Einführung

Licht spielt eine Schlüsselrolle im Prozess des Pflanzenwachstums. Es ist der beste Dünger, um die Absorption von Pflanzenchlorophyll und die Absorption verschiedener Pflanzenwachstumsqualitäten wie Carotin zu fördern. Der entscheidende Faktor, der das Wachstum von Pflanzen bestimmt, ist jedoch ein umfassender Faktor, der nicht nur mit Licht zusammenhängt, sondern auch untrennbar mit der Konfiguration von Wasser, Boden und Dünger, Wachstumsumgebung und umfassenden technischen Kontrolle verbunden ist.

In den letzten zwei oder drei Jahren gab es endlose Berichte über die Anwendung der Halbleiterbeleuchtungstechnologie über dreidimensionale Anlagenfabriken oder das Pflanzenwachstum. Aber nachdem es sorgfältig gelesen wurde, gibt es immer ein unruhiges Gefühl. Im Allgemeinen gibt es kein wirkliches Verständnis dafür, welche Rolle Licht im Pflanzenwachstum spielen sollte.

Lassen Sie uns zunächst das Spektrum der Sonne verstehen, wie in Abbildung 1 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass das Sonnenspektrum ein kontinuierliches Spektrum ist, in dem das blaue und grüne Spektrum stärker sind als das rote Spektrum, und das sichtbare Lichtspektrum reich 380 bis 780 nm. Das Wachstum von Organismen in der Natur hängt mit der Intensität des Spektrums zusammen. Zum Beispiel wachsen die meisten Pflanzen im Bereich in der Nähe des Äquators sehr schnell, und gleichzeitig ist die Größe ihres Wachstums relativ groß. Die hohe Intensität der Bestrahlung der Sonne ist jedoch nicht immer die bessere, und es gibt ein gewisses Maß an Selektivität für das Wachstum von Tieren und Pflanzen.

Abbildung 1, die Eigenschaften des Sonnenspektrums und sein sichtbares Lichtspektrum

Zweitens ist das zweite Spektrumdiagramm mehrerer wichtiger Absorptionselemente des Pflanzenwachstums in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2, Absorptionsspektren mehrerer Auxine im Pflanzenwachstum

Aus Abbildung 2 ist ersichtlich, dass die Lichtabsorptionsspektren mehrerer wichtiger Auxine, die das Pflanzenwachstum beeinflussen, erheblich unterschiedlich sind. Daher ist die Anwendung von LED -Pflanzenwachstumslichtern keine einfache Angelegenheit, sondern sehr gezielt. Hier ist es notwendig, die Konzepte der beiden wichtigsten wachstumsstarken Elemente der photosynthetischen Pflanzen einzuführen.

• Chlorophyll

Chlorophyll ist eines der wichtigsten Pigmente mit der Photosynthese. Es existiert in allen Organismen, die Photosynthese erzeugen können, darunter grüne Pflanzen, prokaryotische blaugrüne Algen (Cyanobakterien) und eukaryotische Algen. Chlorophyll absorbiert Energie vom Licht, das dann verwendet wird, um Kohlendioxid in Kohlenhydrate umzuwandeln.

Chlorophyll A absorbiert hauptsächlich rotes Licht, und Chlorophyll B absorbiert hauptsächlich Blau-Violett-Licht, hauptsächlich, um Schattenpflanzen von Sonnenpflanzen zu unterscheiden. Das Verhältnis von Chlorophyll B zu Chlorophyll A von Schattenpflanzen ist klein, sodass Schattenpflanzen blaues Licht stark verwenden und sich an das Wachstum im Schatten anpassen können. Chlorophyll A ist blaugrün und Chlorophyll B ist gelbgrün. Es gibt zwei starke Absorptionen von Chlorophyll A und Chlorophyll B, einen im roten Bereich mit einer Wellenlänge von 630-680 nm und eine im blau-violetten Bereich mit einer Wellenlänge von 400-460 nm.

• Carotinoide

Carotinoide sind der allgemeine Begriff für eine Klasse wichtiger natürlicher Pigmente, die häufig in gelben, orange-roten oder roten Pigmenten bei Tieren, höheren Pflanzen, Pilzen und Algen enthalten sind. Bisher wurden mehr als 600 natürliche Carotinoide entdeckt.

