Ներածություն

Լույսը առանցքային դեր է խաղում բույսերի աճի գործընթացում։ Այն լավագույն պարարտանյութն է, որը նպաստում է բույսերի քլորոֆիլի կլանմանը և բույսերի աճի տարբեր հատկությունների կլանմանը, ինչպիսին է կարոտինը: Այնուամենայնիվ, որոշիչ գործոնը, որը որոշում է բույսերի աճը, համապարփակ գործոն է, որը կապված է ոչ միայն լույսի հետ, այլև անբաժանելի է ջրի, հողի և պարարտանյութի կոնֆիգուրացիայից, աճի միջավայրի պայմաններից և համապարփակ տեխնիկական վերահսկողությունից:

Վերջին երկու-երեք տարիների ընթացքում անվերջ զեկույցներ են եղել կիսահաղորդչային լուսավորության տեխնոլոգիայի կիրառման վերաբերյալ՝ կապված եռաչափ բույսերի գործարանների կամ բույսերի աճի հետ: Բայց ուշադիր կարդալուց հետո միշտ ինչ-որ անհանգստություն է առաջանում։ Ընդհանուր առմամբ, իրական պատկերացում չկա, թե ինչ դեր պետք է ունենա լույսը բույսերի աճի մեջ:

Նախ, եկեք հասկանանք արևի սպեկտրը, ինչպես ցույց է տրված Նկար 1-ում: Տեսանելի է, որ արևի սպեկտրը շարունակական սպեկտր է, որտեղ կապույտ և կանաչ սպեկտրն ավելի ուժեղ է, քան կարմիրը, և տեսանելի լույսի սպեկտրը տատանվում է. 380-ից 780 նմ: Բնության մեջ օրգանիզմների աճը կապված է սպեկտրի ինտենսիվության հետ։ Օրինակ, հասարակածին մոտ գտնվող տարածքում բույսերի մեծ մասը շատ արագ է աճում, և միևնույն ժամանակ դրանց աճի չափը համեմատաբար մեծ է։ Բայց արևի ճառագայթման բարձր ինտենսիվությունը միշտ չէ, որ ավելի լավն է, և կա որոշակի աստիճանի ընտրողականություն կենդանիների և բույսերի աճի համար:

Նկար 1, Արեգակնային սպեկտրի և դրա տեսանելի լույսի սպեկտրի բնութագրերը

Երկրորդ, բույսերի աճի մի քանի հիմնական կլանման տարրերի երկրորդ սպեկտրի դիագրամը ներկայացված է Նկար 2-ում:

Գծապատկեր 2, Բույսերի աճի մեջ մի քանի ուկսինների կլանման սպեկտրներ

Նկար 2-ից երևում է, որ բույսերի աճի վրա ազդող մի քանի հիմնական էքսինների լույսի կլանման սպեկտրները զգալիորեն տարբերվում են: Հետեւաբար, LED բույսերի աճի լույսերի կիրառումը պարզ խնդիր չէ, բայց շատ նպատակային: Այստեղ անհրաժեշտ է ներկայացնել բույսերի աճի երկու կարևորագույն ֆոտոսինթետիկ տարրերի հասկացությունները։

• քլորոֆիլ

Քլորոֆիլը ֆոտոսինթեզի հետ կապված ամենակարեւոր պիգմենտներից մեկն է։ Այն առկա է բոլոր օրգանիզմներում, որոնք կարող են ֆոտոսինթեզ ստեղծել, ներառյալ կանաչ բույսերը, պրոկարիոտ կապտականաչ ջրիմուռները (ցիանոբակտերիաներ) և էուկարիոտիկ ջրիմուռները։ Քլորոֆիլը կլանում է լույսի էներգիան, որն այնուհետև օգտագործվում է ածխաթթու գազը ածխաջրերի վերածելու համար:

