Уводзіны

Святло гуляе ключавую ролю ў працэсе росту раслін. Гэта лепшае ўгнаенне для паглынання раслінным хларафіла і засваення розных якасцей росту раслін, такіх як каратын. Аднак вырашальным фактарам, які вызначае рост раслін, з'яўляецца комплексны фактар, звязаны не толькі са святлом, але і неаддзельны ад канфігурацыі вады, глебы і ўгнаенняў, умоў асяроддзя росту і комплекснага тэхнічнага кантролю.

За апошнія два-тры гады з'яўлялася бясконцая колькасць паведамленняў аб прымяненні тэхналогіі паўправадніковага асвятлення ў дачыненні да трохмерных заводаў або росту раслін. Але пасля ўважлівага чытання заўсёды ўзнікае нейкае неспакойнае пачуццё. Наогул кажучы, няма сапраўднага разумення таго, якую ролю павінен гуляць святло ў росце раслін.

Спачатку давайце разбярэмся ў спектры сонца, як паказана на малюнку 1. Відаць, што сонечны спектр - гэта бесперапынны спектр, у якім сіні і зялёны спектр мацнейшыя за чырвоны спектр, а спектр бачнага святла вагаецца ад ад 380 да 780 нм. З інтэнсіўнасцю спектру звязаны рост арганізмаў у прыродзе. Напрыклад, большасць раслін у раёне экватара расце вельмі хутка, і ў той жа час памер іх росту адносна вялікі. Але высокая інтэнсіўнасць сонечнага апраменьвання не заўсёды з'яўляецца лепшай, і існуе пэўная ступень селектыўнасці для росту жывёл і раслін.

Малюнак 1. Характарыстыкі сонечнага спектру і спектру бачнага святла

Па-другое, другая дыяграма спектру некалькіх ключавых элементаў паглынання росту раслін паказана на малюнку 2.

Малюнак 2, Спектры паглынання некаторых аўксінаў у росце раслін

На малюнку 2 відаць, што спектры паглынання святла некалькіх ключавых аўксінаў, якія ўплываюць на рост раслін, значна адрозніваюцца. Такім чынам, прымяненне святлодыёдных свяцілень для росту раслін - справа не простая, а вельмі мэтанакіраваная. Тут неабходна ўвесці паняцці двух найважнейшых фотасінтэтычных элементаў росту раслін.

• Хларафіл

Хларафіл - адзін з найважнейшых пігментаў, звязаных з фотасінтэзам. Ён існуе ва ўсіх арганізмах, якія могуць ствараць фотасінтэз, уключаючы зялёныя расліны, пракарыётычныя сіне-зялёныя водарасці (цыянабактэрыі) і эукарыётычныя водарасці. Хларафіл паглынае энергію святла, якая затым выкарыстоўваецца для пераўтварэння вуглякіслага газу ў вугляводы.

Хларафіл а ў асноўным паглынае чырвонае святло, а хларафіл b у асноўным сіне-фіялетавае святло, галоўным чынам, каб адрозніць ценявыя расліны ад сонечных. Суадносіны хларафіла b і хларафіла a ў ценявых раслінах невялікія, таму ценявыя расліны могуць актыўна выкарыстоўваць сіняе святло і прыстасоўвацца да росту ў цені. Хларафіл а — сіне-зялёны, а хларафіл b — жоўта-зялёны. Ёсць два моцных паглынання хларафіла а і хларафіла b, адно ў чырвонай вобласці з даўжынёй хвалі 630-680 нм, а другое ў сіне-фіялетавай вобласці з даўжынёй хвалі 400-460 нм.

• Кароціноіды

Каратыноіды - гэта агульны тэрмін для класа важных прыродных пігментаў, якія звычайна сустракаюцца ў жоўтых, памяранцава-чырвоных або чырвоных пігментах жывёл, вышэйшых раслін, грыбоў і багавіння. Да гэтага часу выяўлена больш за 600 прыродных кароціноідаў.

Паглынанне святла кароціноідамі ахоплівае дыяпазон OD303~505 нм, які забяспечвае колер ежы і ўплывае на спажыванне ежы арганізмам. У багавіння, раслін і мікраарганізмаў яго колер пакрыты хларафілам і не можа праявіцца. У раслінных клетках кароціноіды, якія вырабляюцца, не толькі паглынаюць і перадаюць энергію, каб дапамагчы фотасінтэзу, але і выконваюць функцыю абароны клетак ад разбурэння ўзбуджанымі малекуламі кіслароду з адной электроннай сувяззю.

