Ներածություն

Լույսը կարևոր դեր է խաղում բույսերի աճի գործընթացում: Այն լավագույն պարարտանյութն է բույսերի քլորոֆիլի և բույսերի աճի տարբեր հատկությունների, օրինակ՝ կարոտինի, կլանումը խթանելու համար: Այնուամենայնիվ, բույսերի աճը որոշող որոշիչ գործոնը համապարփակ գործոն է, որը կապված է ոչ միայն լույսի հետ, այլև անբաժանելի է ջրի, հողի և պարարտանյութի կազմաձևից, աճի միջավայրի պայմաններից և համապարփակ տեխնիկական վերահսկողությունից:

Վերջին երկու-երեք տարիների ընթացքում անվերջ հաղորդագրություններ են եղել կիսահաղորդչային լուսավորության տեխնոլոգիայի կիրառման մասին եռաչափ գործարաններում կամ բույսերի աճին վերաբերող։ Սակայն դրանք ուշադիր կարդալուց հետո միշտ առաջանում է որոշակի անհարմարության զգացում։ Ընդհանուր առմամբ, չկա իրական պատկերացում այն ​​մասին, թե ինչպիսի դեր պետք է խաղա լույսը բույսերի աճի մեջ։

Նախ, եկեք հասկանանք արևի սպեկտրը, ինչպես ցույց է տրված նկար 1-ում: Կարելի է տեսնել, որ արևի սպեկտրը անընդհատ սպեկտր է, որտեղ կապույտ և կանաչ սպեկտրները ավելի ուժեղ են, քան կարմիր սպեկտրը, իսկ տեսանելի լույսի սպեկտրը տատանվում է 380-ից մինչև 780 նմ: Բնության մեջ օրգանիզմների աճը կապված է սպեկտրի ինտենսիվության հետ: Օրինակ, հասարակածի մոտ գտնվող տարածքում բույսերի մեծ մասը շատ արագ է աճում, և միևնույն ժամանակ, դրանց աճի չափը համեմատաբար մեծ է: Սակայն արևի ճառագայթման բարձր ինտենսիվությունը միշտ չէ, որ ավելի լավն է, և կենդանիների և բույսերի աճի համար կա որոշակի աստիճանի ընտրողականություն:

Նկար 1, Արեգակնային սպեկտրի և տեսանելի լույսի սպեկտրի բնութագրերը

Երկրորդ, բույսերի աճի մի քանի հիմնական կլանման տարրերի երկրորդ սպեկտրային դիագրամը ներկայացված է նկար 2-ում։

Նկար 2, Բույսերի աճի ընթացքում մի քանի օքսինների կլանման սպեկտրներ

Նկար 2-ից երևում է, որ բույսերի աճին ազդող մի քանի հիմնական օքսինների լույսի կլանման սպեկտրները զգալիորեն տարբերվում են։ Հետևաբար, բույսերի աճի լուսադիոդային լամպերի կիրառումը պարզ հարց չէ, այլ շատ նպատակային։ Այստեղ անհրաժեշտ է ներկայացնել բույսերի աճի երկու ամենակարևոր ֆոտոսինթետիկ տարրերի հասկացությունները։

• Քլորոֆիլ

Քլորոֆիլը ֆոտոսինթեզի հետ կապված ամենակարևոր գունանյութերից մեկն է: Այն առկա է բոլոր օրգանիզմներում, որոնք կարող են ստեղծել ֆոտոսինթեզ, ներառյալ կանաչ բույսերը, պրոկարիոտիկ կապտականաչ ջրիմուռները (ցիանոբակտերիաներ) և էուկարիոտ 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-ն՝ կապտամանուշակագույն լույսը, հիմնականում ստվերային բույսերը արևային բույսերից տարբերելու համար: Ստվերային բույսերի քլորոֆիլ b-ի և քլորոֆիլ a-ի հարաբերակցությունը փոքր է, ուստի ստվերային բույսերը կարող են ուժեղ օգտագործել կապույտ լույսը և հարմարվել ստվերում աճելուն: Քլորոֆիլ a-ն կապտականաչավուն է, իսկ քլորոֆիլ b-ն՝ դեղնականաչավուն: Կան քլորոֆիլ a-ի և քլորոֆիլ b-ի երկու ուժեղ կլանում՝ մեկը կարմիր շրջանում՝ 630-680 նմ ալիքի երկարությամբ, իսկ մյուսը՝ կապտամանուշակագույն շրջանում՝ 400-460 նմ ալիքի երկարությամբ:

