Jak wybrać i zaprojektować oświetlenie LED do uprawy?

Jako ważna gałąź współczesnego rolnictwa, koncepcja fabryk roślinnych stała się bardzo popularna. W pomieszczeniach do sadzenia oświetlenie roślin jest niezbędnym źródłem energii do fotosyntezy.Światło LED do uprawy ma przytłaczające zalety, których nie mają tradycyjne światła dodatkowe, i z pewnością staną się pierwszym wyborem w przypadku oświetlenia głównego lub dodatkowego w dużych zastosowaniach komercyjnych, takich jak gospodarstwa pionowe i szklarnie.

Rośliny są jedną z najbardziej złożonych form życia na tej planecie. Sadzenie roślin jest proste, ale trudne i złożone. Oprócz oświetlenia uprawy wiele zmiennych wpływa na siebie nawzajem, a równoważenie tych zmiennych to wspaniała sztuka, którą hodowcy muszą zrozumieć i opanować. Jednak jeśli chodzi o oświetlenie roślin, nadal istnieje wiele czynników, które należy dokładnie rozważyć.

Najpierw przyjrzyjmy się widmu słońca i absorpcji widma przez rośliny. Jak widać na poniższym rysunku, widmo słoneczne jest widmem ciągłym, w którym widmo koloru niebieskiego i zielonego jest silniejsze od widma czerwonego, a widmo światła widzialnego mieści się w zakresie od 380 do 780 nm. Istnieje kilka kluczowych czynników absorpcji we wzroście roślin, a widma absorpcji światła kilku kluczowych auksyn wpływających na wzrost roślin znacznie się różnią. Dlatego zastosowanieŚwiatło LED do uprawynie jest sprawą prostą, ale bardzo ukierunkowaną. W tym miejscu konieczne jest wprowadzenie pojęć dotyczących dwóch najważniejszych fotosyntetycznych elementów wzrostu roślin.

Fotosynteza roślin opiera się na chlorofilu zawartym w chloroplastach liści, który jest jednym z najważniejszych pigmentów związanych z fotosyntezą. Występuje we wszystkich organizmach zdolnych do fotosyntezy, w tym w roślinach zielonych i roślinach prokariotycznych. Niebiesko-zielone algi (cyjanobakterie) i algi eukariotyczne. Chlorofil pochłania energię światła i syntetyzuje dwutlenek węgla i wodę w węglowodory.

Chlorofil a jest niebiesko-zielony i pochłania głównie światło czerwone; chlorofil b jest żółto-zielony i pochłania głównie światło niebiesko-fioletowe. Głównie po to, aby odróżnić rośliny cieniujące od roślin słonecznych. Stosunek chlorofilu b do chlorofilu a w roślinach cienistych jest niewielki, więc rośliny cieniujące mogą silnie wykorzystywać niebieskie światło i przystosować się do uprawy w cieniu. Istnieją dwie silne absorpcje chlorofilu a i chlorofilu b: obszar czerwony o długości fali 630 ~ 680 nm i obszar niebiesko-fioletowy o długości fali 400 ~ 460 nm.

Karotenoidy (karotenoidy) to ogólne określenie klasy ważnych naturalnych pigmentów, które powszechnie występują w żółtych, pomarańczowo-czerwonych lub czerwonych pigmentach u zwierząt, roślin wyższych, grzybów i alg. Do tej pory odkryto ponad 600 naturalnych karotenoidów. Karotenoidy wytwarzane w komórkach roślinnych nie tylko pochłaniają i przenoszą energię w celu wspomagania fotosyntezy, ale także pełnią funkcję ochrony komórek przed zniszczeniem przez wzbudzone cząsteczki tlenu z wiązaniem pojedynczym elektronem. Absorpcja światła przez karotenoidy obejmuje zakres 303~505 nm. Nadaje barwę żywności i wpływa na pobieranie pokarmu przez organizm człowieka; u alg, roślin i mikroorganizmów nie można oddać jego koloru, ponieważ jest przykryty chlorofilem.

W procesie projektowania i wyboruLampy LED do uprawy, należy unikać kilku nieporozumień, głównie w następujących aspektach.

1. Stosunek długości fali światła czerwonego do niebieskiego

Jako dwa główne obszary absorpcji fotosyntezy dwóch roślin, widmo emitowane przezŚwiatło LED do uprawypowinno być głównie światło czerwone i niebieskie. Ale nie można tego po prostu zmierzyć stosunkiem koloru czerwonego do niebieskiego. Na przykład stosunek koloru czerwonego do niebieskiego wynosi 4:1, 6:1, 9:1 i tak dalej.

