Utangulizi

Mwanga una jukumu muhimu katika mchakato wa ukuaji wa mmea. Ni mbolea bora kukuza ngozi ya chlorophyll ya mmea na kunyonya kwa sifa mbali mbali za ukuaji wa mmea kama vile carotene. Walakini, sababu inayoamua ambayo huamua ukuaji wa mimea ni sababu kamili, sio tu inayohusiana na mwanga, lakini pia haiwezi kutengwa kutoka kwa usanidi wa maji, udongo na mbolea, mazingira ya ukuaji na udhibiti kamili wa kiufundi.

Katika miaka miwili au mitatu iliyopita, kumekuwa na ripoti zisizo na mwisho juu ya utumiaji wa teknolojia ya taa za semiconductor kuhusu viwanda vya mmea wa pande tatu au ukuaji wa mmea. Lakini baada ya kuisoma kwa uangalifu, kila wakati kuna hisia mbaya. Kwa ujumla, hakuna uelewa wa kweli wa mwanga gani unapaswa kuchukua katika ukuaji wa mmea.

Kwanza, wacha tuelewe wigo wa jua, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1. Inaweza kuonekana kuwa wigo wa jua ni wigo unaoendelea, ambao wigo wa bluu na kijani ni nguvu kuliko wigo nyekundu, na wigo wa taa inayoonekana hutoka kutoka 380 hadi 780 nm. Ukuaji wa viumbe katika maumbile unahusiana na nguvu ya wigo. Kwa mfano, mimea mingi katika eneo karibu na ikweta hukua haraka sana, na wakati huo huo, saizi ya ukuaji wao ni kubwa. Lakini kiwango cha juu cha umeme wa jua sio bora kila wakati, na kuna kiwango fulani cha kuchagua kwa ukuaji wa wanyama na mimea.

Kielelezo 1, sifa za wigo wa jua na wigo wake unaoonekana

Pili, mchoro wa wigo wa pili wa mambo kadhaa ya kunyonya ya ukuaji wa mmea umeonyeshwa kwenye Mchoro 2.

Kielelezo 2, utazamaji wa ngozi ya auxins kadhaa katika ukuaji wa mmea

Inaweza kuonekana kutoka Kielelezo 2 kwamba taa ya kunyonya ya taa ya auxins kadhaa muhimu zinazoathiri ukuaji wa mmea ni tofauti sana. Kwa hivyo, utumiaji wa taa za ukuaji wa mmea wa LED sio jambo rahisi, lakini linalenga sana. Hapa inahitajika kuanzisha dhana za vitu viwili muhimu zaidi vya ukuaji wa mmea.

• Chlorophyll

Chlorophyll ni moja ya rangi muhimu zaidi inayohusiana na photosynthesis. Inapatikana katika viumbe vyote ambavyo vinaweza kuunda photosynthesis, pamoja na mimea ya kijani, mwani wa kijani-kijani-kijani (cyanobacteria) na mwani wa eukaryotic. Chlorophyll inachukua nishati kutoka kwa mwanga, ambayo hutumiwa kubadilisha dioksidi kaboni kuwa wanga.

Chlorophyll inachukua taa nyekundu, na chlorophyll B huchukua taa ya bluu-violet, haswa kutofautisha mimea ya kivuli kutoka kwa mimea ya jua. Uwiano wa chlorophyll B kwa chlorophyll ya mimea ya kivuli ni ndogo, kwa hivyo mimea ya kivuli inaweza kutumia taa ya bluu kwa nguvu na kuzoea kukua katika kivuli. Chlorophyll A ni ya kijani-kijani, na chlorophyll B ni ya manjano-kijani. Kuna ngozi mbili kali za chlorophyll A na chlorophyll B, moja katika mkoa nyekundu na wimbi la 630-680 nm, na lingine katika mkoa wa bluu-violet na wimbi la 400-460 nm.

• Carotenoids

Carotenoids ni neno la jumla kwa darasa la rangi muhimu za asili, ambazo hupatikana kwa kawaida katika rangi ya manjano, rangi ya machungwa au nyekundu katika wanyama, mimea ya juu, kuvu, na mwani. Kufikia sasa, zaidi ya carotenoids za asili 600 zimegunduliwa.