Нейкія канцэптуальныя непаразуменні

Незалежна ад энергазберагальнага эфекту, селектыўнасці святла і каардынацыі святла, паўправадніковае асвятленне паказала вялікія перавагі. Аднак з-за хуткага развіцця за апошнія два гады мы таксама ўбачылі шмат непаразуменняў у дызайне і прымяненні святла, якія ў асноўным адлюстроўваюцца ў наступных аспектах.

①Пакуль чырвоныя і сінія фішкі пэўнай даўжыні хвалі спалучаюцца ў пэўным суадносінах, іх можна выкарыстоўваць для вырошчвання раслін, напрыклад, суадносіны чырвонага і сіняга складае 4:1, 6:1, 9:1 і г.д. на.

②Пакуль гэта белае святло, яно можа замяніць сонечнае святло, напрыклад, белая светлавая трубка з трыма асноўнымі, якая шырока выкарыстоўваецца ў Японіі і г. д. Выкарыстанне гэтых спектраў аказвае пэўны ўплыў на рост раслін, але эфект не так добра, як святлодыёдны крыніца святла.

③Пакуль PPFD (шчыльнасць квантавага патоку святла), важны параметр асветленасці, дасягае пэўнага паказчыка, напрыклад, PPFD перавышае 200 мкмоль·м-2·с-1. Аднак пры выкарыстанні гэтага індыкатара неабходна звярнуць увагу на тое, ці з'яўляецца гэта ценявым або сонечным раслінай. Вам трэба запытаць або знайсці кропку насычэння святлокампенсацыі гэтых раслін, якую таксама называюць кропкай святлокампенсацыі. Пры рэальным ужыванні расада часта згарае або засохне. Такім чынам, распрацоўка гэтага параметру павінна быць распрацавана ў адпаведнасці з відам раслін, асяроддзем росту і ўмовамі.

Што датычыцца першага аспекту, як было паказана ва ўводзінах, спектр, неабходны для росту раслін, павінен быць бесперапынным спектрам з пэўнай шырынёй размеркавання. Відавочна, што недарэчна выкарыстоўваць крыніцу святла з дзвюх чыпаў з пэўнай даўжынёй хвалі чырвонага і сіняга з вельмі вузкім спектрам (як паказана на малюнку 3(a)). У ходзе эксперыментаў было ўстаноўлена, што расліны, як правіла, жаўтлявыя, сцеблы лісця вельмі светлыя, а сцеблы лісця вельмі тонкія.

Для люмінесцэнтных трубак з трыма асноўнымі колерамі, якія звычайна выкарыстоўваліся ў папярэднія гады, хаця белы сінтэзаваны, чырвоны, зялёны і сіні спектры падзеленыя (як паказана на малюнку 3(b)), а шырыня спектру вельмі вузкая. Спектральная інтэнсіўнасць наступнай бесперапыннай часткі адносна слабая, а магутнасць па-ранейшаму адносна вялікая ў параўнанні са святлодыёдамі, спажыванне энергіі ў 1,5-3 разы. Такім чынам, эфект выкарыстання не такі добры, як святлодыёдныя ліхтары.

Малюнак 3. Чырвоны і сіні святлодыёдны святло для раслін і спектр люмінесцэнтнага святла трох асноўных колераў

PPFD - гэта шчыльнасць светлавога квантавага патоку, якая адносіцца да эфектыўнай радыяцыйнай шчыльнасці светлавога патоку святла ў працэсе фотасінтэзу, якая ўяўляе сабой агульную колькасць квантаў святла, якія падаюць на сцеблы лісця расліны ў дыяпазоне даўжынь хваль ад 400 да 700 нм на адзінку часу і на адзінку плошчы . Яе адзінка - мкЭ·м-2·с-1 (мкмоль·м-2·с-1). Фотасінтэтычна актыўная радыяцыя (ФАР) адносіцца да сумарнай сонечнай радыяцыі з даўжынёй хвалі ў дыяпазоне ад 400 да 700 нм. Яно можа выяўляцца альбо квантамі святла, альбо прамяністай энергіяй.

