Aféierung

D'Liicht spillt eng Schlësselroll am Prozess vum Planzenwuesstum. Et ass dee beschten Dünger fir d'Absorptioun vu Planzechlorophyll an d'Absorptioun vu verschiddene Planzewuesstumsqualitéiten, wéi zum Beispill Karotin, ze förderen. Den entscheedende Faktor, deen d'Wuesstum vu Planzen bestëmmt, ass awer e komplette Faktor, deen net nëmme mam Liicht zesummenhänkt, mä och onzertrennlech vun der Konfiguratioun vu Waasser, Buedem an Dünger, Wuesstumsëmfeldbedingungen an ëmfaassender technescher Kontroll ass.

An de leschten zwee oder dräi Joer gouf et onendlech vill Rapporten iwwer d'Uwendung vun der Hallefleederbeliichtungstechnologie a Bezuch op dräidimensional Planzefabriken oder Planzewuesstum. Mee nodeems een se genau gelies huet, gëtt et ëmmer en onwuel Gefill. Am Allgemengen gëtt et kee richtegt Verständnis dofir, wéi eng Roll d'Liicht beim Planzewuesstum spille soll.

Loosst eis als éischt de Spektrum vun der Sonn verstoen, wéi an der Figur 1 gewisen. Et ass ze gesinn, datt de Sonnespektrum e kontinuéierleche Spektrum ass, bei deem de bloe a grénge Spektrum méi staark si wéi de roude Spektrum, an de siichtbare Liichtspektrum vun 380 bis 780 nm läit. D'Wuesstum vun Organismen an der Natur hänkt vun der Intensitéit vum Spektrum of. Zum Beispill wuessen déi meescht Planzen am Gebitt beim Equator ganz séier, an zur selwechter Zäit ass d'Gréisst vun hirem Wuesstum relativ grouss. Awer déi héich Intensitéit vun der Sonnestrahlung ass net ëmmer besser, an et gëtt e gewësse Grad u Selektivitéit fir de Wuesstum vun Déieren a Planzen.

Figur 1, D'Charakteristike vum Sonnespektrum a sengem siichtbare Liichtspektrum

Zweetens, den zweete Spektrumdiagramm vu verschiddene Schlësselabsorptiounselementer vum Planzewuesstum gëtt an der Figur 2 gewisen.

Figur 2, Absorptiounsspektre vu verschiddenen Auxinen am Planzewuesstum

Aus der Figur 2 kann een erkennen, datt d'Liichtabsorptiounsspektre vu verschiddene Schlësselauxinen, déi de Planzewuesstum beaflossen, sech däitlech ënnerscheeden. Dofir ass d'Uwendung vun LED-Planzewuesstumsluuchten keng einfach Saach, mä ganz gezielt. Hei ass et néideg, d'Konzepter vun den zwee wichtegsten photosynthetesche Planzewuesstumselementer anzeféieren.

• Chlorophyll

Chlorophyll ass ee vun de wichtegste Pigmenter am Zesummenhang mat der Fotosynthese. Et gëtt et an allen Organismen, déi Fotosynthese maache kënnen, dorënner gréng Planzen, prokaryotesch Blo-Gréngalgen (Cyanobakterien) an eukaryotesch Algen. Chlorophyll absorbéiert Energie aus dem Liicht, déi dann benotzt gëtt fir Kuelendioxid a Kuelenhydrater ëmzewandelen.

Chlorophyll a absorbéiert haaptsächlech rout Liicht, a Chlorophyll b absorbéiert haaptsächlech blo-violett Liicht, haaptsächlech fir Schietplanzen vun Sonneplanzen z'ënnerscheeden. D'Verhältnes vu Chlorophyll b zu Chlorophyll a vu Schietplanzen ass kleng, sou datt Schietplanzen blo Liicht staark benotze kënnen an sech un de Wuesstem am Schiet upassen. Chlorophyll a ass blo-gréng, a Chlorophyll b ass giel-gréng. Et gëtt zwou staark Absorptioune vu Chlorophyll a a Chlorophyll b, eng an der rouder Regioun mat enger Wellelängt vun 630-680 nm, an déi aner an der blo-violett Regioun mat enger Wellelängt vun 400-460 nm.

• Karotinoiden

Carotinoiden sinn den allgemenge Begrëff fir eng Klass vu wichtegen natierleche Pigmenter, déi dacks a gielen, orange-rouden oder roude Pigmenter bei Déieren, héije Planzen, Pilzen an Algen fonnt ginn. Bis elo goufen iwwer 600 natierlech Carotinoiden entdeckt.

