Kirish

O'simliklarning o'sishi jarayonida yorug'lik asosiy rol o'ynaydi.Bu o'simlik xlorofillning so'rilishini va karotin kabi o'simliklarning turli o'sish fazilatlarini singdirish uchun eng yaxshi o'g'itdir.Biroq, o'simliklarning o'sishini belgilovchi hal qiluvchi omil - bu nafaqat yorug'lik bilan bog'liq, balki suv, tuproq va o'g'it konfiguratsiyasi, o'sish muhiti sharoitlari va har tomonlama texnik nazoratdan ajralmas omildir.

So'nggi ikki yoki uch yil ichida uch o'lchamli zavod zavodlari yoki o'simliklarning o'sishi bilan bog'liq yarimo'tkazgichli yoritish texnologiyasini qo'llash bo'yicha cheksiz hisobotlar mavjud.Ammo uni diqqat bilan o'qib chiqqandan so'ng, har doim qandaydir noqulay his bor.Umuman olganda, o'simlik o'sishida yorug'lik qanday rol o'ynashi haqida aniq tushuncha yo'q.

Birinchidan, 1-rasmda ko'rsatilganidek, quyosh spektrini tushunamiz. Ko'rinib turibdiki, quyosh spektri uzluksiz spektr bo'lib, unda ko'k va yashil spektr qizil spektrdan kuchliroqdir va ko'rinadigan yorug'lik spektri: 380 dan 780 nm gacha.Tabiatdagi organizmlarning o'sishi spektrning intensivligi bilan bog'liq.Masalan, ekvatorga yaqin hududdagi ko'pchilik o'simliklar juda tez o'sadi va shu bilan birga ularning o'sishi hajmi nisbatan katta.Ammo quyosh nurlanishining yuqori intensivligi har doim ham yaxshi emas va hayvonlar va o'simliklarning o'sishi uchun ma'lum darajada selektivlik mavjud.

1-rasm, Quyosh spektrining xarakteristikalari va uning ko'rinadigan yorug'lik spektri

Ikkinchidan, o'simlik o'sishining bir nechta asosiy yutilish elementlarining ikkinchi spektr diagrammasi 2-rasmda ko'rsatilgan.

2-rasm, o'simliklar o'sishida bir nechta auksinlarning yutilish spektrlari

2-rasmdan ko'rinib turibdiki, o'simliklar o'sishiga ta'sir qiluvchi bir nechta asosiy auksinlarning yorug'lik yutilish spektrlari sezilarli darajada farq qiladi.Shuning uchun, LED o'simliklar o'sishi chiroqlarini qo'llash oddiy masala emas, balki juda maqsadli.Bu erda ikkita eng muhim fotosintetik o'simlik o'sishi elementi tushunchalarini kiritish kerak.

• Xlorofil

Xlorofil fotosintez bilan bog'liq bo'lgan eng muhim pigmentlardan biridir.U yashil o'simliklar, prokaryotik ko'k-yashil suv o'tlari (siyanobakteriyalar) va eukaryotik suv o'tlari kabi fotosintezni yarata oladigan barcha organizmlarda mavjud.Xlorofill yorug'likdan energiyani yutadi, keyinchalik u karbonat angidridni uglevodlarga aylantirish uchun ishlatiladi.

Xlorofill a asosan qizil nurni yutadi, xlorofill b esa asosan ko'k-binafsha nurni yutadi, asosan soya o'simliklarini quyosh o'simliklaridan ajratib turadi.Soya o'simliklarining xlorofill b ning xlorofill a nisbati kichik, shuning uchun soya o'simliklari ko'k nurdan kuchli foydalanishi va soyada o'sishga moslashishi mumkin.Xlorofil a ko'k-yashil, xlorofill b esa sariq-yashil rangga ega.Xlorofill a va xlorofill b ning ikkita kuchli yutilishi mavjud bo'lib, ulardan biri to'lqin uzunligi 630-680 nm bo'lgan qizil mintaqada, ikkinchisi to'lqin uzunligi 400-460 nm bo'lgan ko'k-binafsha mintaqada.

• Karotinoidlar

Karotenoidlar muhim tabiiy pigmentlar sinfining umumiy atamasi bo'lib, ular odatda hayvonlarda, yuqori o'simliklarda, zamburug'larda va suv o'tlarida sariq, to'q sariq-qizil yoki qizil pigmentlarda uchraydi.Hozirgacha 600 dan ortiq tabiiy karotinoidlar topilgan.