У мінулым інтэнсіўнасць святла, якая адлюстроўваецца асвятляльнікам, была яркасцю, але спектр росту раслін змяняецца з-за вышыні асвятляльнага прыбора ад расліны, ахопу святла і таго, ці можа святло праходзіць праз лісце. Такім чынам, недакладна выкарыстоўваць пар у якасці індыкатара інтэнсіўнасці святла пры вывучэнні фотасінтэзу.

Як правіла, механізм фотасінтэзу можа быць запушчаны, калі PPFD сонцалюбівай расліны перавышае 50 мкмоль·м-2·с-1, у той час як PPFD ценявой расліны патрабуецца толькі 20 мкмоль·м-2·с-1 . Такім чынам, купляючы святлодыёдныя ліхтары для вырошчвання, вы можаце выбраць колькасць святлодыёдных ліхтароў для вырошчвання ў залежнасці ад гэтага эталоннага значэння і тыпу раслін, якія вы саджаеце. Напрыклад, калі PPFD аднаго святлодыёда складае 20 мкмоль·м-2·с-1, для вырошчвання сонечных раслін спатрэбіцца больш за 3 святлодыёдныя лямпы.

Некалькі канструктыўных рашэнняў паўправадніковага асвятлення

Паўправадніковае асвятленне выкарыстоўваецца для росту або пасадкі раслін, і існуе два асноўных эталонных метаду.

• У цяперашні час у Кітаі вельмі гарачая мадэль пакаёвых раслін. Гэтая мадэль мае некалькі характарыстык:

①Роля святлодыёдных ліхтароў заключаецца ў забеспячэнні поўнага спектру асвятлення раслін, і сістэма асвятлення павінна забяспечваць усю энергію асвятлення, а кошт вытворчасці адносна высокі;
②Канструкцыя святлодыёдных ліхтароў для вырошчвання павінна ўлічваць бесперапыннасць і цэласнасць спектру;
③Неабходна эфектыўна кантраляваць час і інтэнсіўнасць асвятлення, напрыклад, даць раслінам адпачыць на працягу некалькіх гадзін, інтэнсіўнасць апраменьвання недастатковая або занадта моцная і г.д.;
④Увесь працэс павінен імітаваць умовы, неабходныя для фактычнага аптымальнага асяроддзя росту раслін на адкрытым паветры, такія як вільготнасць, тэмпература і канцэнтрацыя CO2.

• Рэжым пасадкі на адкрытым паветры з добрай асновай для пасадкі на адкрытым паветры. Характарыстыкі гэтай мадэлі:

①Роля святлодыёдных ліхтароў - дапаўняць святло. Адным з іх з'яўляецца павышэнне інтэнсіўнасці святла ў сініх і чырвоных абласцях пад апраменьваннем сонечнага святла на працягу дня, каб паспрыяць фотасінтэзу раслін, а другім з'яўляецца кампенсацыя адсутнасці сонечнага святла ўначы, каб паспрыяць хуткасці росту раслін.
②Дадатковае асвятленне павінна ўлічваць, на якой стадыі росту знаходзіцца расліна, напрыклад, у перыяд расады або перыяд цвіцення і плоданашэння.

Такім чынам, дызайн святлодыёдных ліхтароў для вырошчвання раслін павінен спачатку мець два асноўныя рэжымы праектавання, а менавіта: кругласутачнае асвятленне (у памяшканні) і дадатковае асвятленне для росту раслін (на вуліцы). Для вырошчвання раслін у памяшканні дызайн святлодыёдных ліхтароў павінен улічваць тры аспекты, як паказана на малюнку 4. Немагчыма спакаваць чыпсы з трыма асноўнымі колерамі ў пэўнай прапорцыі.

Малюнак 4. Ідэя дызайну выкарыстання ўнутраных святлодыёдных дадатковых ліхтароў для раслін для кругласутачнага асвятлення

Напрыклад, для спектру на стадыі гадавальніка, улічваючы, што ён павінен узмацніць рост каранёў і сцеблаў, узмацніць разгалінаванне лісця, а крыніца святла выкарыстоўваецца ў памяшканні, спектр можа быць распрацаваны, як паказана на малюнку 5.