• Կարոտինոիդներ

Կարոտինոիդները կարևոր բնական գունանյութերի դասի ընդհանուր անվանումն են, որոնք սովորաբար հանդիպում են կենդանիների, բարձրակարգ բույսերի, սնկերի և ջրիմուռների դեղին, նարնջագույն-կարմիր կամ կարմիր գունանյութերի մեջ։ Մինչ օրս հայտնաբերվել է ավելի քան 600 բնական կարոտինոիդ։

Կարոտինոիդների լույսի կլանումը ընդգրկում է OD303~505 նմ միջակայքը, որը որոշում է սննդի գույնը և ազդում օրգանիզմի կողմից սննդի ընդունման վրա: Ջրիմուռներում, բույսերում և միկրոօրգանիզմներում դրա գույնը ծածկված է քլորոֆիլով և չի կարող երևալ: Բույսերի բջիջներում արտադրված կարոտինոիդները ոչ միայն կլանում և փոխանցում են էներգիա՝ ֆոտոսինթեզը օգնելու համար, այլև ունեն բջիջները պաշտպանելու գործառույթ՝ գրգռված միաէլեկտրոնային կապի թթվածնի մոլեկուլների կողմից ոչնչացումից:

Որոշ հասկացողական թյուրըմբռնումներ

Անկախ էներգախնայողության ազդեցությունից, լույսի ընտրողականությունից և լույսի կոորդինացումից, կիսահաղորդչային լուսավորությունը ցույց է տվել մեծ առավելություններ: Այնուամենայնիվ, վերջին երկու տարիների արագ զարգացման արդյունքում մենք նաև տեսել ենք լույսի նախագծման և կիրառման բազմաթիվ թյուրըմբռնումներ, 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 է և այլն:

② Քանի դեռ դա սպիտակ լույս է, այն կարող է փոխարինել արևի լույսին, օրինակ՝ Ճապոնիայում լայնորեն օգտագործվող եռակի սպիտակ լույսի խողովակը և այլն: Այս սպեկտրների օգտագործումը որոշակի ազդեցություն ունի բույսերի աճի վրա, բայց ազդեցությունը այնքան լավ չէ, որքան LED-ի կողմից ստեղծված լույսի աղբյուրը:

③ Քանի դեռ լուսավորության կարևոր պարամետր՝ լույսի քվանտային հոսքի խտությունը (PPFD), հասնում է որոշակի ցուցանիշի, օրինակ՝ PPFD-ն մեծ է 200 մկմոլ·մ-2·վ-1-ից։ Այնուամենայնիվ, այս ցուցանիշն օգտագործելիս պետք է ուշադրություն դարձնել, թե դա ստվերային բույս ​​է, թե արևային։ Անհրաժեշտ է հարցնել կամ գտնել այդ բույսերի լույսի փոխհատուցման հագեցվածության կետը, որը նաև կոչվում է լույսի փոխհատուցման կետ։ Իրական կիրառություններում սածիլները հաճախ այրվում կամ չորանում են։ Հետևաբար, այս պարամետրի նախագծումը պետք է նախագծվի բույսի տեսակին, աճի միջավայրին և պայմաններին համապատասխան։