D'Liichtabsorptioun vu Carotinoiden ëmfaasst de Beräich vun OD303~505 nm, wat d'Faarf vum Iessen gëtt an d'Liewensmëttelopnahm vum Kierper beaflosst. Bei Algen, Planzen a Mikroorganismen ass seng Faarf duerch Chlorophyll bedeckt a kann net optrieden. A Planzenzellen absorbéieren an iwwerdroen déi produzéiert Carotinoiden net nëmmen Energie fir d'Photosynthese z'ënnerstëtzen, mä si hunn och d'Funktioun, Zellen virun der Zerstéierung duerch ugereegt Sauerstoffmoleküle mat enger eenzeger Elektronenbindung ze schützen.

E puer konzeptuell Mëssverständnisser

Trotz dem Energiespuereffekt, der Selektivitéit vum Liicht an der Koordinatioun vum Liicht huet d'Hallefleederbeliichtung grouss Virdeeler gewisen. Wéinst der schneller Entwécklung vun de leschten zwee Joer hu mir awer och vill Mëssverständnesser beim Design an der Uwendung vum Liicht gesinn, déi sech haaptsächlech an de folgende Aspekter reflektéieren.

①Soulaang déi rout a blo Chips vun enger bestëmmter Wellelängt an engem bestëmmte Verhältnis kombinéiert sinn, kënne se am Planzekultiv benotzt ginn, zum Beispill ass d'Verhältnis vu Rout zu Blo 4:1, 6:1, 9:1 asw.

②Soulaang et wäisst Liicht ass, kann et d'Sonneliicht ersetzen, wéi zum Beispill déi dräifache wäiss Liichtröhre, déi a Japan wäit verbreet sinn, etc. D'Benotzung vun dëse Spektren huet e gewëssen Effekt op d'Wuesstum vu Planzen, awer den Effekt ass net sou gutt wéi d'Liichtquell, déi vun LED hiergestallt gëtt.

③Soulaang d'PPFD (Liichtquantumfluxdicht), e wichtege Parameter vun der Beliichtung, e bestëmmten Index erreecht, zum Beispill ass d'PPFD méi grouss wéi 200 μmol·m-2·s-1. Wann Dir dësen Indikator benotzt, musst Dir awer oppassen, ob et sech ëm eng Schietplanz oder eng Sonneplanz handelt. Dir musst de Liichtkompensatiounssättigungspunkt vun dëse Planzen offroen oder fannen, deen och Liichtkompensatiounspunkt genannt gëtt. An tatsächlechen Uwendungen gi Setzlinger dacks verbrannt oder verwëllt. Dofir muss d'Konzeptioun vun dësem Parameter no der Planzenaart, dem Wuesstumsëmfeld an de Konditioune gestaltet ginn.

Wat den éischten Aspekt ugeet, wéi an der Aféierung virgestallt, soll de Spektrum, deen fir de Planzewuesstum gebraucht gëtt, e kontinuéierlecht Spektrum mat enger bestëmmter Verdeelungsbreet sinn. Et ass offensichtlech net ubruecht, eng Liichtquell ze benotzen, déi aus zwou spezifesche Wellelängtechips vu Rout a Blo mat engem ganz schmuele Spektrum besteet (wéi an der Figur 3(a) gewisen). An Experimenter gouf festgestallt, datt d'Planzen éischter gielzeg sinn, d'Blatstängelen ganz hell sinn an d'Blatstängelen ganz dënn sinn.

Fir Leuchtstoffréier mat dräi Primärfaarwen, déi a fréiere Jore üblech benotzt goufen, gëtt zwar Wäiss synthetiséiert, awer d'Rout-, Gréng- a Blo-Spektre sinn getrennt (wéi an der Figur 3(b) gewisen), an d'Breet vum Spektrum ass ganz schmuel. D'Spektralintensitéit vum folgenden kontinuéierlechen Deel ass relativ schwaach, an d'Leeschtung ass ëmmer nach relativ grouss am Verglach mat LEDs, 1,5 bis 3 Mol méi héich wéi den Energieverbrauch. Dofir ass den Notzungseffekt net sou gutt wéi bei LED-Luuchten.

Figur 3, Rout a blo Chip LED Planzeluucht a fluoreszent Liichtspektrum mat dräi Haaptfaarwen

PPFD ass d'Liichtquanteflussdicht, déi sech op déi effektiv Stralungsliichtflussdicht vum Liicht bei der Fotosynthese bezitt, déi déi total Zuel vu Liichtquanten representéiert, déi op Planzeblattstängelen am Wellelängteberäich vu 400 bis 700 nm pro Zäiteenheet a Flächeneenheet afalen. Seng Eenheet ass μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). Déi photosynthetesch aktiv Stralung (PAR) bezitt sech op déi total Sonnestralung mat enger Wellelängt am Beräich vu 400 bis 700 nm. Si kann entweder duerch Liichtquanten oder duerch Stralungsenergie ausgedréckt ginn.