Die leichte Absorption von Carotinoiden deckt den Bereich von OD303 ~ 505 nm ab, der die Farbe von Nahrung liefert und die Nahrungsaufnahme des Körpers beeinflusst. In Algen, Pflanzen und Mikroorganismen ist seine Farbe von Chlorophyll bedeckt und kann nicht erscheinen. In Pflanzenzellen absorbieren die Carotinoide nicht nur Energie, um die Photosynthese zu unterstützen, sondern haben auch die Funktion, Zellen vor angeregten Sauerstoffmolekülen mit einer Elektronenbindung zu schützen.

Einige konzeptionelle Missverständnisse

Unabhängig vom energiesparenden Effekt, der Lichtselektivität und der Koordination von Licht hat die Halbleiterbeleuchtung große Vorteile gezeigt. Aus der schnellen Entwicklung der letzten zwei Jahre haben wir jedoch auch viele Missverständnisse in der Gestaltung und Anwendung von Licht gesehen, die sich hauptsächlich in den folgenden Aspekten widerspiegeln.

① Solange die roten und blauen Chips einer bestimmten Wellenlänge in einem bestimmten Verhältnis kombiniert werden, können sie zum Beispiel für den Anbau von Pflanzen verwendet werden. Das Verhältnis von Rot zu Blau beträgt 4: 1, 6: 1, 9: 1 und so und so An.

② Solange es weißes Licht ist, kann es das Licht der Sonne ersetzen, wie das in Japan weit verbreitete dreiprimäre weiße Lichtrohr usw. Die Verwendung dieser Spektren wirkt sich sicher auf das Wachstum von Pflanzen aus, aber der Effekt ist Nicht so gut wie die Lichtquelle von LED.

So lange wie die PPFD (Lichtquantenflussdichte), ein wichtiger Beleuchtungsparameter, erreicht einen bestimmten Index, beispielsweise ist PPFD größer als 200 μmol · M-2 · S-1. Wenn Sie diesen Indikator verwenden, müssen Sie jedoch darauf achten, ob es sich um eine Schattenpflanze oder eine Sonnenanlage handelt. Sie müssen den Sättigungspunkt für Lichtkompensation dieser Pflanzen abfragen oder finden, der auch als Lichtkompensationspunkt bezeichnet wird. In tatsächlichen Anwendungen werden Sämlinge häufig verbrannt oder verdorrt. Daher muss die Gestaltung dieses Parameters gemäß den Pflanzenarten, der Wachstumsumgebung und den Bedingungen ausgelegt werden.

In Bezug auf den ersten Aspekt, wie in der Einführung eingeführt, sollte das für das Pflanzenwachstum erforderliche Spektrum ein kontinuierliches Spektrum mit einer bestimmten Verteilungsbreite sein. Es ist offensichtlich unangemessen, eine Lichtquelle aus zwei spezifischen Wellenlängenchips aus Rot und Blau mit einem sehr schmalen Spektrum zu verwenden (wie in Abbildung 3 (a)). In Experimenten wurde festgestellt, dass Pflanzen in der Regel gelblich sind, die Blattstiele sehr leicht und die Blattstiele sehr dünn sind.

Für Fluoreszenzrohre mit drei in den Vorjahren üblicherweise verwendeten Primärfarben, obwohl Weiß synthetisiert wird, werden die roten, grünen und blauen Spektren getrennt (wie in Abbildung 3 (b) gezeigt), und die Breite des Spektrums ist sehr schmal. Die spektrale Intensität des folgenden kontinuierlichen Teils ist relativ schwach und die Leistung ist im Vergleich zu LEDs immer noch relativ groß, das 1,5 bis dreifache Energieverbrauch. Daher ist der Nutzungseffekt nicht so gut wie LED -Leuchten.

Abbildung 3, pflanzliches Licht mit rotem und blauem Chip-LED-Licht und dreiprimäres Fluoreszenzlichtspektrum

PPFD ist die leichte Quantenflussdichte, die sich auf die effektive Strahlungslichtflussdichte des Lichts in der Photosynthese bezieht, die die Gesamtzahl der leichten Quanta darstellt . Die Einheit ist μe · M-2 · S-1 (μmol · M-2 · S-1). Die photosynthetisch aktive Strahlung (PAR) bezieht sich auf die gesamte Sonnenstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 400 bis 700 nm. Es kann entweder durch leichte Quanta oder durch Strahlungsenergie ausgedrückt werden.

