Cyflwyniad

Mae golau yn chwarae rhan allweddol yn y broses o dyfu planhigion. Dyma'r gwrtaith gorau i hyrwyddo amsugno cloroffyl planhigion ac amsugno gwahanol rinweddau twf planhigion fel caroten. Fodd bynnag, y ffactor pendant sy'n pennu twf planhigion yw ffactor cynhwysfawr, nid yn unig yn gysylltiedig â golau, ond hefyd yn anwahanadwy o gyfluniad dŵr, pridd a gwrtaith, amodau amgylchedd twf a rheolaeth dechnegol gynhwysfawr.

Yn ystod y ddwy neu dair blynedd diwethaf, bu adroddiadau diddiwedd ar gymhwyso technoleg goleuo lled-ddargludyddion mewn perthynas â ffatrïoedd planhigion tri dimensiwn neu dwf planhigion. Ond ar ôl ei ddarllen yn ofalus, mae yna rywfaint o deimlad anesmwyth bob amser. Yn gyffredinol, nid oes dealltwriaeth wirioneddol o ba rôl y dylai golau ei chwarae mewn twf planhigion.

Yn gyntaf, gadewch i ni ddeall sbectrwm yr haul, fel y dangosir yn Ffigur 1. Gellir gweld bod sbectrwm yr haul yn sbectrwm parhaus, lle mae'r sbectrwm glas a gwyrdd yn gryfach na'r sbectrwm coch, ac mae sbectrwm golau gweladwy yn amrywio o 380 i 780 nm. Mae twf organebau mewn natur yn gysylltiedig â dwyster y sbectrwm. Er enghraifft, mae'r rhan fwyaf o blanhigion yn yr ardal ger y cyhydedd yn tyfu'n gyflym iawn, ac ar yr un pryd, mae maint eu twf yn gymharol fawr. Ond nid yw dwyster uchel ymbelydredd yr haul bob amser yn well, ac mae rhywfaint o ddetholiad ar gyfer twf anifeiliaid a phlanhigion.

Ffigur 1, Nodweddion y sbectrwm solar a'i sbectrwm golau gweladwy

Yn ail, dangosir yr ail ddiagram sbectrwm o sawl elfen amsugno allweddol twf planhigion yn Ffigur 2.

Ffigur 2, Sbectrwm amsugno nifer o awcsinau mewn twf planhigion

Gellir gweld o Ffigur 2 fod sbectrwm amsugno golau sawl awcsin allweddol sy'n effeithio ar dwf planhigion yn wahanol iawn. Felly, nid yw defnyddio goleuadau twf planhigion LED yn fater syml, ond yn fater wedi'i dargedu'n fawr. Yma mae angen cyflwyno cysyniadau'r ddau elfen twf planhigion ffotosynthetig bwysicaf.

• Cloroffyl

Mae cloroffyl yn un o'r pigmentau pwysicaf sy'n gysylltiedig â ffotosynthesis. Mae'n bodoli ym mhob organeb a all greu ffotosynthesis, gan gynnwys planhigion gwyrdd, algâu glas-wyrdd procariotig (cyanobacteria) ac algâu ewcariotig. Mae cloroffyl yn amsugno ynni o olau, sydd wedyn yn cael ei ddefnyddio i drosi carbon deuocsid yn garbohydradau.

Mae cloroffyl a yn amsugno golau coch yn bennaf, ac mae cloroffyl b yn amsugno golau glas-fioled yn bennaf, yn bennaf i wahaniaethu rhwng planhigion cysgod a phlanhigion haul. Mae cymhareb cloroffyl b i gloroffyl a planhigion cysgod yn fach, felly gall planhigion cysgod ddefnyddio golau glas yn gryf ac addasu i dyfu mewn cysgod. Mae cloroffyl a yn las-wyrdd, ac mae cloroffyl b yn felyn-wyrdd. Mae dau amsugniad cryf o gloroffyl a a chloroffyl b, un yn y rhanbarth coch gyda thonfedd o 630-680 nm, a'r llall yn y rhanbarth glas-fioled gyda thonfedd o 400-460 nm.

• Carotenoidau

Carotenoidau yw'r term cyffredinol am ddosbarth o bigmentau naturiol pwysig, a geir yn gyffredin mewn pigmentau melyn, oren-goch neu goch mewn anifeiliaid, planhigion uwch, ffyngau ac algâu. Hyd yn hyn, mae mwy na 600 o garotenoidau naturiol wedi'u darganfod.

