B og chlorophyll A af skyggeplanter er lille, så skyggeplanter kan bruge blåt lys kraftigt og tilpasse sig til at vokse i skygge. Chlorophyll A er blågrøn, og chlorophyll B er gulgrøn. Der er to stærke absorptioner af chlorophyll A og chlorophyll B, den ene i det røde område med en bølgelængde på 630-680 nm, og den anden i det blå-violette område med en bølgelængde på 400-460 nm.

• Carotenoider

Karotenoider er den generelle betegnelse for en klasse af vigtige naturlige pigmenter, der ofte findes i gule, orange-røde eller røde pigmenter hos dyr, højere planter, svampe og alger. Indtil videre er mere end 600 naturlige carotenoider blevet opdaget.

Lysabsorptionen af ​​carotenoider dækker rækkevidden af ​​OD303 ~ 505 nm, som giver farven på mad og påvirker kroppens indtag af mad. I alger, planter og mikroorganismer er dens farve dækket af chlorophyll og kan ikke vises. I planteceller absorberede og overfører de producerede carotenoider ikke kun energi for at hjælpe fotosyntesen, men har også funktionen af ​​at beskytte celler mod at blive ødelagt af ophidset enkeltelektronbinding-iltmolekyler.

Nogle konceptuelle misforståelser

Uanset den energibesparende virkning, har lysets selektivitet og koordinering af lys, halvlederbelysning vist store fordele. Fra den hurtige udvikling af de sidste to år har vi imidlertid også set en masse misforståelser i design og anvendelse af lys, som hovedsageligt afspejles i følgende aspekter.

① Som de røde og blå chips af en bestemt bølgelængde kombineres i et bestemt forhold, kan de bruges i plante dyrkning, for eksempel er forholdet mellem rød og blåt 4: 1, 6: 1, 9: 1 og så på.

② Som det er hvidt lys, kan det erstatte solens lys, såsom det tre-primære hvide lysrør, der er vidt brugt i Japan osv. Brugen af ​​disse spektrum har en bestemt effekt på planternes vækst, men effekten er Ikke så god som lyskilden lavet af LED.

③ Som PPFD (let kvantestrømningstæthed), en vigtig parameter for belysning, når et bestemt indeks, for eksempel, er PPFD større end 200 μmol · M-2 · S-1. Når du bruger denne indikator, skal du dog være opmærksom på, om det er en skyggeplante eller en solplante. Du skal forespørge eller finde det lette kompensationsmætningspunkt for disse planter, der også kaldes lyskompensationspunktet. I faktiske anvendelser brændes eller visne frøplanter ofte eller visne. Derfor skal designet af denne parameter designes i henhold til plantearten, vækstmiljø og forhold.

Med hensyn til det første aspekt, som introduceret i indledningen, bør det spektrum, der kræves til plantevækst, være et kontinuerligt spektrum med en bestemt distributionsbredde. Det er åbenlyst upassende at bruge en lyskilde lavet af to specifikke bølgelængdemiser af rød og blå med et meget smalt spektrum (som vist i figur 3 (a)). I eksperimenter blev det fundet, at planter har en tendens til at være gullige, bladstænglerne er meget lette, og bladstænglerne er meget tynde.

Til fluorescerende rør med tre primære farver, der ofte bruges i tidligere år, selvom hvid syntetiseres, er de røde, grønne og blå spektre adskilt (som vist i figur 3 (b)), og spektret af spektret er meget smal. Den spektrale intensitet af den følgende kontinuerlige del er relativt svag, og strømmen er stadig relativt stor sammenlignet med LED'er, 1,5 til 3 gange energiforbruget. Derfor er brugseffekten ikke så god som LED -lys.

Figur 3, Red og Blue Chip LED-plantelys og tre-primær farvefluorescerende lysspektrum

PPFD er den lette kvantefluxdensitet, der henviser til den effektive strålingslysfluxdensitet af lys i fotosyntesen, der repræsenterer det samlede antal lyskvanta -hændelse på plantebladstængler i bølgelængdeområdet fra 400 til 700 nm pr. Enhedstid og enhedsområde . Dets enhed er μe · M-2 · S-1 (μmol · M-2 · S-1). Den fotosyntetisk aktive stråling (PAR) henviser til den samlede solstråling med en bølgelængde i området fra 400 til 700 nm. Det kan udtrykkes enten ved lys kvanta eller ved strålende energi.

Tidligere var lysintensiteten, der reflekteres af Illuminometer, lysstyrke, men spektret af plantevækst ændres på grund af lysarmaturets højde fra planten, lysdækningen og om lyset kan passere gennem bladene. Derfor er det ikke nøjagtigt at bruge par som en indikator for lysintensitet i studiet af fotosyntesen.

Generelt kan fotosyntesemekanismen initieres, når PPFD for den solelskende plante er større end 50 μmol · M-2 · S-1, mens PPFD for den skyggefulde plante kun har brug for 20 μmol · M-2 · S-1 . Derfor kan du vælge antallet af LED Grow -lys baseret på denne referenceværdi og den type planter, du planter, når du køber. For eksempel, hvis PPFD for en enkelt LED-LGHT er 20 μmol · M-2 · S-1, kræves mere end 3 LED-plantepærer for at dyrke solelskende planter.

Flere designløsninger af halvlederbelysning

Halvlederbelysning bruges til plantevækst eller plantning, og der er to grundlæggende referencemetoder.

