Prezantimi

Drita luan një rol kyç në procesin e rritjes së bimëve.Është plehu më i mirë për të nxitur përthithjen e klorofilit të bimëve dhe përthithjen e cilësive të ndryshme të rritjes së bimëve si karotina.Megjithatë, faktori vendimtar që përcakton rritjen e bimëve është një faktor gjithëpërfshirës, ​​jo vetëm i lidhur me dritën, por edhe i pandashëm nga konfigurimi i ujit, tokës dhe plehut, kushtet e mjedisit të rritjes dhe kontrolli teknik gjithëpërfshirës.

Në dy ose tre vitet e fundit, ka pasur raporte të pafundme për aplikimin e teknologjisë së ndriçimit gjysmëpërçues në lidhje me fabrikat e bimëve tredimensionale ose rritjen e bimëve.Por pasi e lexoni me kujdes, gjithmonë ka një ndjenjë shqetësimi.Në përgjithësi, nuk ka kuptim të vërtetë se çfarë roli duhet të luajë drita në rritjen e bimëve.

Së pari, le të kuptojmë spektrin e diellit, siç tregohet në figurën 1. Mund të shihet se spektri diellor është një spektër i vazhdueshëm, në të cilin spektri blu dhe jeshil janë më të fortë se spektri i kuq, dhe spektri i dritës së dukshme varion nga 380 deri në 780 nm.Rritja e organizmave në natyrë është e lidhur me intensitetin e spektrit.Për shembull, shumica e bimëve në zonën afër ekuatorit rriten shumë shpejt, dhe në të njëjtën kohë, madhësia e rritjes së tyre është relativisht e madhe.Por intensiteti i lartë i rrezatimit të diellit nuk është gjithmonë më i mirë dhe ekziston një shkallë e caktuar selektiviteti për rritjen e kafshëve dhe bimëve.

Figura 1, Karakteristikat e spektrit diellor dhe spektrit të dritës së tij të dukshme

Së dyti, diagrami i dytë i spektrit të disa elementëve kyç të absorbimit të rritjes së bimëve është paraqitur në Figurën 2.

Figura 2, Spektrat e absorbimit të disa auksinave në rritjen e bimëve

Mund të shihet nga Figura 2 se spektrat e përthithjes së dritës të disa auksinave kyç që ndikojnë në rritjen e bimëve janë dukshëm të ndryshme.Prandaj, aplikimi i dritave LED të rritjes së bimëve nuk është një çështje e thjeshtë, por shumë e synuar.Këtu është e nevojshme të prezantohen konceptet e dy elementëve më të rëndësishëm të rritjes së bimëve fotosintetike.

• Klorofil

Klorofili është një nga pigmentet më të rëndësishme që lidhet me fotosintezën.Ekziston në të gjithë organizmat që mund të krijojnë fotosintezë, duke përfshirë bimët jeshile, algat prokariote blu-jeshile (cianobakteret) dhe algat eukariote.Klorofili thith energjinë nga drita, e cila më pas përdoret për të kthyer dioksidin e karbonit në karbohidrate.

Klorofili a thith kryesisht dritën e kuqe, dhe klorofili b kryesisht thith dritën blu-vjollcë, kryesisht për të dalluar bimët hije nga bimët e diellit.Raporti i klorofilit b me klorofilin a të bimëve me hije është i vogël, kështu që bimët me hije mund të përdorin fort dritën blu dhe të përshtaten me rritjen në hije.Klorofili a është blu-jeshile, dhe klorofili b është i verdhë-jeshile.Ekzistojnë dy përthithje të forta të klorofilit a dhe klorofilit b, një në rajonin e kuq me një gjatësi vale 630-680 nm dhe tjetri në rajonin blu-vjollcë me një gjatësi vale 400-460 nm.

• Karotenoidet

Karotenoidet janë termi i përgjithshëm për një klasë të pigmenteve të rëndësishme natyrore, të cilat zakonisht gjenden në pigmente të verdhë, portokalli-të kuqe ose të kuqe te kafshët, bimët më të larta, kërpudhat dhe algat.Deri më tani, janë zbuluar më shumë se 600 karotenoidë natyralë.