Karotenoidlarning yorug'lik yutilishi OD303 ~ 505 nm oralig'ini qamrab oladi, bu oziq-ovqat rangini ta'minlaydi va organizmning oziq-ovqat iste'moliga ta'sir qiladi.Yosunlar, o'simliklar va mikroorganizmlarda uning rangi xlorofill bilan qoplangan va paydo bo'lolmaydi.O'simlik hujayralarida hosil bo'lgan karotinoidlar nafaqat fotosintezga yordam berish uchun energiyani o'zlashtiradi va uzatadi, balki hujayralarni qo'zg'atilgan yagona elektronli bog'lanish kislorod molekulalari tomonidan yo'q qilinishidan himoya qilish funktsiyasiga ega.

Ba'zi kontseptual tushunmovchiliklar

Energiyani tejovchi effektdan qat'i nazar, yorug'likning selektivligi va yorug'likni muvofiqlashtirish, yarimo'tkazgichli yoritish katta afzalliklarni ko'rsatdi.Biroq, so'nggi ikki yildagi jadal rivojlanishdan biz yorug'likni loyihalash va qo'llashda ko'plab tushunmovchiliklarni ham ko'rdik, ular asosan quyidagi jihatlarda aks etadi.

①Ma'lum bir to'lqin uzunligidagi qizil va ko'k chiplar ma'lum nisbatda birlashtirilgan ekan, ular o'simliklarni etishtirishda ishlatilishi mumkin, masalan, qizil va ko'kning nisbati 4:1, 6:1, 9:1 va hokazo. yoqilgan.

②Oq yorug'lik ekan, u quyosh nurini almashtirishi mumkin, masalan, Yaponiyada keng qo'llaniladigan uchta asosiy oq yorug'lik trubkasi va boshqalar. Ushbu spektrlardan foydalanish o'simliklarning o'sishiga ma'lum ta'sir ko'rsatadi, ammo ta'sir LED tomonidan yaratilgan yorug'lik manbai kabi yaxshi emas.

③Yoritilishning muhim parametri bo'lgan PPFD (yorug'lik kvant oqimi zichligi) ma'lum bir indeksga yetguncha, masalan, PPFD 200 mkmol·m-2·s-1 dan katta.Biroq, bu ko'rsatkichdan foydalanganda, bu soya o'simlikmi yoki quyosh o'simlikmi ekanligiga e'tibor berishingiz kerak.Ushbu o'simliklarning yorug'lik kompensatsiyasining to'yinganlik nuqtasini so'rashingiz yoki topishingiz kerak, bu yorug'lik kompensatsiyasi nuqtasi deb ham ataladi.Haqiqiy ilovalarda ko'chatlar ko'pincha yonib ketadi yoki quriydi.Shuning uchun ushbu parametrning dizayni o'simlik turlari, o'sish muhiti va sharoitlariga muvofiq ishlab chiqilishi kerak.

Birinchi jihatga kelsak, kirish qismida keltirilganidek, o'simliklarning o'sishi uchun zarur bo'lgan spektr ma'lum bir tarqalish kengligi bilan uzluksiz spektr bo'lishi kerak.Juda tor spektrli qizil va ko'k rangli ikkita o'ziga xos to'lqin uzunligi chiplaridan (3(a)-rasmda ko'rsatilganidek) yorug'lik manbasini ishlatish maqsadga muvofiq emas.Tajribalarda oʻsimliklarning sargʻish rangga moyilligi, barg poyasi juda yengil, barg poyasi juda nozik ekanligi aniqlandi.

O'tgan yillarda tez-tez ishlatiladigan uchta asosiy rangga ega bo'lgan lyuminestsent naychalar uchun oq sintez qilingan bo'lsa-da, qizil, yashil va ko'k spektrlar ajratilgan (3-rasm (b) da ko'rsatilganidek) va spektrning kengligi juda tor.Quyidagi uzluksiz qismning spektral intensivligi nisbatan zaif va quvvat hali ham LEDlarga nisbatan nisbatan katta, energiya iste'moli 1,5 dan 3 baravar ko'p.Shuning uchun, foydalanish effekti LED chiroqlari kabi yaxshi emas.

3-rasm, Qizil va ko'k chipli LED o'simlik nuri va uchta asosiy rangli floresan yorug'lik spektri

PPFD yorug'lik kvant oqimi zichligi bo'lib, u fotosintezda yorug'likning samarali nurlanish nurlanish oqimi zichligiga ishora qiladi, bu vaqt birligi va birlik maydoni uchun 400 dan 700 nm gacha to'lqin uzunligi oralig'ida o'simlik bargi poyalariga tushadigan yorug'lik kvantlarining umumiy sonini ifodalaydi. .Uning birligi mE·m-2·s-1 (mkmol·m-2·s-1).Fotosintetik faol nurlanish (PAR) to'lqin uzunligi 400 dan 700 nm gacha bo'lgan jami quyosh nurlanishini anglatadi.U yorug'lik kvantlari yoki nurlanish energiyasi bilan ifodalanishi mumkin.