Քլորոֆիլ a-ն հիմնականում կլանում է կարմիր լույսը, իսկ քլորոֆիլ b-ը հիմնականում կլանում է կապույտ-մանուշակագույն լույսը՝ հիմնականում ստվերային բույսերը արևային բույսերից տարբերելու համար: Քլորոֆիլ b-ի և ստվերային բույսերի քլորոֆիլ a-ի հարաբերակցությունը փոքր է, ուստի ստվերային բույսերը կարող են ուժեղ օգտագործել կապույտ լույսը և հարմարվել ստվերում աճելուն: Քլորոֆիլ a-ն կապույտ-կանաչ է, իսկ քլորոֆիլը b-ն դեղնականաչավուն է: Գոյություն ունեն քլորոֆիլ a-ի և քլորոֆիլ բ-ի երկու ուժեղ կլանում, մեկը կարմիր շրջանում՝ 630-680 նմ ալիքի երկարությամբ, իսկ մյուսը՝ կապույտ-մանուշակագույն շրջանում՝ 400-460 նմ ալիքի երկարությամբ։

• Կարոտինոիդներ

Կարոտինոիդները ընդհանուր տերմին են կարևոր բնական պիգմենտների դասի համար, որոնք սովորաբար հանդիպում են կենդանիների, բարձր բույսերի, սնկերի և ջրիմուռների դեղին, նարնջագույն-կարմիր կամ կարմիր գունանյութերում: Մինչ այժմ հայտնաբերվել են ավելի քան 600 բնական կարոտինոիդներ։

Կարոտինոիդների լույսի կլանումը ընդգրկում է OD303~505 նմ միջակայքը, որն ապահովում է սննդի գույնը և ազդում օրգանիզմի կողմից սննդի ընդունման վրա: Ջրիմուռների, բույսերի և միկրոօրգանիզմների մեջ նրա գույնը ծածկված է քլորոֆիլով և չի կարող հայտնվել։ Բուսական բջիջներում արտադրված կարոտինոիդները ոչ միայն կլանում և փոխանցում են էներգիա՝ ֆոտոսինթեզին օգնելու համար, այլև կատարում են բջիջները պաշտպանելու գործառույթը բջիջների ոչնչացումից թթվածնի գրգռված մեկ էլեկտրոնային կապով թթվածնի մոլեկուլների կողմից:

Որոշ հայեցակարգային թյուրիմացություններ

Անկախ էներգախնայողության էֆեկտից, լույսի ընտրողականությունն ու լույսի համակարգումը, կիսահաղորդչային լուսավորությունը մեծ առավելություններ է ցույց տվել։ Այնուամենայնիվ, վերջին երկու տարիների արագ զարգացումից մենք տեսանք նաև բազմաթիվ թյուրիմացություններ լույսի ձևավորման և կիրառման մեջ, որոնք հիմնականում արտացոլվում են հետևյալ ասպեկտներում.

① Քանի դեռ որոշակի ալիքի երկարության կարմիր և կապույտ չիպերը համակցված են որոշակի հարաբերակցությամբ, դրանք կարող են օգտագործվել բույսերի մշակության մեջ, օրինակ՝ կարմիրի և կապույտի հարաբերակցությունը 4:1, 6:1, 9:1 և այլն: վրա.

②Քանի դեռ այն սպիտակ լույս է, այն կարող է փոխարինել արևի լույսին, օրինակ՝ երեք հիմնական սպիտակ լույսի խողովակը, որը լայնորեն օգտագործվում է Ճապոնիայում և այլն: Այս սպեկտրների օգտագործումը որոշակի ազդեցություն ունի բույսերի աճի վրա, բայց ազդեցությունը հետևյալն է. ոչ այնքան լավ, որքան LED-ով պատրաստված լույսի աղբյուրը:

③ Քանի դեռ PPFD-ը (թեթև քվանտային հոսքի խտությունը), որը լուսավորության կարևոր պարամետր է, հասնում է որոշակի ցուցանիշի, օրինակ՝ PPFD-ն ավելի մեծ է, քան 200 μmol·m-2·s-1: Այնուամենայնիվ, այս ցուցանիշը օգտագործելիս պետք է ուշադրություն դարձնել, թե դա ստվերային բույս ​​է, թե արևային: Դուք պետք է հարցնեք կամ գտնեք այս բույսերի լույսի փոխհատուցման հագեցվածության կետը, որը կոչվում է նաև լույսի փոխհատուցման կետ: Իրական կիրառման դեպքում սածիլները հաճախ այրվում կամ չորանում են: Հետևաբար, այս պարամետրի ձևավորումը պետք է նախագծված լինի ըստ բույսերի տեսակների, աճի միջավայրի և պայմանների:

Ինչ վերաբերում է առաջին ասպեկտին, ինչպես ներկայացվեց ներածությունում, բույսերի աճի համար պահանջվող սպեկտրը պետք է լինի շարունակական սպեկտր՝ որոշակի բաշխման լայնությամբ: Ակնհայտորեն աննպատակահարմար է օգտագործել լույսի աղբյուր, որը կազմված է շատ նեղ սպեկտրով երկու հատուկ ալիքի երկարությամբ կարմիր և կապույտ չիպերից (ինչպես ցույց է տրված Նկար 3(ա)-ում): Փորձերի ընթացքում պարզվել է, որ բույսերը հակված են դեղնավուն, տերևի ցողունները շատ բաց են, իսկ տերևները՝ շատ բարակ:

Նախորդ տարիներին սովորաբար օգտագործվող երեք հիմնական գույներով լյումինեսցենտային խողովակների համար, չնայած սպիտակը սինթեզվում է, կարմիր, կանաչ և կապույտ սպեկտրները առանձնացված են (ինչպես ցույց է տրված Նկար 3(բ)-ում), և սպեկտրի լայնությունը շատ նեղ է: Հետևյալ շարունակական մասի սպեկտրային ինտենսիվությունը համեմատաբար թույլ է, և հզորությունը դեռևս համեմատաբար մեծ է LED- ների համեմատ, 1,5-ից 3 անգամ էներգիայի սպառումը: Հետևաբար, օգտագործման էֆեկտը այնքան լավ չէ, որքան LED լույսերը:

Նկար 3, Կարմիր և կապույտ չիպային LED բույսերի լույս և երեք հիմնական գունավոր լյումինեսցենտային լույսի սպեկտր

PPFD-ն լույսի քվանտային հոսքի խտությունն է, որը վերաբերում է լուսասինթեզում լույսի արդյունավետ ճառագայթման լույսի հոսքի խտությանը, որը ներկայացնում է բույսերի տերևների ցողունների վրա լույսի քվանտների ընդհանուր թիվը 400-ից 700 նմ ալիքի երկարության միջակայքում՝ մեկ միավոր ժամանակի և տարածքի վրա։ . Դրա միավորն է μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1): Ֆոտոսինթետիկ ակտիվ ճառագայթումը (PAR) վերաբերում է 400-ից 700 նմ ալիքի երկարությամբ արևի ընդհանուր ճառագայթմանը: Այն կարող է արտահայտվել կամ լույսի քվանտներով կամ ճառագայթային էներգիայով։

Նախկինում լուսային ինտենսիվությունը, որն արտացոլվում էր լուսաչափով, պայծառությունն էր, բայց բույսերի աճի սպեկտրը փոխվում է բույսից լուսատուի բարձրության, լույսի ծածկույթի և տերևների միջով անցնելու պատճառով: Հետևաբար, ֆոտոսինթեզի ուսումնասիրության ժամանակ ճիշտ չէ օգտագործել պարը որպես լույսի ինտենսիվության ցուցիչ։

Ընդհանուր առմամբ, ֆոտոսինթեզի մեխանիզմը կարող է սկսվել, երբ արևասեր բույսի PPFD-ն ավելի մեծ է, քան 50 μmol·m-2·s-1, մինչդեռ ստվերային բույսի PPFD-ին անհրաժեշտ է ընդամենը 20 μmol·m-2·s-1: . Հետևաբար, LED աճող լույսեր գնելիս կարող եք ընտրել LED աճող լույսերի քանակը՝ հիմնվելով այս հղման արժեքի և ձեր տնկած բույսերի տեսակի վրա: Օրինակ, եթե մեկ LED lght-ի PPFD-ն 20 μmol·m-2·s-1 է, ապա արևասեր բույսեր աճեցնելու համար պահանջվում է ավելի քան 3 LED բույսերի լամպ:

Կիսահաղորդչային լուսավորության մի քանի նախագծային լուծումներ

Կիսահաղորդչային լուսավորությունը օգտագործվում է բույսերի աճի կամ տնկման համար, և կան երկու հիմնական հղման մեթոդներ.