Fréier war d'Liichtintensitéit, déi vum Illuminometer reflektéiert gouf, d'Hellegkeet, awer de Spektrum vum Planzewuesstum ännert sech wéinst der Héicht vun der Luuchtlampe vun der Planz, der Liichtofdeckung an ob d'Liicht duerch d'Blieder passéiere kann. Dofir ass et net korrekt, par als Indikator fir d'Liichtintensitéit an der Studie vun der Fotosynthese ze benotzen.

Am Allgemengen kann de Fotosynthesemechanismus gestart ginn, wann d'PPFD vun der sonneliebnder Planz méi grouss wéi 50 μmol·m-2·s-1 ass, während d'PPFD vun der schatteger Planz nëmmen 20 μmol·m-2·s-1 brauch. Dofir kënnt Dir beim Kaf vun LED-Wuessluuchten d'Zuel vun den LED-Wuessluuchten op Basis vun dësem Referenzwäert an der Aart vu Planzen auswielen, déi Dir planzt. Zum Beispill, wann d'PPFD vun enger eenzeger LED-Luucht 20 μmol·m-2·s-1 ass, sinn méi wéi 3 LED-Planzebirnen néideg fir sonneliebnder Planzen ze wuessen.

Verschidde Designléisunge fir Halbleiterbeliichtung

Hallefleiterbeliichtung gëtt fir Planzewuesstum oder Planzung benotzt, an et ginn zwou grondleeënd Referenzmethoden.

• Am Moment ass de Modell vun Indoor-Planzungen a China ganz populär. Dëse Modell huet verschidde Charakteristiken:

①D'Roll vun LED-Luuchten ass et, de ganze Spektrum vun der Planzebeliichtung ze liwweren, an d'Beliichtungssystem muss déi ganz Beliichtungsenergie liwweren, an d'Produktiounskäschte si relativ héich;
②Beim Design vun LED-Wuessluuchten muss d'Kontinuitéit an d'Integritéit vum Spektrum berécksiichtegt ginn;
③Et ass néideg, d'Beliichtungszäit an d'Beliichtungsintensitéit effektiv ze kontrolléieren, wéi zum Beispill d'Planzen e puer Stonne raschten ze loossen, d'Bestrahlungsinstenz net genuch oder ze staark ass, asw.;
④De ganze Prozess muss d'Konditioune imitéieren, déi vum tatsächlechen optimale Wuesstumsëmfeld vu Planzen dobausse verlaangt ginn, wéi z.B. Fiichtegkeet, Temperatur a CO2-Konzentratioun.

• Planzmodus am Fräien mat enger gudder Basis fir d'Planzung am Treibhaus am Fräien. D'Charakteristike vun dësem Modell sinn:

①D'Roll vun LED-Luuchten ass et, d'Liicht ze ergänzen. Engersäits ass et, d'Liichtintensitéit an de bloen a roude Beräicher ënner der Bestrahlung vum Sonneliicht am Dag ze erhéijen, fir d'Photosynthese vu Planzen ze fërderen, an der anerer ass et, ze kompenséieren, wann et nuets kee Sonneliicht gëtt, fir d'Planzewuesstumsquote ze fërderen.
②Déi zousätzlech Beliichtung muss berücksichtegen, an wéi enger Wuestumsphase d'Planz sech befënnt, wéi zum Beispill d'Keimlingsperiod oder d'Blummen- a Fruuchtperiod.

Dofir sollt den Design vun LED-Planzewuchsluuchten als éischt zwou Basisdesignmodi hunn, nämlech 24-Stonne-Beliichtung (bannen) an Zousazbeliichtung fir de Planzewuesstum (baussen). Fir den Indoor-Planzenubau muss den Design vun LED-Wuchsluuchten dräi Aspekter berécksiichtegen, wéi an der Figur 4 gewisen. Et ass net méiglech, d'Chips mat dräi Primärfaarwen an engem bestëmmte Verhältnis ze verpacken.

Figur 4, D'Designidee fir d'Benotzung vun LED-Planzeluuchten fir Indoor-Planzen fir 24 Stonnen Beliichtung

Zum Beispill, fir e Spektrum an der Crèchephase, wann ee bedenkt datt et de Wuesstum vu Wuerzelen a Stengelen muss stäerken, d'Verzweigung vu Blieder muss stäerken, an d'Liichtquell dobannen benotzt gëtt, kann de Spektrum wéi an der Figur 5 gewisen entworf ginn.