Mae amsugno golau carotenoidau yn cwmpasu'r ystod OD303 ~ 505 nm, sy'n darparu lliw bwyd ac yn effeithio ar faint o fwyd y mae'r corff yn ei gymryd. Mewn algâu, planhigion a micro-organebau, mae ei liw wedi'i orchuddio â chloroffyl ac ni all ymddangos. Mewn celloedd planhigion, nid yn unig y mae'r carotenoidau a gynhyrchir yn amsugno ac yn trosglwyddo ynni i helpu ffotosynthesis, ond mae ganddynt hefyd y swyddogaeth o amddiffyn celloedd rhag cael eu dinistrio gan foleciwlau ocsigen bond electron sengl cyffrous.

Rhai camddealltwriaethau cysyniadol

Waeth beth fo'r effaith arbed ynni, detholiad golau a chydlynu golau, mae goleuadau lled-ddargludyddion wedi dangos manteision mawr. Fodd bynnag, o ganlyniad i ddatblygiad cyflym y ddwy flynedd ddiwethaf, rydym hefyd wedi gweld llawer o gamddealltwriaethau wrth ddylunio a chymhwyso golau, sy'n cael eu hadlewyrchu'n bennaf yn yr agweddau canlynol.

①Cyn belled â bod y sglodion coch a glas o donfedd benodol wedi'u cyfuno mewn cymhareb benodol, gellir eu defnyddio wrth dyfu planhigion, er enghraifft, y gymhareb o goch i las yw 4:1, 6:1, 9:1 ac yn y blaen.

②Cyn belled â'i fod yn olau gwyn, gall ddisodli golau'r haul, fel y tiwb golau gwyn tair-gynradd a ddefnyddir yn helaeth yn Japan, ac ati. Mae defnyddio'r sbectrwm hyn yn cael effaith benodol ar dwf planhigion, ond nid yw'r effaith cystal â'r ffynhonnell golau a wneir gan LED.

③Cyn belled â bod y PPFD (dwysedd fflwcs cwantwm golau), paramedr pwysig o oleuo, yn cyrraedd mynegai penodol, er enghraifft, mae PPFD yn fwy na 200 μmol·m-2·s-1. Fodd bynnag, wrth ddefnyddio'r dangosydd hwn, rhaid i chi roi sylw i a yw'n blanhigyn cysgod neu'n blanhigyn haul. Mae angen i chi holi neu ddod o hyd i bwynt dirlawnder iawndal golau'r planhigion hyn, a elwir hefyd yn bwynt iawndal golau. Mewn cymwysiadau gwirioneddol, mae eginblanhigion yn aml yn llosgi neu'n gwywo. Felly, rhaid dylunio'r paramedr hwn yn ôl rhywogaeth y planhigyn, yr amgylchedd twf a'r amodau.

O ran yr agwedd gyntaf, fel y'i cyflwynwyd yn y cyflwyniad, dylai'r sbectrwm sydd ei angen ar gyfer twf planhigion fod yn sbectrwm parhaus gyda lled dosbarthu penodol. Mae'n amlwg yn amhriodol defnyddio ffynhonnell golau wedi'i gwneud o ddau sglodion tonfedd penodol o goch a glas gyda sbectrwm cul iawn (fel y dangosir yn Ffigur 3(a)). Mewn arbrofion, canfuwyd bod planhigion yn tueddu i fod yn felynaidd, mae coesynnau'r dail yn ysgafn iawn, a bod coesynnau'r dail yn denau iawn.

Ar gyfer tiwbiau fflwroleuol gyda thri lliw cynradd a ddefnyddiwyd yn gyffredin yn y blynyddoedd blaenorol, er bod gwyn yn cael ei syntheseiddio, mae'r sbectrwm coch, gwyrdd a glas wedi'u gwahanu (fel y dangosir yn Ffigur 3(b)), ac mae lled y sbectrwm yn gul iawn. Mae dwyster sbectrol y rhan barhaus ganlynol yn gymharol wan, ac mae'r pŵer yn dal yn gymharol fawr o'i gymharu â LEDs, 1.5 i 3 gwaith y defnydd o ynni. Felly, nid yw'r effaith defnyddio cystal â goleuadau LED.