• Ներկայում Չինաստանում ներսի տնկման մոդելը շատ շոգ է։ Այս մոդելը ունի մի քանի առանձնահատկություններ.

① LED լույսերի դերն է ապահովել բույսերի լուսավորության ամբողջ սպեկտրը, և լուսավորության համակարգը պահանջվում է ապահովել ամբողջ լուսավորության էներգիան, և արտադրության արժեքը համեմատաբար բարձր է.
② LED աճող լույսերի դիզայնը պետք է հաշվի առնի սպեկտրի շարունակականությունն ու ամբողջականությունը.
③Անհրաժեշտ է արդյունավետորեն վերահսկել լուսավորության ժամանակը և լուսավորության ինտենսիվությունը, օրինակ՝ թողնելով բույսերը մի քանի ժամով հանգստանալ, ճառագայթման ինտենսիվությունը բավարար չէ կամ չափազանց ուժեղ և այլն;
④ Ամբողջ գործընթացը պետք է ընդօրինակի այն պայմանները, որոնք պահանջվում են բացօթյա բույսերի իրական օպտիմալ աճի միջավայրում, ինչպիսիք են խոնավությունը, ջերմաստիճանը և CO2 կոնցենտրացիան:

• Բացօթյա տնկման ռեժիմ՝ բացօթյա ջերմոցային տնկման լավ հիմքով: Այս մոդելի բնութագրերն են.

① LED լույսերի դերը լույսը լրացնելն է: Մեկը ցերեկային ժամերին արևի ճառագայթման տակ գտնվող կապույտ և կարմիր հատվածներում լույսի ինտենսիվությունը բարձրացնելն է՝ բույսերի ֆոտոսինթեզը խթանելու համար, իսկ մյուսը՝ փոխհատուցել, երբ գիշերը արևի լույս չկա՝ բույսերի աճի արագությունը խթանելու համար:
②Լրացուցիչ լույսը պետք է հաշվի առնի, թե որ աճի փուլում է գտնվում բույսը, օրինակ՝ սածիլների շրջանը կամ ծաղկման և պտղաբերության շրջանը:

Հետևաբար, LED բույսերի աճեցման լույսերի դիզայնը նախ պետք է ունենա նախագծման երկու հիմնական ռեժիմ՝ 24 ժամ լուսավորություն (ներսի) և բույսերի աճի հավելյալ լուսավորություն (բացօթյա): Ներքին բույսերի աճեցման համար LED աճող լույսերի դիզայնը պետք է հաշվի առնի երեք ասպեկտ, ինչպես ցույց է տրված Նկար 4-ում: Հնարավոր չէ չիպսերը փաթեթավորել երեք հիմնական գույներով որոշակի համամասնությամբ:

Նկար 4, 24 ժամ լուսավորության համար փակ LED բույսերի ուժեղացուցիչ լույսեր օգտագործելու նախագծային գաղափարը

Օրինակ, տնկարանային փուլում գտնվող սպեկտրի համար, հաշվի առնելով, որ այն պետք է ուժեղացնի արմատների և ցողունների աճը, ամրացնի տերևների ճյուղավորումը և լույսի աղբյուրը օգտագործվի ներսում, սպեկտրը կարող է նախագծվել ինչպես ցույց է տրված Նկար 5-ում:

Նկար 5, Սպեկտրալ կառույցներ, որոնք հարմար են լուսադիոդային փակ տնկարանների ժամանակաշրջանի համար

Երկրորդ տիպի LED աճող լույսի նախագծման համար այն հիմնականում ուղղված է լույսի լրացման նախագծային լուծմանը, որը նպաստում է բացօթյա ջերմոցի հիմքում տնկմանը: Դիզայնի գաղափարը ներկայացված է Նկար 6-ում:

Նկար 6, Արտաքին աճող լույսերի դիզայնի գաղափարներ 

Հեղինակն առաջարկում է, որ ավելի շատ տնկող ընկերություններ ընդունեն երկրորդ տարբերակը՝ օգտագործելու LED լույսերը՝ բույսերի աճը խթանելու համար:

Նախ, Չինաստանի բացօթյա ջերմոցային մշակումը տասնամյակների մեծ քանակություն և փորձի լայն շրջանակ ունի, ինչպես հարավում, այնպես էլ հյուսիսում: Այն ունի ջերմոցային մշակման տեխնոլոգիայի լավ հիմք և ապահովում է մեծ քանակությամբ թարմ մրգեր և բանջարեղեններ շրջակա քաղաքների շուկայում: Հատկապես հողի և ջրի և պարարտանյութերի տնկման ոլորտում արվել են հարուստ հետազոտական ​​արդյունքներ։

Երկրորդ, այս տեսակի լրացուցիչ թեթև լուծույթը կարող է զգալիորեն նվազեցնել էներգիայի ավելորդ սպառումը և միևնույն ժամանակ արդյունավետորեն բարձրացնել մրգերի և բանջարեղենի բերքատվությունը: Բացի այդ, Չինաստանի հսկայական աշխարհագրական տարածքը շատ հարմար է առաջխաղացման համար:

Որպես LED բույսերի լուսավորության գիտական ​​հետազոտություն, այն նաև ավելի լայն փորձնական հիմք է տալիս դրա համար: Նկար 7-ը այս հետազոտական ​​թիմի կողմից մշակված LED աճող լույսի տեսակ է, որը հարմար է ջերմոցներում աճեցնելու համար, և դրա սպեկտրը ներկայացված է Նկար 8-ում:

Նկար 7, LED աճող լույսի մի տեսակ

Նկար 8, մի տեսակ LED աճող լույսի սպեկտր

Համաձայն վերը նշված նախագծային գաղափարների՝ հետազոտական ​​թիմը մի շարք փորձեր է անցկացրել, և փորձարարական արդյունքները շատ նշանակալի են։ Օրինակ՝ տնկարանում լույսի աճի համար օգտագործվող բնօրինակ լամպը 32 Վտ հզորությամբ լյումինեսցենտ լամպ է և 40 օր մանկական ցիկլը: Մենք տրամադրում ենք 12 Վտ LED լույս, որը կրճատում է սածիլների ցիկլը մինչև 30 օր, արդյունավետորեն նվազեցնում է սածիլների արտադրամասի լամպերի ջերմաստիճանի ազդեցությունը և խնայում օդորակիչի էներգիայի սպառումը: Սածիլների հաստությունը, երկարությունը և գույնը ավելի լավն են, քան սկզբնական սածիլների աճեցման լուծույթը: Սովորական բանջարեղենի սածիլների համար նույնպես ստացվել են լավ ստուգողական եզրակացություններ, որոնք ամփոփված են հետևյալ աղյուսակում.

Դրանցից լրացուցիչ լուսային խումբ PPFD՝ 70-80 μmol·m-2·s-1, իսկ կարմիր-կապույտ հարաբերակցությունը՝ 0,6-0,7: Բնական խմբի ցերեկային PPFD արժեքի միջակայքը կազմում էր 40~800 μmol·m-2·s-1, իսկ կարմիրի և կապույտի հարաբերակցությունը` 0,6~1,2: Կարելի է տեսնել, որ վերը նշված ցուցանիշներն ավելի լավն են, քան բնական աճեցված տնկիները։

Եզրակացություն

Այս հոդվածը ներկայացնում է բույսերի աճեցման մեջ LED աճող լույսերի կիրառման վերջին զարգացումները և մատնանշում է որոշ թյուրիմացություններ բույսերի աճեցման մեջ LED աճող լույսի կիրառման մեջ: Վերջապես, ներկայացվում են բույսերի աճեցման համար օգտագործվող LED աճող լույսերի մշակման տեխնիկական գաղափարներն ու սխեմաները: Պետք է նշել, որ կան նաև որոշ գործոններ, որոնք պետք է հաշվի առնել լույսի տեղադրման և օգտագործման ժամանակ, ինչպիսիք են լույսի և բույսի միջև հեռավորությունը, լամպի ճառագայթման միջակայքը և լույսը կիրառելու եղանակը: նորմալ ջուր, պարարտանյութ և հող:

Հեղինակ՝ Յի Վանգ և այլք։ Աղբյուր՝ CNKI