Figur 5, Spektralstrukturen, déi fir LED-Indoor-Crèche-Period gëeegent sinn

Fir den Design vun der zweeter Aart vun LED-Wuessluucht ass et haaptsächlech op d'Designléisung vum Ergänzungsliicht ausgeriicht, fir d'Planzung am Fouss vun engem Treibhause dobaussen ze förderen. D'Designidee gëtt an der Figur 6 gewisen.

Figur 6, Designiddien fir Outdoor-Wuessluuchten 

Den Auteur proposéiert datt méi Planzefirmen déi zweet Optioun adoptéieren, fir LED-Luuchten ze benotzen, fir de Planzewuesstum ze fërderen.

Éischtens huet China säi Gewächshausbau zënter Joerzéngten eng grouss Quantitéit an eng breet Palette vun Erfahrung, souwuel am Süden wéi och am Norden. Et huet eng gutt Basis vun der Technologie vun der Gewächshausbautechnologie a liwwert eng grouss Zuel vu frëschem Uebst a Geméis um Maart fir Nopeschstied. Besonnesch am Beräich vum Buedem a Waasser an Düngerplanzen goufen räich Fuerschungsresultater erreecht.

Zweetens, dës Zort vun zousätzlecher Beliichtungsléisung kann den onnéidegen Energieverbrauch staark reduzéieren, an zur selwechter Zäit den Ertrag vun Uebst a Geméis effektiv erhéijen. Zousätzlech ass China säi grousst geografescht Gebitt ganz praktesch fir d'Promotioun.

Als wëssenschaftlech Fuerschung iwwer LED-Planzebeliichtung bitt et och eng méi breet experimentell Basis dofir. Abb. 7 weist eng Zort LED-Wuessluucht, déi vun dësem Fuerschungsteam entwéckelt gouf a fir d'Zuucht an Treibhaiser gëeegent ass, a säi Spektrum gëtt an Abb. 8 gewisen.

Figur 7, Eng Zort LED-Wuessluucht

Figur 8, Spektrum vun enger Aart LED-Wuessluucht

No den uewe genannten Designiddien huet d'Fuerschungsteam eng Serie vun Experimenter duerchgefouert, an d'Experimenterresultater si ganz bedeitend. Zum Beispill, fir Wuessliicht am Gäertnereien, ass déi ursprénglech benotzt Luucht eng Leuchtstofflampe mat enger Leeschtung vun 32 W an engem Gäertnerei-Zyklus vu 40 Deeg. Mir bidden eng 12 W LED-Luucht, déi de Keimlingszyklus op 30 Deeg verkierzt, effektiv den Afloss vun der Temperatur vun de Luuchten am Keimlingsatelier reduzéiert an de Stroumverbrauch vun der Klimaanlag spuert. D'Déckt, d'Längt an d'Faarf vun de Keimlinger si besser wéi déi ursprénglech Keimlingszuuchtléisung. Fir d'Keimlinger vu gewéinleche Geméis goufen och gutt Verifizéierungsconclusiounen erreecht, déi an der folgender Tabelle zesummegefaasst sinn.

Dorënner, déi zousätzlech Liichtgrupp PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, an de Verhältnis vu rout a blo: 0,6-0,7. De Beräich vum PPFD-Wäert am Dag vun der natierlecher Grupp louch tëscht 40~800 μmol·m-2·s-1, an de Verhältnis vu rout a blo louch tëscht 0,6~1,2. Et ass ze gesinn, datt déi uewe genannten Indicateure besser si wéi déi vun natierlech ugebauten Keimlinger.

Conclusioun

Dësen Artikel stellt déi lescht Entwécklungen an der Uwendung vun LED-Wuessluuchten am Planzekultiv vir a weist op e puer Mëssverständnesser an der Uwendung vun LED-Wuessluuchten am Planzekultiv hin. Schlussendlech ginn déi technesch Iddien a Schemae fir d'Entwécklung vun LED-Wuessluuchten, déi fir de Planzekultiv benotzt ginn, virgestallt. Et sollt drop higewisen ginn, datt et och e puer Faktoren gëtt, déi bei der Installatioun an der Notzung vun der Luucht berécksiichtegt musse ginn, wéi zum Beispill d'Distanz tëscht der Luucht an der Planz, d'Bestrahlungsreechwäit vun der Luucht, an d'Uwendung vun der Luucht mat normalem Waasser, Dünger a Buedem.

Auteur: Yi Wang et al. Quelle: CNKI