Առաջին ասպեկտի վերաբերյալ, ինչպես ներկայացվել է նախաբանում, բույսերի աճի համար անհրաժեշտ սպեկտրը պետք է լինի անընդհատ սպեկտր՝ որոշակի բաշխման լայնությամբ: Ակնհայտ է, որ անտեղի է օգտագործել լույսի աղբյուր, որը պատրաստված է կարմիր և կապույտ երկու հատուկ ալիքի երկարության չիպերից՝ շատ նեղ սպեկտրով (ինչպես ցույց է տրված նկար 3(ա)-ում): Փորձերի ժամանակ պարզվել է, որ բույսերը հակված են դեղնավուն լինելու, տերևների ցողունները շատ բաց են, իսկ տերևների ցողունները՝ շատ բարակ:

Նախորդ տարիներին լայնորեն օգտագործվող երեք հիմնական գույներով լյումինեսցենտային լամպերի դեպքում, 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: Հաջորդող անընդհատ մասի սպեկտրային ինտենսիվությունը համեմատաբար թույլ է, և հզորությունը դեռևս համեմատաբար մեծ է LED-ների համեմատ՝ էներգիայի սպառման 1.5-ից 3 անգամ: Հետևաբար, օգտագործման էֆեկտը այնքան լավ չէ, որքան LED լամպերի դեպքում:

Նկար 3, Կարմիր և կապույտ չիպային LED բույսերի լույսի և եռահիմնական գույների լյումինեսցենտային լույսի սպեկտր

PPFD-ն լույսի քվանտային հոսքի խտությունն է, որը վերաբերում է լույսի արդյունավետ ճառագայթման լուսային հոսքի խտությանը ֆոտոսինթեզում, որը ներկայացնում է բույսի տերևի ցողունների վրա ընկնող լույսի քվանտների ընդհանուր քանակը 400-ից 700 նմ ալիքի երկարության միջակայքում՝ ժամանակի միավորում և մակերեսի միավորում: Դրա միավորը μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1) է: Ֆոտոսինթետիկ ակտիվ ճառագայթումը (PAR) վերաբերում է ընդհանուր արեգակնային ճառագայթմանը՝ 400-ից 700 նմ ալիքի երկարությամբ միջակայքում: Այն կարող է արտահայտվել կամ լույսի քվանտներով, կամ ճառագայթային էներգիայով:

Անցյալում լուսաչափի կողմից անդրադարձվող լույսի ինտենսիվությունը պայծառությունն էր, սակայն բույսերի աճի սպեկտրը փոխվում է՝ կախված բույսից եկող լուսատուի բարձրությունից, լույսի ծածկույթից և այն բանից, թե արդյոք լույսը կարող է անցնել տերևների միջով։ Հետևաբար, ֆոտոսինթեզի ուսումնասիրության մեջ par-ը որպես լույսի ինտենսիվության ցուցիչ օգտագործելը ճշգրիտ չէ։

Ընդհանուր առմամբ, ֆոտոսինթեզի մեխանիզմը կարող է սկսվել, երբ արևասեր բույսի PPFD-ը (արտաքին աճի լույսի գործակից) մեծ է 50 մկմոլ·մ-2·վ-1-ից, մինչդեռ ստվերոտ բույսի PPFD-ին անհրաժեշտ է ընդամենը 20 մկմոլ·մ-2·վ-1: Հետևաբար, LED աճեցման լամպեր գնելիս կարող եք ընտրել LED աճեցման լամպերի քանակը՝ հիմնվելով այս հղման արժեքի և տնկվող բույսերի տեսակի վրա: Օրինակ, եթե մեկ LED լույսի PPFD-ը 20 մկմոլ·մ-2·վ-1 է, արևասեր բույսեր աճեցնելու համար անհրաժեշտ է ավելի քան 3 LED լամպ:

Կիսահաղորդչային լուսավորության մի քանի նախագծային լուծումներ

Կիսահաղորդչային լուսավորությունն օգտագործվում է բույսերի աճի կամ տնկման համար, և կան երկու հիմնական հղման մեթոդներ։

• Ներկայումս Չինաստանում շատ տարածված է փակ տարածքներում տնկման մոդելը։ Այս մոդելն ունի մի քանի բնութագրեր.

