Rhagymadrodd

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, mae'r ffactor pendant sy'n pennu twf planhigion yn ffactor cynhwysfawr, nid yn unig yn ymwneud â golau, ond hefyd yn anwahanadwy o ffurfweddiad 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 ynghylch ffatrïoedd planhigion tri dimensiwn neu dyfiant planhigion. Ond ar ôl ei ddarllen yn ofalus, mae yna ryw deimlad anesmwyth bob amser. Yn gyffredinol, nid oes unrhyw ddealltwriaeth 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 y sbectrwm solar yn sbectrwm di-dor, lle mae'r sbectrwm glas a gwyrdd yn gryfach na'r sbectrwm coch, ac mae'r 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 dwysedd 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 dwf planhigion yn Ffigur 2.

Ffigur 2, Sbectra amsugno nifer o auxinau mewn twf planhigion

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

• Cloroffyl

Cloroffyl yw un o'r pigmentau pwysicaf sy'n gysylltiedig â ffotosynthesis. Mae'n bodoli ym mhob organeb sy'n gallu creu ffotosynthesis, gan gynnwys planhigion gwyrdd, algâu glaswyrdd procaryotig (cyanobacteria) ac algâu ewcaryotig. Mae cloroffyl yn amsugno egni o olau, a ddefnyddir wedyn i drawsnewid 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 cysgodol 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 laswyrdd, a chloroffyl b yn felynwyrdd. Mae dau amsugniad cryf o cloroffyl 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 pigmentau 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 ysgafn 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 â chloroffyl 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 mae ganddynt hefyd y swyddogaeth o amddiffyn celloedd rhag cael eu dinistrio gan foleciwlau ocsigen bond un-electron cynhyrfus.

Rhai camddealltwriaeth cysyniadol

Waeth beth fo'r effaith arbed ynni, mae detholusrwydd golau a chydlyniad golau, goleuadau 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, a adlewyrchir yn bennaf yn yr agweddau canlynol.

① Cyn belled 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 o goch i las yw 4:1, 6:1, 9:1 ac ati. ymlaen.

② Cyn belled â'i fod yn olau gwyn, gall ddisodli golau'r haul, megis y tiwb golau gwyn tair cynradd a ddefnyddir yn eang yn Japan, ac ati Mae'r defnydd o'r sbectrwm hwn yn cael effaith benodol ar dwf planhigion, ond mae'r effaith yn ddim cystal â'r ffynhonnell golau a wneir gan LED.

③ Cyn belled â bod y PPFD (dwysedd fflwcs cwantwm ysgafn), 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 dalu sylw a yw'n blanhigyn cysgod neu blanhigyn haul. Mae angen ichi holi neu ddod o hyd i bwynt dirlawnder iawndal golau 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 unol â rhywogaethau planhigion, amgylchedd twf ac 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 di-dor gyda lled dosbarthiad penodol. Mae'n amlwg yn amhriodol defnyddio ffynhonnell golau wedi'i gwneud o ddau sglodyn 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, ac mae coesynnau'r dail yn denau iawn.

Ar gyfer tiwbiau fflwroleuol gyda thri lliw cynradd a ddefnyddir yn gyffredin mewn blynyddoedd blaenorol, er bod gwyn yn cael ei syntheseiddio, mae'r sbectra coch, gwyrdd a glas yn cael eu 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 defnydd cystal â goleuadau LED.

Ffigur 3, golau planhigion LED sglodion coch a glas a sbectrwm golau fflwroleuol lliw tri-sylfaenol

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

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

Yn gyffredinol, gellir cychwyn y mecanwaith ffotosynthesis pan fo PPFD y planhigyn sy'n caru'r haul yn fwy na 50 μmol·m-2·s-1, tra bod angen dim ond 20 μmol·m-2·s-1 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 bwlb planhigion LED i dyfu planhigion sy'n hoffi'r haul.

Sawl datrysiad dylunio o oleuadau lled-ddargludyddion

Defnyddir goleuadau lled-ddargludyddion ar gyfer twf planhigion neu blannu, 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 nifer o nodweddion:

① Rôl 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 cynhyrchu yn gymharol uchel;
② Mae angen i ddyluniad goleuadau tyfu LED ystyried parhad a chywirdeb y sbectrwm;
③ Mae angen rheoli'r amser goleuo a dwyster y goleuo yn effeithiol, megis gadael i'r planhigion orffwys am ychydig oriau, nid yw dwyster yr arbelydru yn ddigon nac yn rhy gryf, ac ati;
④ Mae angen i'r broses gyfan ddynwared yr amodau sy'n ofynnol gan amgylchedd twf gwirioneddol gorau posibl planhigion yn yr awyr agored, megis lleithder, tymheredd a chrynodiad CO2.

• Modd plannu awyr agored gyda sylfaen plannu tŷ gwydr da yn yr awyr agored. Mae nodweddion y model hwn fel a ganlyn:

① Rôl goleuadau LED yw ategu golau. Un yw gwella dwysedd golau yn yr ardaloedd glas a choch o dan arbelydru golau'r 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 gyfnod twf y mae'r planhigyn, megis y cyfnod eginblanhigyn neu'r cyfnod blodeuo a ffrwytho.

Felly, dylai dyluniad goleuadau tyfu planhigion LED fod â dau ddull dylunio sylfaenol yn gyntaf, 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 gyda thri lliw cynradd mewn cyfran benodol.

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

Er enghraifft, ar gyfer sbectrwm yn y cyfnod meithrin, gan ystyried bod angen iddo gryfhau twf gwreiddiau a choesynnau, cryfhau canghennu dail, a defnyddir y ffynhonnell golau dan do, 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 dyluniad yr ail fath o olau tyfu LED, mae wedi'i anelu'n bennaf at yr ateb dylunio o ategu golau i hyrwyddo'r plannu ar waelod 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 gan amaethu tŷ gwydr awyr agored Tsieina ddegawdau lawer 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 plannu pridd a dŵr a gwrtaith, mae canlyniadau ymchwil cyfoethog wedi'u gwneud.

Yn ail, gall y math hwn o ateb golau atodol leihau'r 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 dyrchafiad.

Fel yr 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, Mae math o LED tyfu golau

Ffigur 8, sbectrwm o fath o LED 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 golau tyfu yn ystod meithrinfa, 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, 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 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 coch-glas: 0.6-0.7. Amrediad gwerth PPFD yn ystod y dydd y grŵp naturiol oedd 40~800 μmol·m-2·s-1, a'r gymhareb o goch i las oedd 0.6~1.2. Gellir gweld bod y dangosyddion uchod yn well na rhai eginblanhigion a dyfir yn naturiol.

Casgliad

Mae'r erthygl hon yn cyflwyno'r datblygiadau diweddaraf o ran cymhwyso goleuadau tyfu LED wrth dyfu planhigion, ac yn nodi rhai 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 nodi bod yna hefyd rai ffactorau 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