Thithja e dritës e karotenoideve mbulon diapazonin e OD303~505 nm, i cili siguron ngjyrën e ushqimit dhe ndikon në marrjen e ushqimit nga trupi.Tek algat, bimët dhe mikroorganizmat, ngjyra e saj mbulohet nga klorofili dhe nuk mund të shfaqet.Në qelizat bimore, karotenoidet e prodhuara jo vetëm që thithin dhe transferojnë energji për të ndihmuar fotosintezën, por gjithashtu kanë funksionin e mbrojtjes së qelizave nga shkatërrimi nga molekulat e oksigjenit të ngacmuara të lidhjes një-elektronike.

Disa keqkuptime konceptuale

Pavarësisht nga efekti i kursimit të energjisë, selektiviteti i dritës dhe koordinimi i dritës, ndriçimi gjysmëpërçues ka treguar avantazhe të mëdha.Megjithatë, nga zhvillimi i vrullshëm i dy viteve të fundit, kemi parë edhe shumë keqkuptime në projektimin dhe aplikimin e dritës, të cilat reflektohen kryesisht në aspektet e mëposhtme.

① Për sa kohë që patate të skuqura të kuqe dhe blu të një gjatësi vale të caktuar kombinohen në një raport të caktuar, ato mund të përdoren në kultivimin e bimëve, për shembull, raporti i ngjyrës së kuqe me blu është 4:1, 6:1, 9:1 dhe kështu në.

②Për sa kohë që është dritë e bardhë, ajo mund të zëvendësojë dritën e diellit, si p.sh. tubi i dritës së bardhë tre-primare i përdorur gjerësisht në Japoni, etj. Përdorimi i këtyre spektrave ka një efekt të caktuar në rritjen e bimëve, por efekti është jo aq i mirë sa burimi i dritës i prodhuar nga LED.

③ Për sa kohë që PPFD (densiteti i fluksit kuantik të dritës), një parametër i rëndësishëm i ndriçimit, arrin një indeks të caktuar, për shembull, PPFD është më i madh se 200 μmol·m-2·s-1.Sidoqoftë, kur përdorni këtë tregues, duhet t'i kushtoni vëmendje nëse është një bimë hije apo një bimë diellore.Ju duhet të kërkoni ose gjeni pikën e ngopjes së kompensimit të dritës të këtyre bimëve, e cila quhet edhe pika e kompensimit të dritës.Në aplikimet aktuale, fidanët shpesh digjen ose thahen.Prandaj, dizajni i këtij parametri duhet të projektohet sipas specieve të bimëve, mjedisit të rritjes dhe kushteve.

Për sa i përket aspektit të parë, siç u prezantua në hyrje, spektri i kërkuar për rritjen e bimëve duhet të jetë një spektër i vazhdueshëm me një gjerësi të caktuar shpërndarjeje.Është padyshim e papërshtatshme të përdoret një burim drite i përbërë nga dy çipa me gjatësi vale specifike të kuqe dhe blu me një spektër shumë të ngushtë (siç tregohet në Figurën 3(a)).Në eksperimente, u zbulua se bimët priren të jenë të verdhë, kërcellet e gjetheve janë shumë të lehta dhe kërcelli i gjetheve është shumë i hollë.

Për tubat fluoreshente me tre ngjyra kryesore që përdoren zakonisht në vitet e mëparshme, megjithëse e bardha sintetizohet, spektri i kuq, jeshil dhe blu janë të ndara (siç tregohet në figurën 3(b)) dhe gjerësia e spektrit është shumë e ngushtë.Intensiteti spektral i pjesës vijuese të vazhdueshme është relativisht i dobët, dhe fuqia është ende relativisht e madhe në krahasim me LED, 1.5 deri në 3 herë më shumë se konsumi i energjisë.Prandaj, efekti i përdorimit nuk është aq i mirë sa dritat LED.

Figura 3, Drita e bimëve LED me çip të kuq dhe blu dhe spektri i dritës fluoreshente me tre ngjyra kryesore

PPFD është densiteti i fluksit kuantik të dritës, i cili i referohet densitetit efektiv të fluksit të dritës së rrezatimit të dritës në fotosintezë, i cili përfaqëson numrin total të kuanteve të dritës që ndodhin në kërcellet e gjetheve të bimëve në intervalin e gjatësisë valore prej 400 deri në 700 nm për njësi të kohës dhe njësi të sipërfaqes. .Njësia e saj është μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1).Rrezatimi aktiv fotosintetik (PAR) i referohet rrezatimit total diellor me një gjatësi vale në rangun prej 400 deri në 700 nm.Mund të shprehet ose me kuantë të dritës ose me energji rrezatuese.