Малюнак 5. Спектральныя канструкцыі, прыдатныя для святлодыёдаў у дзіцячым садзе ў памяшканні

Дызайн другога тыпу святлодыёдных свяцілень для вырошчвання ў асноўным арыентаваны на дызайнерскае рашэнне дадатковага святла для садзейнічання пасадцы ў падставе адкрытай цяпліцы. Ідэя дызайну паказана на малюнку 6.

Малюнак 6, Ідэі дызайну вулічных лямпаў для вырошчвання 

Аўтар прапануе большай колькасці кампаній, якія садзяць расліны, прыняць другі варыянт выкарыстання святлодыёдных ліхтароў для стымулявання росту раслін.

Перш за ўсё, кітайскае вырошчванне ў адкрытых цяпліцах назапашана дзесяцігоддзямі вялікі і шырокі вопыт як на поўдні, так і на поўначы. Ён мае добрую аснову цяплічнай тэхналогіі вырошчвання і забяспечвае вялікую колькасць свежай садавіны і агародніны на рынку навакольных гарадоў. Асабліва ў галіне глебы і вады і раслінных угнаенняў былі зроблены багатыя вынікі даследаванняў.

Па-другое, такое дадатковае асвятляльнае рашэнне можа значна паменшыць непатрэбнае спажыванне энергіі і ў той жа час можа эфектыўна павялічыць ураджайнасць садавіны і агародніны. Акрамя таго, шырокая геаграфічная зона Кітая вельмі зручная для прасоўвання.

Як навуковае даследаванне святлодыёднага асвятлення раслін, яно таксама забяспечвае для яго больш шырокую эксперыментальную базу. Малюнак 7 - гэта своеасаблівы святлодыёдны свяцільнік для вырошчвання, распрацаваны гэтай даследчай групай, які падыходзіць для вырошчвання ў цяпліцах, і яго спектр паказаны на малюнку 8.

Малюнак 7. Своеасаблівы святлодыёдны свяцільнік для вырошчвання

Малюнак 8, спектр своеасаблівага святлодыёда для росту

У адпаведнасці з вышэйзгаданымі дызайнерскімі ідэямі даследчая група правяла серыю эксперыментаў, і эксперыментальныя вынікі вельмі значныя. Напрыклад, для вырошчвання асвятлення ў гадавальніку выкарыстоўваецца арыгінальная люмінесцэнтная лямпа з магутнасцю 32 Вт і цыклам гадавання 40 дзён. Мы прапануем святлодыёдны свяцільнік магутнасцю 12 Вт, які скарачае цыкл расады да 30 дзён, эфектыўна зніжае ўплыў тэмпературы лямпаў у рассадным цэху і эканоміць энергаспажыванне кандыцыянера. Таўшчыня, даўжыня і колер расады лепш, чым у арыгінальнага раствора для вырошчвання расады. Для расады звычайных гародніны таксама атрыманы добрыя высновы праверкі, якія зведзены ў наступнай табліцы.

Сярод іх дадатковая светлавая група PPFD: 70-80 мкмоль·м-2·с-1 і суадносіны чырвона-сіняга: 0,6-0,7. Дыяпазон дзённага значэння PPFD натуральнай групы складаў 40~800 мкмоль·м-2·с-1, а стаўленне чырвонага да сіняга было 0,6~1,2. Відаць, што вышэйпералічаныя паказчыкі лепш, чым у натуральных саджанцаў.

Заключэнне

Гэты артыкул знаёміць з апошнімі распрацоўкамі ў галіне прымянення святлодыёдных ліхтароў для вырошчвання раслін і паказвае на некаторыя непаразуменні пры выкарыстанні святлодыёдных ліхтароў для вырошчвання раслін. Нарэшце, прадстаўлены тэхнічныя ідэі і схемы распрацоўкі святлодыёдных свяцілень, якія выкарыстоўваюцца для вырошчвання раслін. Варта адзначыць, што ёсць таксама некаторыя фактары, якія неабходна ўлічваць пры ўсталёўцы і выкарыстанні свяцільні, напрыклад, адлегласць паміж свяцільнікам і раслінай, дыяпазон апраменьвання лямпы і спосаб падачы святла з звычайная вада, ўгнаенні і глеба.

Аўтар: Yi Wang і інш. Крыніца: CNKI