Kirish

Yorug'lik o'simliklarning o'sishi jarayonida muhim rol o'ynaydi. Bu o'simlik xlorofillining so'rilishini va karotin kabi turli o'simlik o'sish xususiyatlarining so'rilishini rag'batlantirish uchun eng yaxshi o'g'itdir. Biroq, o'simliklarning o'sishini belgilovchi hal qiluvchi omil nafaqat yorug'lik bilan bog'liq, balki suv, tuproq va o'g'it konfiguratsiyasi, o'sish muhiti sharoitlari va kompleks texnik nazorat bilan ham ajralmas bo'lgan keng qamrovli omildir.

So'nggi ikki yoki uch yil ichida yarimo'tkazgichli yoritish texnologiyasini uch o'lchovli o'simlik fabrikalari yoki o'simliklarning o'sishi bilan bog'liq holda qo'llash bo'yicha cheksiz xabarlar paydo bo'ldi. Ammo uni diqqat bilan o'qib chiqqandan so'ng, har doim noqulaylik hissi paydo bo'ladi. Umuman olganda, yorug'lik o'simliklarning o'sishida qanday rol o'ynashi kerakligi haqida aniq tushuncha yo'q.

Avvalo, 1-rasmda ko'rsatilgandek, quyosh spektrini tushunib olaylik. Ko'rinib turibdiki, quyosh spektri uzluksiz spektr bo'lib, unda ko'k va yashil spektr qizil spektrdan kuchliroq va ko'rinadigan yorug'lik spektri 380 dan 780 nm gacha. Tabiatdagi organizmlarning o'sishi spektrning intensivligi bilan bog'liq. Masalan, ekvator yaqinidagi hududdagi ko'pgina 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 xususiyatlari 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'simlik o'sishida bir nechta auksinlarning yutilish spektrlari

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

• Xlorofill

Xlorofill fotosintez bilan bog'liq eng muhim pigmentlardan biridir. U fotosintezni hosil qila oladigan barcha organizmlarda, jumladan, yashil o'simliklarda, prokaryotik ko'k-yashil suv o'tlarida (siyanobakteriyalar) va eukaryotik suv o'tlarida mavjud. Xlorofill yorug'likdan energiyani yutadi, keyin esa u karbonat angidridni uglevodlarga aylantirish uchun ishlatiladi.

Xlorofill a asosan qizil yorug'likni yutadi, xlorofill b esa asosan ko'k-binafsha nurni yutadi, bu asosan soyali o'simliklarni quyoshli o'simliklardan ajratish uchun. Soyali o'simliklarda xlorofill b ning xlorofill a ga nisbati kichik, shuning uchun soyali o'simliklar ko'k nurdan kuchli foydalanishi va soyada o'sishga moslashishi mumkin. Xlorofill a ko'k-yashil, xlorofill b esa sariq-yashil rangda. Xlorofill a va xlorofill b ning ikkita kuchli yutilishiga ega, biri qizil mintaqada, to'lqin uzunligi 630-680 nm, ikkinchisi esa to'lqin uzunligi 400-460 nm bo'lgan ko'k-binafsha mintaqada.

• Karotinoidlar

Karotinoidlar muhim tabiiy pigmentlar sinfining umumiy atamasi bo'lib, ular odatda hayvonlar, yuqori o'simliklar, zamburug'lar va suv o'tlarida sariq, to'q sariq-qizil yoki qizil pigmentlarda uchraydi. Hozirgacha 600 dan ortiq tabiiy karotinoidlar kashf etilgan.

Karotinoidlarning yorug'lik yutishi OD303 ~ 505 nm oralig'ini qamrab oladi, bu oziq-ovqat rangini beradi va organizmning oziq-ovqat iste'mol qilishiga ta'sir qiladi. Suv o'tlari, o'simliklar va mikroorganizmlarda uning rangi xlorofill bilan qoplanadi va paydo bo'la olmaydi. O'simlik hujayralarida ishlab chiqarilgan karotinoidlar nafaqat fotosintezga yordam berish uchun energiyani yutadi va uzatadi, balki hujayralarni qo'zg'atilgan bitta elektronli bog'lanish kislorod molekulalari tomonidan yo'q qilinishidan himoya qilish funktsiyasiga ham ega.

Ba'zi kontseptual noto'g'ri tushunchalar

Energiyani tejash effekti, yorug'likning selektivligi va yorug'likning muvofiqlashtirilishidan qat'i nazar, yarimo'tkazgichli yoritish katta afzalliklarni ko'rsatdi. Biroq, so'nggi ikki yil ichidagi jadal rivojlanishdan kelib chiqib, 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 bir nisbatda birlashtirilgan ekan, ular o'simliklarni yetishtirishda ishlatilishi mumkin, masalan, qizilning ko'kka nisbati 4:1, 6:1, 9:1 va hokazo.

②Oq yorug'lik bo'lsa, u quyosh nurini, masalan, Yaponiyada keng qo'llaniladigan uchta asosiy oq yorug'lik naychasini va boshqalarni almashtirishi mumkin. Ushbu spektrlardan foydalanish o'simliklarning o'sishiga ma'lum darajada ta'sir qiladi, ammo bu ta'sir LED tomonidan ishlab chiqarilgan yorug'lik manbai kabi yaxshi emas.