① LED լամպերի դերը բույսերի լուսավորության ամբողջական սպեկտրը ապահովելն է, և լուսավորության համակարգը պետք է ապահովի լուսավորության ողջ էներգիան, իսկ արտադրության արժեքը համեմատաբար բարձր է։
② LED աճեցման լույսերի նախագծումը պետք է հաշվի առնի սպեկտրի շարունակականությունն ու ամբողջականությունը։
③ Անհրաժեշտ է արդյունավետորեն վերահսկել լուսավորման ժամանակը և լուսավորման ինտենսիվությունը, օրինակ՝ թողնել բույսերը մի քանի ժամ հանգստանալ, ճառագայթման ինտենսիվությունը բավարար չէ կամ չափազանց ուժեղ է և այլն։
④Ամբողջ գործընթացը պետք է ընդօրինակի բույսերի իրական օպտիմալ աճի միջավայրի համար անհրաժեշտ պայմանները, ինչպիսիք են խոնավությունը, ջերմաստիճանը և CO2 կոնցենտրացիան։

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

① LED լամպերի դերը լույսը լրացնելն է։ Մեկը լույսի ինտենսիվությունը բարձրացնելն է կապույտ և կարմիր հատվածներում արևի լույսի ազդեցության տակ՝ բույսերի ֆոտոսինթեզը խթանելու համար, իսկ մյուսը՝ գիշերը արևի լույսի բացակայության դեպքում փոխհատուցելը՝ բույսերի աճի տեմպը խթանելու համար։
②Լրացուցիչ լույսը պետք է հաշվի առնի բույսի աճի փուլը, օրինակ՝ սածիլների կամ ծաղկման և պտղաբերման շրջանը։

Հետևաբար, LED բույսերի աճեցման լամպերի նախագծումը նախ պետք է ունենա երկու հիմնական նախագծման ռեժիմ՝ 24-ժամյա լուսավորություն (ներսում) և բույսերի աճի լրացուցիչ լուսավորություն (դրսում): Ներքին բույսերի մշակման համար LED աճեցման լամպերի նախագծումը պետք է հաշվի առնի երեք ասպեկտ, ինչպես ցույց է տրված նկար 4-ում: Հնարավոր չէ չիպերը փաթեթավորել երեք հիմնական գույներով՝ որոշակի համամասնությամբ:

Նկար 4, 24-ժամյա լուսավորության համար ներքին LED բույսերի խթանիչ լամպերի օգտագործման դիզայնի գաղափարը

Օրինակ, տնկարանային փուլում գտնվող սպեկտրի համար, հաշվի առնելով, որ այն պետք է ամրապնդի արմատների և ցողունների աճը, ամրացնի տերևների ճյուղավորումը, և լույսի աղբյուրը օգտագործվում է ներսում, սպեկտրը կարող է նախագծվել նկար 5-ում ցույց տրվածի պես։

Նկար 5, Սպեկտրալ կառուցվածքներ, որոնք հարմար են LED լամպերի ներսի համար նախատեսված մանկապարտեզի ժամանակահատվածում

Երկրորդ տեսակի LED աճեցման լամպի նախագծման համար հիմնականում նպատակաուղղված է լրացուցիչ լույսի նախագծային լուծմանը՝ բացօթյա ջերմոցի հիմքում տնկումը խթանելու համար: Նախագծման գաղափարը ներկայացված է նկար 6-ում:

Նկար 6, Արտաքին աճեցման լամպերի դիզայնի գաղափարներ 

Հեղինակը առաջարկում է, որ ավելի շատ տնկարկային ընկերություններ ընդունեն երկրորդ տարբերակը՝ օգտագործել LED լույսեր՝ բույսերի աճը խթանելու համար։

Նախևառաջ, Չինաստանի բացօթյա ջերմոցային մշակությունը տասնամյակների մեծ փորձ ունի՝ թե՛ հարավում, թե՛ հյուսիսում: Այն ջերմոցային մշակության տեխնոլոգիայի լավ հիմք ունի և շրջակա քաղաքների շուկա է մատակարարում մեծ քանակությամբ թարմ մրգեր և բանջարեղեն: Հատկապես հողի, ջրի և պարարտանյութերի ցանքի ոլորտում հարուստ հետազոտական ​​արդյունքներ են ստացվել:

Երկրորդ, այս տեսակի լրացուցիչ լույսի լուծումը կարող է զգալիորեն կրճատել էներգիայի ավելորդ սպառումը և միևնույն ժամանակ կարող է արդյունավետորեն բարձրացնել մրգերի և բանջարեղենի բերքատվությունը: Բացի այդ, Չինաստանի լայն աշխարհագրական տարածքը շատ հարմար է գովազդի համար:

Որպես բույսերի լուսադիոդային լուսավորության գիտական ​​հետազոտություն, այն նաև ապահովում է ավելի լայն փորձարարական հիմք դրա համար: Նկար 7-ը ներկայացնում է այս հետազոտական ​​խմբի կողմից մշակված լուսադիոդային աճեցման լամպի մի տեսակ, որը հարմար է ջերմոցներում աճեցնելու համար, և դրա սպեկտրը ներկայացված է Նկար 8-ում:

Նկար 7, LED աճեցման լամպի տեսակ

Նկար 8, LED աճեցման լամպի տեսակի սպեկտրը

Վերոնշյալ նախագծային գաղափարների համաձայն, հետազոտական ​​​​խումբը մի շարք փորձեր է անցկացրել, և փորձարարական արդյունքները շատ նշանակալից են: Օրինակ՝ տնկարանային լուսավորության համար օգտագործվել է 32 Վտ հզորությամբ և 40-օրյա տնկարանային ցիկլով լյումինեսցենտային լամպ: Մենք տրամադրում ենք 12 Վտ հզորությամբ LED լամպ, որը կրճատում է տնկիների ցիկլը մինչև 30 օր, արդյունավետորեն նվազեցնում է տնկիների արտադրամասում լամպերի ջերմաստիճանի ազդեցությունը և խնայում օդորակիչի էներգիայի սպառումը: Սածիլների հաստությունը, երկարությունը և գույնը ավելի լավն են, քան տնկիների աճեցման սկզբնական լուծումը: Սովորական բանջարեղենի սածիլների համար նույնպես ստացվել են լավ ստուգման եզրակացություններ, որոնք ամփոփված են հետևյալ աղյուսակում:

Դրանց թվում են լրացուցիչ լույսի խումբը՝ PPFD՝ 70-80 մկմոլ·մ-2·ս-1, իսկ կարմիր-կապույտ հարաբերակցությունը՝ 0.6-0.7: Բնական խմբի ցերեկային PPFD արժեքի միջակայքը կազմել է 40~800 մկմոլ·մ-2·ս-1, իսկ կարմիրի և կապույտի հարաբերակցությունը՝ 0.6~1.2: Կարելի է տեսնել, որ վերը նշված ցուցանիշները ավելի լավն են, քան բնական աճեցված սածիլներինը:

Եզրակացություն

Այս հոդվածը ներկայացնում է բույսերի մշակության մեջ LED աճեցման լամպերի կիրառման վերջին զարգացումները և մատնանշում է բույսերի մշակության մեջ LED աճեցման լամպերի կիրառման որոշ թյուրըմբռնումներ: Վերջապես, ներկայացվում են բույսերի մշակության համար օգտագործվող LED աճեցման լամպերի մշակման տեխնիկական գաղափարներն ու սխեմաները: Պետք է նշել, որ լույսի տեղադրման և օգտագործման ժամանակ կան նաև որոշ գործոններ, որոնք պետք է հաշվի առնել, ինչպիսիք են լույսի և բույսի միջև հեռավորությունը, լամպի ճառագայթման միջակայքը և լույսը սովորական ջրի, պարարտանյութի և հողի հետ կիրառելու եղանակը:

Հեղինակ՝ Յի Վանգ և այլք։ Աղբյուր՝ CNKI