In der Vergangenheit war die durch das Illuminometer reflektierte Lichtintensität Helligkeit, aber das Spektrum des Pflanzenwachstums ändert sich aufgrund der Höhe der Leuchte aus der Pflanze, der Lichtabdeckung und der Frage, ob das Licht durch die Blätter gehen kann. Daher ist es nicht genau, PAR als Indikator für die Lichtintensität bei der Untersuchung der Photosynthese zu verwenden.

Im Allgemeinen kann der Photosynthesemechanismus initiiert werden, wenn der PPFD der sonnenliebenden Pflanze größer als 50 μmol · m-2 · s-1 ist, während die PPFD der schattigen Pflanze nur 20 μmol · m-2 · s-1 benötigt . Beim Kauf von LED -Wachstumsleuchten können Sie daher die Anzahl der LED -Wachstumslichter basierend auf diesem Referenzwert und der Art der Pflanzen auswählen, die Sie pflanzen. Wenn beispielsweise die PPFD einer einzelnen LED-LGHT 20 μmol · m-2 · S-1 beträgt, sind mehr als 3 LED-Pflanzenlampen erforderlich, um sonnenliebende Pflanzen zu wachsen.

Mehrere Designlösungen der Halbleiterbeleuchtung

Halbleiterbeleuchtung wird zum Pflanzenwachstum oder -anpflanzung verwendet, und es gibt zwei grundlegende Referenzmethoden.

• Derzeit ist das Innenpflanzmodell in China sehr heiß. Dieses Modell hat mehrere Eigenschaften:

①Die Rolle von LED -Leuchten besteht darin, das gesamte Spektrum der Anlagenbeleuchtung bereitzustellen, und das Beleuchtungssystem ist erforderlich, um die gesamte Beleuchtungsenergie bereitzustellen, und die Produktionskosten sind relativ hoch.
②Das Design von LED -Wachstumlichtern muss die Kontinuität und Integrität des Spektrums berücksichtigen.
③ Es ist notwendig, um die Beleuchtungszeit und die Beleuchtungsintensität effektiv zu steuern, z. B. die Pflanzen für einige Stunden ruhen, die Intensität der Bestrahlung nicht ausreicht oder zu stark usw.;
④ Der gesamte Prozess muss die Bedingungen imitieren, die durch die tatsächliche optimale Wachstumsumgebung von Pflanzen im Freien erforderlich sind, wie z. B. Feuchtigkeit, Temperatur und CO2 -Konzentration.

• Pflanzmodus im Freien mit guter Greenhouse -Planting -Fundament im Freien. Die Eigenschaften dieses Modells sind:

①Die Rolle von LED -Leuchten ist es, das Licht zu ergänzen. Einer soll die Lichtintensität in den blauen und roten Bereichen unter der Bestrahlung des Sonnenlichts tagsüber zur Förderung der Photosynthese von Pflanzen verbessern, und das andere soll kompensieren, wenn es nachts kein Sonnenlicht gibt, um die Wachstumsrate der Pflanzen zu fördern
②Das zusätzliches Licht muss berücksichtigen, in welcher Wachstumsphase sich die Pflanze befindet, wie z.

Daher sollte das Design von LED -Anlagen -Wachstumslichtern zuerst zwei grundlegende Designmodi haben, nämlich 24H -Beleuchtung (Innenräume) und Beleuchtung für Pflanzenwachstumsergänzungsmittel (Außen). Für den Anbau von Innenräumen muss das Design von LED -Anbaulichtern drei Aspekte berücksichtigen, wie in Abbildung 4 dargestellt. Es ist nicht möglich, die Chips mit drei Primärfarben in einem bestimmten Verhältnis zu verpacken.

Abbildung 4, Die Designidee der Verwendung von Innenleitungsanlagen -Booster -Leuchten für 24 -Stunden -Beleuchtung

Zum Beispiel kann für ein Spektrum im Kindergartenstadium das Wachstum von Wurzeln und Stämmen, die Verzweigung von Blättern verstärkt und die Lichtquelle in Innenräumen verwendet, das Spektrum wie in Abbildung 5 gezeigt ausgelegt werden.