Ffigur 3, Golau planhigion LED sglodion coch a glas a sbectrwm golau fflwroleuol tair lliw cynradd

Dwysedd fflwcs cwantwm golau yw PPFD, sy'n cyfeirio at ddwysedd fflwcs golau ymbelydredd effeithiol golau mewn ffotosynthesis, sy'n cynrychioli cyfanswm y cwanta golau sy'n digwydd ar goesynnau dail planhigion yn yr ystod tonfedd o 400 i 700 nm fesul uned amser ac uned arwynebedd. Ei uned yw μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). Mae'r ymbelydredd ffotosynthetig gweithredol (PAR) yn cyfeirio at gyfanswm yr ymbelydredd solar gyda thonfedd yn yr ystod o 400 i 700 nm. Gellir ei fynegi naill ai gan gwanta golau neu gan egni ymbelydrol.

Yn y gorffennol, disgleirdeb oedd dwyster y golau a adlewyrchwyd gan yr illuminomedr, ond mae sbectrwm twf planhigion yn newid oherwydd uchder y gosodiad golau o'r planhigyn, y gorchudd golau ac a all y golau basio trwy'r dail. Felly, nid yw'n gywir defnyddio par fel dangosydd o ddwyster golau wrth astudio ffotosynthesis.

Yn gyffredinol, gellir cychwyn y mecanwaith ffotosynthesis pan fydd PPFD y planhigyn sy'n caru'r haul yn fwy na 50 μmol·m-2·s-1, tra mai dim ond 20 μmol·m-2·s-1 sydd ei angen ar PPFD y planhigyn cysgodol. Felly, wrth brynu goleuadau tyfu LED, gallwch ddewis nifer y goleuadau tyfu LED yn seiliedig ar y gwerth cyfeirio hwn a'r math o blanhigion rydych chi'n eu plannu. Er enghraifft, os yw PPFD un golau LED yn 20 μmol·m-2·s-1, mae angen mwy na 3 bylbiau planhigion LED i dyfu planhigion sy'n caru'r haul.

Sawl datrysiad dylunio ar gyfer goleuadau lled-ddargludyddion

Defnyddir goleuadau lled-ddargludyddion ar gyfer twf neu blannu planhigion, ac mae dau ddull cyfeirio sylfaenol.

• Ar hyn o bryd, mae'r model plannu dan do yn boblogaidd iawn yn Tsieina. Mae gan y model hwn sawl nodwedd:

①Rôl goleuadau LED yw darparu'r sbectrwm llawn o oleuadau planhigion, ac mae'n ofynnol i'r system oleuo ddarparu'r holl ynni goleuo, ac mae'r gost gynhyrchu yn gymharol uchel;
②Mae angen i ddyluniad goleuadau tyfu LED ystyried parhad a chyfanrwydd y sbectrwm;
③Mae angen rheoli amser goleuo a dwyster y goleuo yn effeithiol, fel gadael i'r planhigion orffwys am ychydig oriau, os nad yw dwyster yr ymbelydredd yn ddigonol neu os yw'n rhy gryf, ac ati;
④Mae angen i'r broses gyfan efelychu'r amodau sy'n ofynnol gan yr amgylchedd twf gorau posibl gwirioneddol ar gyfer planhigion yn yr awyr agored, megis lleithder, tymheredd a chrynodiad CO2.

• Modd plannu awyr agored gyda sylfaen blannu tŷ gwydr awyr agored dda. Nodweddion y model hwn yw:

①Rôl goleuadau LED yw ategu golau. Un yw gwella dwyster y golau yn yr ardaloedd glas a choch o dan arbelydru golau haul yn ystod y dydd i hyrwyddo ffotosynthesis planhigion, a'r llall yw gwneud iawn am y diffyg golau haul yn y nos i hyrwyddo cyfradd twf planhigion.
②Mae angen i'r golau atodol ystyried pa gam twf y mae'r planhigyn ynddo, fel y cyfnod eginblanhigyn neu'r cyfnod blodeuo a ffrwytho.

Felly, dylai dyluniad goleuadau tyfu planhigion LED gynnwys dau ddull dylunio sylfaenol yn gyntaf, sef goleuadau 24 awr (dan do) a goleuadau atodol twf planhigion (awyr agored). Ar gyfer tyfu planhigion dan do, mae angen ystyried tair agwedd wrth ddylunio goleuadau tyfu LED, fel y dangosir yn Ffigur 4. Nid yw'n bosibl pecynnu'r sglodion gyda thri lliw cynradd mewn cyfran benodol.

Ffigur 4, Y syniad dylunio o ddefnyddio goleuadau atgyfnerthu planhigion LED dan do ar gyfer goleuo 24 awr

Er enghraifft, ar gyfer sbectrwm yn y cyfnod meithrin, o ystyried bod angen iddo gryfhau twf gwreiddiau a choesynnau, cryfhau canghennau dail, a bod y ffynhonnell golau yn cael ei defnyddio dan do, gellir dylunio'r sbectrwm fel y dangosir yn Ffigur 5.