Istnieje wiele różnych gatunków roślin o różnych zwyczajach, a różne etapy wzrostu mają również różne potrzeby w zakresie skupienia światła. Widmo wymagane do wzrostu roślin powinno być widmem ciągłym o określonej szerokości rozkładu. Oczywiście niewłaściwe jest stosowanie źródła światła składającego się z dwóch chipów o określonej długości fali, czerwonego i niebieskiego, o bardzo wąskim widmie. W eksperymentach stwierdzono, że rośliny mają tendencję do żółtawego zabarwienia, łodygi liści są bardzo jasne, a łodygi liści są bardzo cienkie. Przeprowadzono wiele badań dotyczących reakcji roślin na różne widma w obcych krajach, takich jak wpływ części podczerwonej na fotoperiod, wpływ żółto-zielonej części na efekt cieniowania oraz wpływ fioletowa część dotycząca odporności na szkodniki i choroby, składniki odżywcze i tak dalej.

W praktycznych zastosowaniach sadzonki są często spalane lub więdnięte. Dlatego projekt tego parametru musi być zaprojektowany zgodnie z gatunkiem rośliny, środowiskiem wzrostu i warunkami.

2. Zwykłe białe światło i pełne widmo

Efekt świetlny „widziany” przez rośliny różni się od efektu ludzkiego oka. Nasze powszechnie stosowane lampy o świetle białym nie są w stanie zastąpić światła słonecznego, jak np. trójgłowe świetlówki o białym świetle szeroko stosowane w Japonii itp. Wykorzystanie tych widm ma pewien wpływ na wzrost roślin, ale efekt nie jest tak dobre, jak źródło światła wykonane przez diody LED. .

W przypadku świetlówek o trzech kolorach podstawowych powszechnie stosowanych w poprzednich latach, chociaż syntetyzuje się biel, widma czerwonego, zielonego i niebieskiego są oddzielone, a szerokość widma jest bardzo wąska, a ciągła część widma jest stosunkowo słaba. Jednocześnie moc jest nadal stosunkowo duża w porównaniu do diod LED, 1,5 do 3 razy większe zużycie energii. Pełne spektrum diod LED zaprojektowanych specjalnie do oświetlenia upraw roślin optymalizuje widmo. Chociaż efekt wizualny jest nadal biały, zawiera ważne części świetlne potrzebne do fotosyntezy roślin.

3. Parametr natężenia oświetlenia PPFD

Gęstość strumienia fotosyntezy (PPFD) jest ważnym parametrem pomiaru natężenia światła w roślinach. Można to wyrazić albo za pomocą kwantów światła, albo energii promieniowania. Odnosi się do efektywnej gęstości strumienia promieniowania światła w procesie fotosyntezy, która reprezentuje całkowitą liczbę kwantów światła padających na łodygi liści roślin w zakresie długości fal od 400 do 700 nm na jednostkę czasu i jednostkę powierzchni. Jednostka jestμE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). Promieniowanie fotosyntetycznie aktywne (PAR) odnosi się do całkowitego promieniowania słonecznego o długości fali w zakresie od 400 do 700 nm.

Punkt nasycenia roślin z kompensacją światła, zwany także punktem kompensacji światła, oznacza, że ​​PPFD musi być wyższy niż ten punkt, jego fotosynteza może być większa niż oddychanie, a wzrost roślin jest większy niż spożycie, zanim rośliny będą mogły wyrosnąć. Różne rośliny mają różne punkty kompensacji światła i nie można tego po prostu uznać za osiągnięcie określonego wskaźnika, na przykład PPFD większego niż 200μmol·m-2·s-1.

Natężenie światła odzwierciedlone przez stosowany w przeszłości miernik natężenia oświetlenia jest jasnością, ale ponieważ spektrum wzrostu roślin zmienia się w zależności od wysokości źródła światła z rośliny, zasięgu światła i tego, czy światło może przejść przez liście itp., służy jako światło do badania fotosyntezy. Silne wskaźniki nie są wystarczająco precyzyjne i obecnie najczęściej stosuje się PAR.

Ogólnie rzecz biorąc, roślina pozytywna PPFD> 50μmol·m-2·s-1 może uruchomić mechanizm fotosyntezy; podczas gdy roślina cieniująca PPFD potrzebuje tylko 20μmol·m-2·s-1. Dlatego podczas instalowania oświetlenia roślinnego LED można je zainstalować i ustawić zgodnie z tą wartością odniesienia, wybrać odpowiednią wysokość montażu i uzyskać idealną wartość PPFD i jednorodność na powierzchni skrzydła.

4. Lekka formuła

Lekka formuła to niedawno zaproponowana nowa koncepcja, która obejmuje głównie trzy czynniki: jakość światła, ilość światła i czas trwania. Po prostu zrozum, że jakość światła to widmo najbardziej odpowiednie dla fotosyntezy roślin; ilość światła to odpowiednia wartość i jednorodność PPFD; czas trwania to skumulowana wartość napromieniowania i stosunek pory dnia do pory nocy. Holenderscy rolnicy odkryli, że rośliny wykorzystują stosunek światła podczerwonego do światła czerwonego, aby ocenić zmiany w dzień i w nocy. Współczynnik podczerwieni znacznie wzrasta o zachodzie słońca, a rośliny szybko reagują na sen. Bez tego procesu ukończenie tego procesu zajęłoby roślinom kilka godzin.

W zastosowaniach praktycznych konieczne jest zgromadzenie doświadczenia poprzez testowanie i wybranie najlepszej kombinacji.