Unyonyaji wa mwanga wa carotenoids inashughulikia anuwai ya OD303 ~ 505 nm, ambayo hutoa rangi ya chakula na huathiri ulaji wa chakula. Katika mwani, mimea, na vijidudu, rangi yake inafunikwa na chlorophyll na haiwezi kuonekana. Katika seli za mmea, carotenoids ilizalisha sio tu kuchukua na kuhamisha nishati kusaidia photosynthesis, lakini pia kuwa na kazi ya kulinda seli kutokana na kuharibiwa na molekuli za oksijeni zenye elektroni moja.

Baadhi ya kutokuelewana kwa dhana

Bila kujali athari ya kuokoa nishati, uteuzi wa mwanga na uratibu wa mwanga, taa za semiconductor zimeonyesha faida kubwa. Walakini, kutoka kwa maendeleo ya haraka ya miaka miwili iliyopita, tumeona pia kutokuelewana sana katika muundo na utumiaji wa mwanga, ambao unaonyeshwa sana katika mambo yafuatayo.

Kwa muda mrefu kama chips nyekundu na bluu za wimbi fulani zinajumuishwa kwa uwiano fulani, zinaweza kutumika katika kilimo cha mmea, kwa mfano, uwiano wa nyekundu hadi bluu ni 4: 1, 6: 1, 9: 1 na hivyo on.

Kwa muda mrefu kama ni nyepesi nyeupe, inaweza kuchukua nafasi ya mwangaza wa jua, kama vile bomba la taa nyeupe-tatu linalotumika sana huko Japan, nk Matumizi ya spectrums hizi yana athari fulani kwa ukuaji wa mimea, lakini athari ni Sio nzuri kama chanzo cha taa kilichotengenezwa na LED.

Kwa muda mrefu kama PPFD (wiani wa flux ya taa), paramu muhimu ya kuangaza, hufikia faharisi fulani, kwa mfano, PPFD ni kubwa kuliko 200 μmol · m-2 · S-1. Walakini, unapotumia kiashiria hiki, lazima uzingatie ikiwa ni mmea wa kivuli au mmea wa jua. Unahitaji kuuliza au kupata kiwango cha kueneza fidia ya mimea hii, ambayo pia huitwa eneo la fidia ya taa. Katika matumizi halisi, miche mara nyingi huchomwa au kukaushwa. Kwa hivyo, muundo wa param hii lazima ubuni kulingana na spishi za mmea, mazingira ya ukuaji na hali.

Kuhusu kipengele cha kwanza, kama ilivyoletwa katika utangulizi, wigo unaohitajika kwa ukuaji wa mmea unapaswa kuwa wigo unaoendelea na upana wa usambazaji. Ni wazi haifai kutumia chanzo nyepesi kilichotengenezwa na chips mbili maalum za wimbi la nyekundu na bluu na wigo nyembamba sana (kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3 (a)). Katika majaribio, iligundulika kuwa mimea huwa na manjano, shina za majani ni nyepesi sana, na shina za jani ni nyembamba sana.

Kwa zilizopo za fluorescent zilizo na rangi tatu za msingi zinazotumika katika miaka iliyopita, ingawa nyeupe imeundwa, nyekundu, kijani kibichi na bluu hutenganishwa (kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3 (b)), na upana wa wigo ni nyembamba sana. Uwezo wa kuvutia wa sehemu inayofuata ni dhaifu, na nguvu bado ni kubwa ikilinganishwa na LEDs, mara 1.5 hadi 3 matumizi ya nishati. Kwa hivyo, athari ya matumizi sio nzuri kama taa za LED.

Kielelezo 3, taa nyekundu na bluu iliyoongozwa na taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa ya taa iliyo na taa iliyo na taa iliyo na taa ya taa ya taa ya taa ya taa yenye taa ya taa yenye taa ya taa yenye taa iliyoangaza rangi iliyoangaza taa ya taa yenye taa iliyoangaza taa iliyo na taa iliyoangaziwa

PPFD ni wiani wa flux ya kiwango cha juu, ambayo inahusu wiani mzuri wa taa ya taa ya taa katika photosynthesis, ambayo inawakilisha jumla ya idadi ya tukio nyepesi kwenye shina la majani ya mmea katika safu ya nguvu ya 400 hadi 700 kwa wakati wa kitengo na eneo la kitengo . Sehemu yake ni μE · M-2 · S-1 (μmol · m-2 · S-1). Mionzi ya kazi ya photosynthetically (PAR) inahusu mionzi ya jua na wimbi katika safu ya 400 hadi 700 nm. Inaweza kuonyeshwa ama na quanta nyepesi au kwa nishati ya kung'aa.