• På nuværende tidspunkt er den indendørs plantemodel meget varm i Kina. Denne model har flere egenskaber:

① Rollen af ​​LED -lys er at tilvejebringe det fulde spektrum af plantelysning, og belysningssystemet er påkrævet for at tilvejebringe al belysningsenergi, og produktionsomkostningerne er relativt høje;
② Designet af LED -voksende lys skal overveje kontinuiteten og integriteten af ​​spektret;
③Det er nødvendigt for effektivt at kontrollere belysningstiden og belysningsintensiteten, såsom at lade planterne hvile i et par timer, intensiteten af ​​bestrålingen er ikke nok eller for stærk osv.;
④ Hele processen skal efterligne de forhold, der kræves af det faktiske optimale vækstmiljø for planter udendørs, såsom fugtighed, temperatur og CO2 -koncentration.

• Udendørs plantningstilstand med Good Outdoor Greenhouse Planting Foundation. Egenskaberne ved denne model er:

① Rollen af ​​LED -lys er at supplere lys. Den ene er at forbedre lysintensiteten i de blå og røde områder under bestråling af sollys om dagen for at fremme fotosyntesen af ​​planter, og den anden er at kompensere, når der ikke er noget sollys om natten til at fremme plantevæksthastighed
② Det supplerende lys skal overveje, hvilket vækststadium planten er i, såsom frøplantningsperioden eller blomstringen og frugtningsperioden.

Derfor bør designet af LED -plante dyrke lys først have to grundlæggende designtilstande, nemlig 24 -timers belysning (indendørs) og plantevæksttilskud belysning (udendørs). Til indendørs plante dyrkning skal design af LED -voksende lys overveje tre aspekter, som vist i figur 4. Det er ikke muligt at pakke chipsene med tre primærfarver i en bestemt andel.

Figur 4, Designideen om at bruge indendørs LED -planteforstærkerlys til 24 timers belysning

For eksempel for et spektrum i børnehaven, i betragtning af at det er nødvendigt at styrke væksten af ​​rødder og stængler, styrke forgreningen af ​​blade, og lyskilden bruges indendørs, kan spektret designes som vist i figur 5.

Figur 5, spektrale strukturer, der er egnede til LED indendørs planteskoleperiode

For design af den anden type LED vokser lys, er det hovedsageligt rettet mod designopløsningen af ​​at supplere lys for at fremme plantningen i bunden af ​​udendørs drivhus. Designideen er vist i figur 6.

Figur 6, Designideer til udendørs voksende lys 

Forfatteren foreslår, at flere plantefirmaer vedtager den anden mulighed for at bruge LED -lys til at fremme plantevækst.

Først og fremmest har Kinas udendørs drivhusdyrkning årtier en stor mængde og en lang række erfaringer, både i syd og nord. Det har et godt fundament for drivhusdyrkningsteknologi og giver et stort antal friske frugter og grøntsager på markedet for omgivende byer. Især inden for jord- og vand- og gødningsplantning er der foretaget rige forskningsresultater.

For det andet kan denne form for supplerende lysopløsning i høj grad reducere unødvendigt forbrug af energi, og på samme tid kan effektivt øge udbyttet af frugt og grøntsager. Derudover er Kinas store geografiske område meget praktisk til forfremmelse.

Som den videnskabelige forskning af LED -plantelysning giver den også en bredere eksperimentel base for det. Fig. 7 er en slags LED Grow Light udviklet af dette forskerteam, der er egnet til voksende i drivhuse, og dets spektrum er vist i fig. 8.

Figur 7, en slags LED Grow Light

Figur 8, spektrum af en slags LED vokse lys

I henhold til ovennævnte designideer gennemførte forskerteamet en række eksperimenter, og de eksperimentelle resultater er meget betydningsfulde. For eksempel, for Grow Light under børnehave, er den originale lampe, der anvendes, en fluorescerende lampe med en effekt på 32 W og en børnehavecyklus på 40 dage. Vi leverer et 12 W LED -lys, der forkorter frøplantningscyklussen til 30 dage, reducerer effektivt påvirkningen af ​​lampernes temperatur i frøplantningsværkstedet og sparer strømforbruget af klimaanlægget. Frøplanternes tykkelse, længde og farve er bedre end den originale frøplanteopløsning. For frøplanterne af almindelige grøntsager er der også opnået gode verifikationskonklusioner, som er sammenfattet i følgende tabel.

Blandt dem, den supplerende lysgruppe PPFD: 70-80 μmol · M-2 · S-1, og det rødblå forhold: 0,6-0,7. Området for PPFD-værdien af ​​den naturlige gruppe var 40 ~ 800 μmol · M-2 · S-1, og forholdet mellem rød og blå var 0,6 ~ 1,2. Det kan ses, at ovenstående indikatorer er bedre end dem med naturligt dyrkede frøplanter.

Konklusion

Denne artikel introducerer den seneste udvikling i anvendelsen af ​​LED Grow Lights i plante dyrkning og påpeger nogle misforståelser i anvendelsen af ​​LED Grow Light i plante dyrkning. Endelig introduceres de tekniske ideer og ordninger til udvikling af LED -voksende lys, der bruges til plante dyrkning. Det skal påpeges, at der også er nogle faktorer, der skal overvejes i installationen og brugen af ​​lyset, såsom afstanden mellem lyset og planten, lampens bestrålingsområde og hvordan man påfører lyset med Normalt vand, gødning og jord.

Forfatter: Yi Wang et al. Kilde: CNKI