Në të kaluarën, intensiteti i dritës i reflektuar nga ndriçuesi ishte shkëlqimi, por spektri i rritjes së bimëve ndryshon për shkak të lartësisë së ndriçuesit nga bima, mbulimit të dritës dhe nëse drita mund të kalojë nëpër gjethe.Prandaj, nuk është e saktë të përdoret par si një tregues i intensitetit të dritës në studimin e fotosintezës.

Në përgjithësi, mekanizmi i fotosintezës mund të fillojë kur PPFD e bimës që e do diellin është më e madhe se 50 μmol·m-2·s-1, ndërsa PPFD e bimës me hije ka nevojë vetëm për 20 μmol·m-2·s-1. .Prandaj, kur blini dritat e rritjes LED, mund të zgjidhni numrin e dritave të rritjes LED bazuar në këtë vlerë referencë dhe llojin e bimëve që mbillni.Për shembull, nëse PPFD e një lght të vetme LED është 20 μmol·m-2·s-1, nevojiten më shumë se 3 llamba LED për të rritur bimë që duan diellin.

Disa zgjidhje të projektimit të ndriçimit gjysmëpërçues

Ndriçimi gjysmëpërçues përdoret për rritjen ose mbjelljen e bimëve dhe ekzistojnë dy metoda bazë referimi.

• Aktualisht, modeli i mbjelljes së brendshme është shumë i nxehtë në Kinë.Ky model ka disa karakteristika:

①Roli i dritave LED është të sigurojë spektrin e plotë të ndriçimit të bimëve, dhe sistemi i ndriçimit kërkohet të sigurojë të gjithë energjinë e ndriçimit, dhe kostoja e prodhimit është relativisht e lartë;
②Dizajni i dritave të rritjes LED duhet të marrë parasysh vazhdimësinë dhe integritetin e spektrit;
③ Është e nevojshme të kontrollohet në mënyrë efektive koha e ndriçimit dhe intensiteti i ndriçimit, si p.sh. lënia e bimëve të pushojnë për disa orë, intensiteti i rrezatimit nuk është i mjaftueshëm ose shumë i fortë, etj.;
④ I gjithë procesi duhet të imitojë kushtet e kërkuara nga mjedisi aktual optimal i rritjes së bimëve jashtë, si lagështia, temperatura dhe përqendrimi i CO2.

• Modaliteti i mbjelljes në natyrë me bazament të mirë të mbjelljes së serrës në natyrë.Karakteristikat e këtij modeli janë:

①Roli i dritave LED është të plotësojnë dritën.Njëra është rritja e intensitetit të dritës në zonat blu dhe të kuqe nën rrezatim të dritës së diellit gjatë ditës për të nxitur fotosintezën e bimëve dhe tjetra është për të kompensuar kur nuk ka rreze dielli gjatë natës për të nxitur shkallën e rritjes së bimëve.
②Drita plotësuese duhet të marrë parasysh se në cilën fazë të rritjes ndodhet bima, si për shembull periudha e fidanëve ose periudha e lulëzimit dhe frutave.

Prandaj, dizajni i dritave LED të rritjes së bimëve duhet së pari të ketë dy mënyra bazë të projektimit, përkatësisht ndriçimin 24 orë (të brendshme) dhe ndriçimin shtesë të rritjes së bimëve (në natyrë).Për kultivimin e bimëve të brendshme, dizajni i dritave të rritjes LED duhet të marrë parasysh tre aspekte, siç tregohet në Figurën 4. Nuk është e mundur të paketohen patatet e skuqura me tre ngjyra kryesore në një proporcion të caktuar.

Figura 4, Ideja e projektimit të përdorimit të dritave të brendshme LED përforcuese të bimëve për ndriçimin 24 orë

Për shembull, për një spektër në fazën e fidanishtes, duke pasur parasysh se ai duhet të forcojë rritjen e rrënjëve dhe kërcellit, të forcojë degëzimin e gjetheve dhe burimi i dritës përdoret brenda, spektri mund të projektohet siç tregohet në figurën 5.