Hapo zamani, nguvu ya taa iliyoonyeshwa na taa ilikuwa mwangaza, lakini wigo wa ukuaji wa mmea unabadilika kwa sababu ya urefu wa taa kutoka kwa mmea, chanjo ya taa na ikiwa taa inaweza kupita kwenye majani. Kwa hivyo, sio sahihi kutumia PAR kama kiashiria cha nguvu nyepesi katika utafiti wa photosynthesis.

Kwa ujumla, utaratibu wa photosynthesis unaweza kuanzishwa wakati PPFD ya mmea unaopenda jua ni kubwa kuliko 50 μmol · m-2 · s-1, wakati PPFD ya mmea wa kivuli inahitaji tu 20 μmol · m-2 · s-1 . Kwa hivyo, wakati wa ununuzi wa taa za LED za LED, unaweza kuchagua idadi ya taa za kukua za LED kulingana na thamani hii ya kumbukumbu na aina ya mimea unayopanda. Kwa mfano, ikiwa PPFD ya LGHT moja ya LED ni 20 μmol · m-2 · S-1, balbu zaidi ya 3 za mimea ya LED zinahitajika kukuza mimea inayopenda jua.

Suluhisho kadhaa za kubuni za taa za semiconductor

Taa za semiconductor hutumiwa kwa ukuaji wa mmea au upandaji, na kuna njia mbili za msingi za kumbukumbu.

• Kwa sasa, mfano wa upandaji wa ndani ni moto sana nchini China. Mfano huu una sifa kadhaa:

Jukumu la taa za LED ni kutoa wigo kamili wa taa za mmea, na mfumo wa taa unahitajika kutoa nishati yote ya taa, na gharama ya uzalishaji ni kubwa sana;
Ubunifu wa taa za kukua za LED zinahitaji kuzingatia mwendelezo na uadilifu wa wigo;
③It ni muhimu kudhibiti vyema wakati wa taa na nguvu ya taa, kama vile kuruhusu mimea kupumzika kwa masaa machache, nguvu ya umeme haitoshi au nguvu sana, nk;
Mchakato wote unahitaji kuiga hali zinazohitajika na mazingira halisi ya ukuaji wa mimea ya nje, kama vile unyevu, joto na mkusanyiko wa CO2.

• Njia ya upandaji wa nje na msingi mzuri wa upandaji wa chafu ya nje. Tabia za mfano huu ni:

Jukumu la taa za LED ni kuongeza taa. Moja ni kuongeza nguvu ya mwanga katika maeneo ya bluu na nyekundu chini ya umeme wa jua wakati wa mchana kukuza photosynthesis ya mimea, na nyingine ni kulipa fidia wakati hakuna jua wakati wa usiku kukuza kiwango cha ukuaji wa mmea
"Nuru ya kuongezea inahitaji kuzingatia ni hatua gani ya ukuaji wa mmea, kama vile kipindi cha miche au kipindi cha maua na matunda.

Kwa hivyo, muundo wa taa za mmea wa LED zinapaswa kwanza kuwa na njia mbili za msingi za kubuni, ambazo ni, taa za 24h (ndani) na taa za ukuaji wa mmea (nje). Kwa kilimo cha mimea ya ndani, muundo wa taa za kukua za LED zinahitaji kuzingatia mambo matatu, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 4. Haiwezekani kusambaza chips zilizo na rangi tatu za msingi kwa sehemu fulani.

Kielelezo 4, wazo la kubuni la kutumia taa za ndani za mmea wa LED kwa taa 24h

Kwa mfano, kwa wigo katika hatua ya kitalu, ukizingatia kuwa inahitaji kuimarisha ukuaji wa mizizi na shina, kuimarisha matawi ya majani, na chanzo cha taa hutumiwa ndani, wigo unaweza kubuniwa kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 5.