Ilgari, illuminometr tomonidan aks ettirilgan yorug'lik intensivligi yorqinlik edi, lekin o'simlikning o'sishi spektri o'simlikdan yorug'lik moslamasining balandligi, yorug'lik qoplami va yorug'likning barglardan o'tishi mumkinligi sababli o'zgaradi.Shuning uchun fotosintezni o'rganishda yorug'lik intensivligining ko'rsatkichi sifatida pardan foydalanish to'g'ri emas.

Odatda, fotosintez mexanizmi quyoshni yaxshi ko'radigan o'simlikning PPFD 50 mkmol · m-2 · s-1 dan katta bo'lganda boshlanishi mumkin, soyali o'simlikning PPFD esa atigi 20 mkmol · m - 2 · s-1 kerak. .Shuning uchun, LED o'sadigan chiroqlarni sotib olayotganda, siz ushbu mos yozuvlar qiymatiga va siz ekadigan o'simliklar turiga qarab LED o'sadigan chiroqlar sonini tanlashingiz mumkin.Misol uchun, agar bitta LED yorug'likning PPFD 20 mkmol · m-2 · s-1 bo'lsa, quyoshni yaxshi ko'radigan o'simliklarni etishtirish uchun 3 dan ortiq LED o'simlik lampalari talab qilinadi.

Yarimo'tkazgichli yoritishning bir nechta dizayn echimlari

Yarimo'tkazgichli yoritish o'simlik o'sishi yoki ekish uchun ishlatiladi va ikkita asosiy mos yozuvlar usuli mavjud.

• Hozirgi vaqtda Xitoyda yopiq ekish modeli juda issiq.Ushbu model bir nechta xususiyatlarga ega:

①LED chiroqlarining roli o'simlik yoritilishining to'liq spektrini ta'minlashdan iborat va yoritish tizimi barcha yorug'lik energiyasini ta'minlash uchun talab qilinadi va ishlab chiqarish narxi nisbatan yuqori;
② LED o'sadigan chiroqlarning dizayni spektrning uzluksizligi va yaxlitligini hisobga olishi kerak;
③Yorug'lik vaqtini va yorug'lik intensivligini samarali nazorat qilish kerak, masalan, o'simliklarni bir necha soat dam olishga ruxsat berish, nurlanishning intensivligi etarli emas yoki juda kuchli va hokazo;
④Butun jarayon namlik, harorat va CO2 kontsentratsiyasi kabi ochiq havoda oʻsimliklarning haqiqiy optimal oʻsish muhiti talab qiladigan sharoitlarga taqlid qilishi kerak.

• Yaxshi ochiq issiqxona ekish poydevori bilan ochiq havoda ekish rejimi.Ushbu modelning xususiyatlari quyidagilardan iborat:

①LED chiroqlarining roli yorug'likni to'ldirishdir.Ulardan biri o'simliklarning fotosintezini rag'batlantirish uchun kunduzi quyosh nuri ostida ko'k va qizil hududlarda yorug'lik intensivligini oshirish, ikkinchisi esa o'simliklarning o'sish tezligini oshirish uchun kechasi quyosh nuri bo'lmaganda kompensatsiya qilishdir.
②Qo'shimcha yorug'lik o'simlikning qaysi o'sish bosqichida ekanligini hisobga olishi kerak, masalan, ko'chat davri yoki gullash va meva berish davri.

Shuning uchun, LED o'simliklarni o'sadigan chiroqlarning dizayni birinchi navbatda ikkita asosiy dizayn rejimiga ega bo'lishi kerak, ya'ni 24 soat yorug'lik (ichki) va o'simlik o'sishi uchun qo'shimcha yoritish (tashqi).Yopiq o'simliklarni etishtirish uchun LED o'sadigan chiroqlarning dizayni 4-rasmda ko'rsatilganidek, uchta jihatni hisobga olish kerak. Chiplarni ma'lum bir nisbatda uchta asosiy rang bilan qadoqlash mumkin emas.

4-rasm, 24 soatlik yoritish uchun yopiq LED o'simliklarni kuchaytiruvchi chiroqlardan foydalanishning dizayn g'oyasi

Misol uchun, ko'chatlar bosqichidagi spektr uchun ildiz va poyalarning o'sishini kuchaytirish, barglarning shoxlanishini kuchaytirish va yorug'lik manbai bino ichida ishlatilishini hisobga olsak, spektrni 5-rasmda ko'rsatilgandek loyihalash mumkin.