Figura 5, Strukturat spektrale të përshtatshme për periudhën e çerdheve të brendshme LED

Për hartimin e llojit të dytë të dritës së rritjes LED, ajo kryesisht synon zgjidhjen e projektimit të dritës plotësuese për të nxitur mbjelljen në bazën e serrës së jashtme.Ideja e dizajnit është paraqitur në Figurën 6.

Figura 6, Idetë e projektimit të dritave të rritjes në natyrë 

Autori sugjeron që më shumë kompani mbjellëse të miratojnë opsionin e dytë për të përdorur dritat LED për të nxitur rritjen e bimëve.

Para së gjithash, kultivimi i serrave në natyrë në Kinë ka një sasi të madhe dhe një gamë të gjerë eksperience, si në jug ashtu edhe në veri.Ajo ka një bazë të mirë të teknologjisë së kultivimit të serave dhe ofron një numër të madh frutash dhe perimesh të freskëta në treg për qytetet përreth.Sidomos në fushën e mbjelljes së tokës dhe ujit dhe plehrave, janë bërë rezultate të pasura kërkimore.

Së dyti, kjo lloj zgjidhje suplementare të dritës mund të zvogëlojë shumë konsumin e panevojshëm të energjisë dhe në të njëjtën kohë mund të rrisë efektivisht rendimentin e frutave dhe perimeve.Përveç kësaj, zona e gjerë gjeografike e Kinës është shumë e përshtatshme për promovim.

Si kërkim shkencor i ndriçimit të bimëve LED, ai gjithashtu ofron një bazë më të gjerë eksperimentale për të.Fig. 7 është një lloj drite rritëse LED e zhvilluar nga ky ekip kërkimor, e cila është e përshtatshme për t'u rritur në serra dhe spektri i saj tregohet në Fig. 8.

Figura 7, Një lloj drite LED rritëse

Figura 8, spektri i një lloji të dritës LED të rritjes

Sipas ideve të mësipërme të projektimit, ekipi hulumtues kreu një sërë eksperimentesh dhe rezultatet eksperimentale janë shumë domethënëse.Për shembull, për dritën e rritjes gjatë çerdhes, llamba origjinale e përdorur është një llambë fluoreshente me fuqi 32 W dhe një cikël çerdhe prej 40 ditësh.Ne ofrojmë një dritë LED 12 W, e cila shkurton ciklin e fidanëve në 30 ditë, redukton në mënyrë efektive ndikimin e temperaturës së llambave në punishten e fidanëve dhe kursen konsumin e energjisë së kondicionerit.Trashësia, gjatësia dhe ngjyra e fidanëve janë më të mira se zgjidhja origjinale e rritjes së fidanëve.Për fidanët e perimeve të zakonshme janë marrë edhe konkluzione të mira verifikuese, të cilat janë përmbledhur në tabelën e mëposhtme.

Midis tyre, grupi i dritës plotësuese PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, dhe raporti kuq-blu: 0,6-0,7.Gama e vlerës së PPFD gjatë ditës së grupit natyror ishte 40~800 μmol·m-2·s-1, dhe raporti i ngjyrës së kuqe me blu ishte 0,6~1,2.Mund të shihet se treguesit e mësipërm janë më të mirë se ata të fidanëve të rritur në mënyrë natyrale.

konkluzioni

Ky artikull prezanton zhvillimet më të fundit në aplikimin e dritave të rritjes LED në kultivimin e bimëve dhe vë në dukje disa keqkuptime në aplikimin e dritës së rritjes LED në kultivimin e bimëve.Së fundi, prezantohen idetë dhe skemat teknike për zhvillimin e dritave LED të rritjes që përdoren për kultivimin e bimëve.Duhet të theksohet se ka edhe disa faktorë që duhet të merren parasysh në instalimin dhe përdorimin e dritës, si distanca midis dritës dhe impiantit, diapazoni i rrezatimit të llambës dhe mënyra e aplikimit të dritës me ujë normal, pleh dhe tokë.

Autori: Yi Wang et al.Burimi: CNKI