Cyflwyniad

Mae golau yn chwarae rhan allweddol yn y broses o dyfu planhigion. Dyma'r gwrtaith gorau i hyrwyddo amsugno cloroffyl planhigion ac amsugno amrywiol rinweddau twf planhigion fel caroten. Fodd bynnag, mae'r ffactor pendant sy'n pennu twf planhigion yn ffactor cynhwysfawr, nid yn unig yn gysylltiedig â golau, ond hefyd yn anwahanadwy oddi wrth 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 goleuadau lled-ddargludyddion ynghylch ffatrïoedd planhigion tri dimensiwn neu dwf planhigion. Ond ar ôl ei ddarllen yn ofalus, mae rhywfaint o deimlad anesmwyth bob amser. A siarad yn gyffredinol, nid oes unrhyw ddealltwriaeth wirioneddol o ba rôl y dylai golau ei chwarae yn nhwf planhigion.

Yn gyntaf, gadewch i ni ddeall sbectrwm yr haul, fel y dangosir yn Ffigur 1. Gellir gweld bod y sbectrwm solar yn sbectrwm parhaus, lle mae'r sbectrwm glas a gwyrdd yn gryfach na'r sbectrwm coch, ac mae'r sbectrwm golau gweladwy yn amrywio ohono 380 i 780 nm. Mae twf organebau eu natur yn gysylltiedig â dwyster y sbectrwm. Er enghraifft, mae'r rhan fwyaf o blanhigion 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 arbelydru'r haul bob amser yn well, ac mae rhywfaint o ddetholusrwydd ar gyfer tyfiant 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 o dyfiant planhigion yn Ffigur 2.

Ffigur 2, sbectra amsugno sawl auxins yn nhwf planhigion

Gellir gweld o Ffigur 2 bod sbectra amsugno golau sawl auxins allweddol sy'n effeithio ar dwf planhigion yn sylweddol wahanol. Felly, nid mater syml yw cymhwyso goleuadau twf planhigion LED, ond wedi'i dargedu'n iawn. Yma mae angen cyflwyno cysyniadau'r ddwy elfen twf planhigion ffotosynthetig pwysicaf.

• cloroffyl

Cloroffyl yw 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 gwyrdd glas procaryotig (cyanobacteria) ac algâu ewcaryotig. Mae cloroffyl yn amsugno egni o olau, a ddefnyddir wedyn 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 planhigion cysgodol oddi wrth blanhigion haul. Mae cymhareb cloroffyl B i gloroffyl a o blanhigion cysgodol yn fach, felly gall planhigion cysgodol ddefnyddio golau glas yn gryf ac addasu i dyfu mewn cysgod. Mae cloroffyl A yn las-wyrdd, ac mae cloroffyl B yn wyrdd melyn. 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 ar gyfer dosbarth o bigmentau naturiol pwysig, sydd i'w cael yn gyffredin mewn pigmentau melyn, oren-goch neu goch mewn anifeiliaid, planhigion uwch, ffyngau ac algâu. Hyd yn hyn, darganfuwyd mwy na 600 o garotenoidau naturiol.

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

Rhai camddealltwriaeth cysyniadol

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

Yn cyhyd â bod sglodion coch a glas tonfedd benodol yn cael eu cyfuno mewn cymhareb benodol, gellir eu defnyddio wrth dyfu planhigion, er enghraifft, y gymhareb coch i las yw 4: 1, 6: 1, 9: 1 ac felly ymlaen.

Cyhyd â'i fod yn olau gwyn, gall ddisodli golau'r haul, fel y tiwb golau gwyn tair cynradd a ddefnyddir yn helaeth yn Japan, ac ati. Mae'r defnydd o'r sbectrwm hyn yn cael effaith benodol ar dwf planhigion, ond mae'r effaith yn Ddim cystal â'r ffynhonnell golau a wnaed gan LED.

Mae cyhyd â'r PPFD (dwysedd fflwcs cwantwm golau), paramedr goleuo pwysig, 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 weld a yw'n blanhigyn cysgodol neu'n blanhigyn haul. Mae angen i chi ymholi neu ddod o hyd i bwynt dirlawnder iawndal ysgafn y planhigion hyn, a elwir hefyd yn bwynt iawndal ysgafn. Mewn cymwysiadau gwirioneddol, mae eginblanhigion yn aml yn cael eu llosgi neu eu gwywo. Felly, rhaid dylunio dyluniad y paramedr hwn yn ôl rhywogaeth y planhigyn, yr amgylchedd twf ac amodau.

O ran yr agwedd gyntaf, fel y'i cyflwynwyd yn y cyflwyniad, dylai'r sbectrwm sy'n ofynnol ar gyfer tyfiant planhigion fod yn sbectrwm parhaus gyda lled dosbarthu penodol. Mae'n amlwg yn amhriodol defnyddio ffynhonnell golau wedi'i gwneud o ddwy sglodyn tonfedd benodol o goch a glas gyda sbectrwm cul iawn (fel y dangosir yn Ffigur 3 (a)). Mewn arbrofion, darganfuwyd bod planhigion yn tueddu i fod yn felynaidd, mae'r coesau dail yn ysgafn iawn, ac mae'r coesau dail yn denau iawn.