Abbildung 5, Spektralstrukturen für LED -Innenräume in der Kindergärtenzeit geeignet

Für das Design der zweiten Art des LED -Wachstums ist es hauptsächlich auf die Entwurfslösung des Ergänzung von Licht abzielt, um die Pflanzung in der Basis des Gewächshauss im Freien zu fördern. Die Designidee ist in Abbildung 6 dargestellt.

Abbildung 6, Designideen von Wachstumslichtern im Freien 

Der Autor schlägt vor, dass mehr Pflanzunternehmen die zweite Option zur Verwendung von LED -Leuchten zur Förderung des Anlagenwachstums übernehmen.

Zunächst hat Chinas Gewächshaus -Kultivierungen im Freien jahrzehntelang eine große Menge und eine breite Palette von Erfahrung im Süden und im Norden. Es hat eine gute Grundlage für die Treibhauskultivierungstechnologie und bietet eine große Anzahl frisches Obst und Gemüse auf dem Markt für die umliegenden Städte. Insbesondere auf dem Gebiet von Boden- und Wasser- und Düngemittelanpflanzung wurden reichhaltige Forschungsergebnisse erzielt.

Zweitens kann diese Art von zusätzlicher Lichtlösung den unnötigen Energieverbrauch erheblich verringern und gleichzeitig die Ausbeute von Obst und Gemüse effektiv erhöhen. Darüber hinaus ist Chinas riesiges geografisches Gebiet sehr bequem für die Werbung.

Als wissenschaftliche Forschung an LED -Pflanzenbeleuchtung bietet es auch eine breitere experimentelle Basis dafür. Fig. 7 ist eine Art LED -Wachstumlicht, das von diesem Forschungsteam entwickelt wurde, das zum Wachstum in Gewächshäusern geeignet ist, und sein Spektrum ist in Abb. 8 dargestellt.

Abbildung 7, eine Art LED wächst Licht

Abbildung 8, Spektrum einer Art LED wächst Licht

Nach den oben genannten Designideen führte das Forschungsteam eine Reihe von Experimenten durch, und die experimentellen Ergebnisse sind sehr signifikant. Zum Beispiel ist für das Wachstum von Licht während des Kindergartens die verwendete Originallampe eine fluoreszierende Lampe mit einer Leistung von 32 W und einem Kindergartenzyklus von 40 Tagen. Wir liefern ein 12 -W -LED -Licht, das den Keimlingszyklus auf 30 Tage verkürzt, den Einfluss der Temperatur der Lampen im Sämlings -Workshop effektiv reduziert und den Stromverbrauch der Klimaanlage spart. Die Dicke, Länge und Farbe der Sämlinge sind besser als die ursprüngliche Sämlingerhöhungslösung. Für die Sämlinge von gemeinsamem Gemüse wurden auch gute Überprüfungsschlussfolgerungen erhalten, die in der folgenden Tabelle zusammengefasst sind.

Unter ihnen die ergänzende Lichtgruppe PPFD: 70-80 μmol · M-2 · S-1 und das rotblaue Verhältnis: 0,6-0,7. Der Tagesbereich des PPFD der natürlichen Gruppe betrug 40 ~ 800 μmol · M-2 · S-1 und das Verhältnis von Rot zu Blau 0,6 ~ 1,2. Es ist ersichtlich, dass die obigen Indikatoren besser sind als die von natürlich angebauten Sämlingen.

Abschluss

In diesem Artikel werden die neuesten Entwicklungen bei der Anwendung von LED -Anbaulichtern im Pflanzenanbau eingeführt und weist auf einige Missverständnisse bei der Anwendung von LED -Wachstumslicht im Pflanzenanbau hin. Schließlich werden die technischen Ideen und Pläne für die Entwicklung von LED -Wachstumsleuchten eingeführt. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass es auch einige Faktoren gibt, die bei der Installation und Verwendung des Lichts berücksichtigt werden müssen, z. Normales Wasser, Dünger und Boden.

Autor: Yi Wang et al. Quelle: CNKI