Ffigur 5, Strwythurau sbectrol sy'n addas ar gyfer cyfnod meithrinfa dan do LED

Ar gyfer dyluniad yr ail fath o olau tyfu LED, mae wedi'i anelu'n bennaf at yr ateb dylunio o ategu golau i hyrwyddo plannu yng ngwaelod tŷ gwydr awyr agored. Dangosir y syniad dylunio yn Ffigur 6.

Ffigur 6, Syniadau dylunio ar gyfer goleuadau tyfu awyr agored 

Mae'r awdur yn awgrymu bod mwy o gwmnïau plannu yn mabwysiadu'r ail opsiwn o ddefnyddio goleuadau LED i hybu twf planhigion.

Yn gyntaf oll, mae gan dyfu tŷ gwydr awyr agored Tsieina ddegawdau o brofiad helaeth ac ystod eang, yn y de a'r gogledd. Mae ganddi sylfaen dda o dechnoleg tyfu tŷ gwydr ac mae'n darparu nifer fawr o ffrwythau a llysiau ffres ar y farchnad ar gyfer dinasoedd cyfagos. Yn enwedig ym maes plannu pridd a dŵr a gwrtaith, mae canlyniadau ymchwil cyfoethog wedi'u gwneud.

Yn ail, gall y math hwn o ateb golau atodol leihau defnydd diangen o ynni yn fawr, ac ar yr un pryd gall gynyddu cynnyrch ffrwythau a llysiau yn effeithiol. Yn ogystal, mae ardal ddaearyddol helaeth Tsieina yn gyfleus iawn ar gyfer hyrwyddo.

Fel ymchwil wyddonol i oleuadau planhigion LED, mae hefyd yn darparu sylfaen arbrofol ehangach ar ei gyfer. Mae Ffig. 7 yn fath o olau tyfu LED a ddatblygwyd gan y tîm ymchwil hwn, sy'n addas ar gyfer tyfu mewn tai gwydr, a dangosir ei sbectrwm yn Ffig. 8.

Ffigur 7, Math o olau tyfu LED

Ffigur 8, sbectrwm math o olau tyfu LED

Yn ôl y syniadau dylunio uchod, cynhaliodd y tîm ymchwil gyfres o arbrofion, ac mae'r canlyniadau arbrofol yn arwyddocaol iawn. Er enghraifft, ar gyfer golau tyfu yn ystod y feithrinfa, y lamp wreiddiol a ddefnyddiwyd yw lamp fflwroleuol gyda phŵer o 32 W a chylch meithrinfa o 40 diwrnod. Rydym yn darparu golau LED 12 W, sy'n byrhau'r cylch eginblanhigion i 30 diwrnod, yn lleihau dylanwad tymheredd y lampau yn y gweithdy eginblanhigion yn effeithiol, ac yn arbed defnydd pŵer y cyflyrydd aer. Mae trwch, hyd a lliw'r eginblanhigion yn well na'r ateb tyfu eginblanhigion gwreiddiol. Ar gyfer eginblanhigion llysiau cyffredin, cafwyd casgliadau gwirio da hefyd, a grynhoir yn y tabl canlynol.

Yn eu plith, y grŵp golau atodol PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, a'r gymhareb coch-glas: 0.6-0.7. Roedd ystod gwerth PPFD dyddiol y grŵp naturiol rhwng 40 a 800 μmol·m-2·s-1, a'r gymhareb o goch i las rhwng 0.6 a 1.2. Gellir gweld bod y dangosyddion uchod yn well na dangosyddion eginblanhigion a dyfir yn naturiol.

Casgliad

Mae'r erthygl hon yn cyflwyno'r datblygiadau diweddaraf ym maes defnyddio goleuadau tyfu LED mewn tyfu planhigion, ac yn tynnu sylw at rai camddealltwriaethau wrth ddefnyddio goleuadau tyfu LED mewn tyfu planhigion. Yn olaf, cyflwynir y syniadau a'r cynlluniau technegol ar gyfer datblygu goleuadau tyfu LED a ddefnyddir ar gyfer tyfu planhigion. Dylid nodi bod rhai ffactorau hefyd y mae angen eu hystyried wrth osod a defnyddio'r golau, megis y pellter rhwng y golau a'r planhigyn, ystod ymbelydredd y lamp, a sut i roi'r golau gyda dŵr, gwrtaith a phridd arferol.

Awdur: Yi Wang et al. Ffynhonnell: CNKI