Shakl 5, LED yopiq bolalar bog'chasiga mos keladigan spektral tuzilmalar

Ikkinchi turdagi LED o'sadigan yorug'likni loyihalash uchun u asosan ochiq issiqxona bazasida ekishni rag'batlantirish uchun qo'shimcha yorug'likning dizayn echimiga qaratilgan.Dizayn g'oyasi 6-rasmda ko'rsatilgan.

6-rasm, tashqi o'sadigan chiroqlarning dizayn g'oyalari 

Muallif ko'proq ekish kompaniyalari o'simliklarning o'sishini rag'batlantirish uchun LED yoritgichlardan foydalanishning ikkinchi variantini qabul qilishni taklif qiladi.

Avvalo, Xitoyning ochiq issiqxonada etishtirish o'nlab yillar davomida janubda ham, shimolda ham katta miqdordagi va keng tajribaga ega.U issiqxonada etishtirish texnologiyasi uchun yaxshi asosga ega va atrofdagi shaharlar uchun bozorda ko'plab yangi meva va sabzavotlarni taqdim etadi.Ayniqsa, tuproq-suv, o‘g‘it ekish bobida ham boy ilmiy natijalarga erishildi.

Ikkinchidan, bunday qo'shimcha yorug'lik eritmasi keraksiz energiya sarfini sezilarli darajada kamaytirishi va shu bilan birga meva va sabzavotlarning hosildorligini samarali oshirishi mumkin.Bundan tashqari, Xitoyning keng geografik hududi reklama uchun juda qulaydir.

LED o'simlik yoritgichlarining ilmiy izlanishlari sifatida u uchun kengroq eksperimental bazani ham ta'minlaydi.7-rasm issiqxonalarda etishtirish uchun mos bo'lgan ushbu tadqiqot guruhi tomonidan ishlab chiqilgan LED o'sadigan yorug'likning bir turi bo'lib, uning spektri 8-rasmda ko'rsatilgan.

7-rasm, LED o'sadigan yorug'likning bir turi

8-rasm, LED o'sadigan yorug'likning bir turi spektri

Yuqoridagi dizayn g'oyalariga ko'ra, tadqiqot guruhi bir qator tajribalar o'tkazdi va eksperimental natijalar juda muhim.Masalan, bolalar bog'chasida yorug'likni o'stirish uchun 32 Vt quvvatga ega va 40 kunlik bolalar bog'chasiga ega bo'lgan lyuminestsent chiroq ishlatilgan.Biz 12 Vt quvvatli LED yorug'lik bilan ta'minlaymiz, bu ko'chat davrini 30 kungacha qisqartiradi, ko'chatlar ustaxonasidagi lampalar haroratining ta'sirini samarali kamaytiradi va konditsionerning quvvat sarfini tejaydi.Ko'chatlarning qalinligi, uzunligi va rangi dastlabki ko'chatlarni ko'tarish eritmasidan yaxshiroqdir.Oddiy sabzavotlarning ko'chatlari uchun yaxshi tekshirish xulosalari ham olingan, ular quyidagi jadvalda keltirilgan.

Ular orasida qo'shimcha yorug'lik guruhi PPFD: 70-80 mkmol·m-2·s-1 va qizil-ko'k nisbati: 0,6-0,7.Tabiiy guruhning kunduzgi PPFD qiymatining diapazoni 40 ~ 800 mkmol · m-2 · s-1, qizil va ko'k rang nisbati 0,6 ~ 1,2 edi.Ko'rinib turibdiki, yuqoridagi ko'rsatkichlar tabiiy ravishda o'stirilgan ko'chatlarga qaraganda yaxshiroq.

Xulosa

Ushbu maqola o'simliklarni etishtirishda LED o'sadigan chiroqlarni qo'llash bo'yicha so'nggi ishlanmalar bilan tanishtiradi va o'simliklar etishtirishda LED o'sadigan yorug'likni qo'llashda ba'zi tushunmovchiliklarga ishora qiladi.Nihoyat, o'simliklar etishtirish uchun ishlatiladigan LED o'sadigan chiroqlarni ishlab chiqish bo'yicha texnik g'oyalar va sxemalar taqdim etiladi.Shuni ta'kidlash kerakki, yorug'likni o'rnatish va ishlatishda e'tiborga olinishi kerak bo'lgan ba'zi omillar mavjud, masalan, yorug'lik va o'simlik orasidagi masofa, chiroqning nurlanish diapazoni va yorug'likni qanday qo'llash. oddiy suv, o'g'it va tuproq.

Muallif: Yi Vang va boshqalar.Manba: CNKI