Kielelezo 5, miundo ya watazamaji inayofaa kwa kipindi cha kitalu cha ndani cha LED

Kwa muundo wa aina ya pili ya taa ya LED inakua, inalenga sana suluhisho la muundo wa kuongeza taa ili kukuza upandaji katika msingi wa chafu ya nje. Wazo la kubuni linaonyeshwa kwenye Mchoro 6.

Kielelezo 6, Mawazo ya kubuni ya taa za nje za nje 

Mwandishi anapendekeza kwamba kampuni zaidi za upandaji zinachukua chaguo la pili kutumia taa za LED kukuza ukuaji wa mmea.

Kwanza kabisa, kilimo cha chafu cha nje cha China kina miongo kadhaa na uzoefu anuwai, wote kusini na kaskazini. Inayo msingi mzuri wa teknolojia ya kilimo cha chafu na hutoa idadi kubwa ya matunda na mboga mpya kwenye soko kwa miji inayozunguka. Hasa katika uwanja wa mchanga na maji na upandaji wa mbolea, matokeo tajiri ya utafiti yamefanywa.

Pili, aina hii ya suluhisho la taa ya ziada inaweza kupunguza sana matumizi ya nishati, na wakati huo huo inaweza kuongeza mavuno ya matunda na mboga. Kwa kuongezea, eneo kubwa la jiografia la China ni rahisi sana kwa kukuza.

Kama utafiti wa kisayansi wa taa za mmea wa LED, pia hutoa msingi mpana wa majaribio kwa hiyo. Mtini. 7 ni aina ya taa ya kukuza LED iliyoundwa na timu hii ya utafiti, ambayo inafaa kwa kukua katika nyumba za kijani, na wigo wake umeonyeshwa kwenye Mtini. 8.

Kielelezo 7, aina ya taa ya LED inakua

Kielelezo 8, wigo wa aina ya taa ya LED inakua

Kulingana na maoni ya muundo hapo juu, timu ya utafiti ilifanya majaribio kadhaa, na matokeo ya majaribio ni muhimu sana. Kwa mfano, kwa mwanga wa kukua wakati wa kitalu, taa ya asili iliyotumiwa ni taa ya umeme na nguvu ya 32 W na mzunguko wa kitalu wa siku 40. Tunatoa taa ya LED ya 12 W, ambayo hupunguza mzunguko wa miche hadi siku 30, kwa ufanisi hupunguza ushawishi wa joto la taa kwenye semina ya miche, na huokoa matumizi ya nguvu ya kiyoyozi. Unene, urefu na rangi ya miche ni bora kuliko suluhisho la asili la kuongeza miche. Kwa miche ya mboga za kawaida, hitimisho nzuri la uthibitisho pia limepatikana, ambazo zimefupishwa katika jedwali lifuatalo.

Kati yao, kikundi cha ziada cha PPFD: 70-80 μmol · m-2 · S-1, na uwiano wa rangi nyekundu-bluu: 0.6-0.7. Aina ya thamani ya mchana ya PPFD ya kikundi cha asili ilikuwa 40 ~ 800 μmol · m-2 · S-1, na uwiano wa nyekundu hadi bluu ulikuwa 0.6 ~ 1.2. Inaweza kuonekana kuwa viashiria hapo juu ni bora kuliko ile ya miche iliyokua asili.

Hitimisho

Nakala hii inaleta maendeleo ya hivi karibuni katika utumiaji wa taa za Ukuaji wa LED katika kilimo cha mmea, na zinaonyesha kutokuelewana katika utumiaji wa taa ya LED inakua katika kilimo cha mimea. Mwishowe, maoni na miradi ya kiufundi ya maendeleo ya taa za kukuza za LED zinazotumiwa kwa kilimo cha mmea huletwa. Ikumbukwe kwamba kuna mambo kadhaa ambayo yanahitaji kuzingatiwa katika usanidi na utumiaji wa taa, kama vile umbali kati ya taa na mmea, safu ya taa, na jinsi ya kutumia taa na Maji ya kawaida, mbolea, na mchanga.

Mwandishi: Yi Wang et al. Chanzo: CNKI