Ar gyfer tiwbiau fflwroleuol gyda thri lliw cynradd a ddefnyddiwyd yn gyffredin mewn blynyddoedd blaenorol, er bod gwyn yn cael ei syntheseiddio, mae'r sbectra 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 lliw tri-cynradd

PPFD yw'r dwysedd fflwcs cwantwm golau, sy'n cyfeirio at ddwysedd fflwcs golau ymbelydredd effeithiol golau mewn ffotosynthesis, sy'n cynrychioli cyfanswm nifer y digwyddiad quanta golau ar goesau dail planhigion yn yr ystod tonfedd o 400 i 700 nm yr amser uned ac ardal uned . Ei uned yw μe · m-2 · s-1 (μmol · m-2 · s-1). Mae'r ymbelydredd ffotosynthetig weithredol (PAR) yn cyfeirio at gyfanswm yr ymbelydredd solar gyda thonfedd yn yr ystod o 400 i 700 nm. Gellir ei fynegi naill ai gan quanta golau neu gan egni pelydrol.

Yn y gorffennol, disgleirdeb oedd y dwyster golau a adlewyrchir gan y goleuo, 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 hoff o haul yn fwy na 50 μmol · M-2 · S-1, tra bod angen 20 μmol · M-2 · S-1 yn unig 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 LED LED yn 20 μmol · M-2 · S-1, mae'n ofynnol i fwy na 3 bwlb planhigion LED dyfu planhigion sy'n hoff o haul.

Sawl datrysiad dylunio o oleuadau lled -ddargludyddion

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

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

① Rôl goleuadau LED yw darparu sbectrwm llawn goleuadau planhigion, ac mae'n ofynnol i'r system oleuadau ddarparu'r holl egni goleuo, ac mae'r gost gynhyrchu yn gymharol uchel;
② Mae angen i ddyluniad goleuadau tyfu LED ystyried parhad a chywirdeb y sbectrwm;
③ Mae'n angenrheidiol i reoli'r amser goleuo a'r dwyster goleuo yn effeithiol, megis gadael i'r planhigion orffwys am ychydig oriau, nid yw dwyster yr arbelydru yn ddigonol neu'n rhy gryf, ac ati;
④ Mae angen i'r broses gyfan ddynwared yr amodau sy'n ofynnol gan yr amgylchedd twf gorau posibl o blanhigion yn yr awyr agored, megis lleithder, tymheredd a chrynodiad CO2.

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

① Rôl goleuadau LED yw ychwanegu at olau. Un yw gwella dwyster 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 pan nad oes golau haul yn y nos i hyrwyddo cyfradd twf planhigion
② Mae angen i'r golau atodol ystyried ym mha gam twf y mae'r planhigyn, megis y cyfnod eginblanhigyn neu'r cyfnod blodeuo a ffrwytho.

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

Ffigur 4, y syniad dylunio o ddefnyddio goleuadau atgyfnerthu planhigion dan do ar gyfer goleuadau 24h

Er enghraifft, ar gyfer sbectrwm yn y cam meithrin, gan ystyried bod angen iddo gryfhau twf gwreiddiau a choesau, cryfhau canghennau dail, a defnyddir y ffynhonnell golau y tu mewn, gellir dylunio'r sbectrwm fel y dangosir yn Ffigur 5.

Ffigur 5, strwythurau sbectrol sy'n addas ar gyfer cyfnod meithrin dan do LED

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

Ffigur 6, syniadau dylunio goleuadau tyfu awyr agored 

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

Yn gyntaf oll, mae tyfu tŷ gwydr awyr agored Tsieina wedi degawdau swm mawr ac ystod eang o brofiad, yn y de a'r gogledd. Mae ganddo 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 pridd a dŵr a phlannu gwrtaith, gwnaed canlyniadau ymchwil cyfoethog.

Yn ail, gall y math hwn o doddiant golau atodol leihau'r defnydd diangen o egni 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 i'w dyrchafu.

Fel ymchwil wyddonol o 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 LED yn tyfu golau

Ffigur 8, sbectrwm o fath o LED yn tyfu golau

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 tyfu golau yn ystod y feithrinfa, y lamp wreiddiol a ddefnyddir yw lamp fflwroleuol gyda phŵer o 32 W a chylch meithrin o 40 diwrnod. Rydym yn darparu golau LED 12 W, sy'n byrhau'r cylch eginblanhigyn i 30 diwrnod, i bob pwrpas yn lleihau dylanwad tymheredd y lampau yn y gweithdy eginblanhigyn, ac yn arbed defnydd pŵer y cyflyrydd aer. Mae trwch, hyd a lliw yr eginblanhigion yn well na'r toddiant codi 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 goch-las: 0.6-0.7. Yr ystod o werth PPFD yn ystod y dydd y grŵp naturiol oedd 40 ~ 800 μmol · M-2 · S-1, a'r gymhareb coch i las oedd 0.6 ~ 1.2. Gellir gweld bod y dangosyddion uchod yn well na dangosiadau eginblanhigion a dyfir yn naturiol.

Nghasgliad

Mae'r erthygl hon yn cyflwyno'r datblygiadau diweddaraf wrth gymhwyso goleuadau tyfu LED wrth dyfu planhigion, ac yn tynnu sylw at rai camddealltwriaeth wrth gymhwyso golau tyfu LED wrth dyfu planhigion. Yn olaf, cyflwynir y syniadau technegol a'r cynlluniau ar gyfer datblygu goleuadau tyfu LED a ddefnyddir ar gyfer tyfu planhigion. Dylid tynnu sylw at y ffaith 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 arbelydru'r lamp, a sut i gymhwyso'r golau gyda Dŵr arferol, gwrtaith, a phridd.

Awdur: Yi Wang et al. Ffynhonnell: CNKI