③Yorug'likning muhim parametri bo'lgan PPFD (yorug'lik kvant oqimi zichligi) ma'lum bir indeksga yetgan ekan, masalan, PPFD 200 μmol·m-2·s-1 dan katta. Biroq, ushbu indikatordan foydalanganda, uning soyali o'simlikmi yoki quyoshli o'simlikmi, e'tibor berishingiz kerak. Siz bu o'simliklarning yorug'lik kompensatsiyasining to'yinganlik nuqtasini so'rashingiz yoki topishingiz kerak, bu yorug'lik kompensatsiyasi nuqtasi deb ham ataladi. Haqiqiy qo'llanilishlarda ko'chatlar ko'pincha kuyib ketadi yoki quriydi. Shuning uchun, ushbu parametrning dizayni o'simlik turiga, o'sish muhitiga 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 kengligiga ega uzluksiz spektr bo'lishi kerak. Juda tor spektrli (3(a)-rasmda ko'rsatilganidek) qizil va ko'k rangdagi ikkita o'ziga xos to'lqin uzunligi chiplaridan iborat yorug'lik manbasini ishlatish noo'rin ekanligi aniqlandi. Tajribalarda o'simliklar sarg'ish rangga moyil bo'lishi, barg poyalari juda och va barg poyalari juda ingichka ekanligi aniqlandi.

Avvalgi yillarda keng tarqalgan uchta asosiy rangga ega lyuminestsent lampalar uchun oq rang sintez qilingan bo'lsa-da, qizil, yashil va ko'k spektrlar ajratilgan (3(b)-rasmda ko'rsatilganidek) va spektrning kengligi juda tor. Keyingi uzluksiz qismning spektral intensivligi nisbatan zaif va quvvat hali ham LEDlarga nisbatan nisbatan katta, energiya sarfidan 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 chiroqchasi va uchta asosiy rangli lyuminestsent yorug'lik spektri

PPFD - bu yorug'lik kvant oqimi zichligi bo'lib, u fotosintezdagi yorug'likning samarali nurlanish yorug'lik oqimi zichligini anglatadi, bu vaqt birligi va maydon birligi uchun 400 dan 700 nm gacha to'lqin uzunligi oralig'ida o'simlik bargi poyalariga tushadigan yorug'lik kvantlarining umumiy sonini ifodalaydi. Uning birligi μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). Fotosintetik faol nurlanish (PAR) to'lqin uzunligi 400 dan 700 nm gacha bo'lgan umumiy quyosh nurlanishini anglatadi. Uni yorug'lik kvantlari yoki nurlanish energiyasi bilan ifodalash mumkin.

Ilgari, illyuminometr tomonidan aks ettirilgan yorug'lik intensivligi yorqinlik edi, ammo o'simlik o'sishi spektri yorug'lik moslamasining o'simlikdan balandligi, yorug'lik qoplamasi va yorug'lik barglardan o'tishi mumkinligi sababli o'zgaradi. Shuning uchun, fotosintezni o'rganishda yorug'lik intensivligining ko'rsatkichi sifatida par dan foydalanish to'g'ri emas.

Odatda, fotosintez mexanizmi quyoshni yaxshi ko'radigan o'simlikning PPFD qiymati 50 μmol·m-2·s-1 dan katta bo'lganda boshlanishi mumkin, soyali o'simlikning PPFD qiymati esa faqat 20 μmol·m-2·s-1 ga muhtoj. Shuning uchun, LED o'stirish chiroqlarini sotib olayotganda, siz ushbu mos yozuvlar qiymatiga va ekadigan o'simliklar turiga qarab LED o'stirish chiroqlari sonini tanlashingiz mumkin. Masalan, agar bitta LED chiroqning PPFD qiymati 20 μmol·m-2·s-1 bo'lsa, quyoshni yaxshi ko'radigan o'simliklarni o'stirish uchun 3 tadan ortiq LED o'simlik lampochkalari kerak bo'ladi.

Yarimo'tkazgichli yoritishning bir nechta dizayn yechimlari

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

• Hozirgi vaqtda Xitoyda yopiq o'simliklar ekish modeli juda mashhur. 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 tannarxi nisbatan yuqori;
② LED o'sadigan chiroqlarning dizayni spektrning uzluksizligi va yaxlitligini hisobga olishi kerak;
③ Yorug'lik vaqtini va yorug'lik intensivligini samarali nazorat qilish kerak, masalan, o'simliklarni bir necha soat dam olishga qo'yish, nurlanish intensivligi yetarli emas yoki juda kuchli emas va hokazo;
④Butun jarayon namlik, harorat va CO2 konsentratsiyasi kabi ochiq havoda o'simliklarning haqiqiy optimal o'sish muhiti talab qiladigan sharoitlarni taqlid qilishi kerak.

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

1 LED chiroqlarining vazifasi yorug'likni to'ldirishdir. Ulardan biri kunduzgi quyosh nuri ta'sirida ko'k va qizil joylarda yorug'lik intensivligini oshirish, o'simliklarning fotosintezini rag'batlantirish, ikkinchisi esa kechasi quyosh nuri yo'qligini qoplash va o'simliklarning o'sish sur'atini oshirishdir.
②Qo'shimcha yorug'lik o'simlikning qaysi o'sish bosqichida ekanligini, masalan, ko'chat davri yoki gullash va meva berish davrini hisobga olishi kerak.

Shuning uchun, LED o'simlik o'stirish chiroqlarini loyihalashda avval ikkita asosiy dizayn rejimi bo'lishi kerak, ya'ni 24 soatlik yoritish (ichki) va o'simlik o'sishi uchun qo'shimcha yoritish (tashqi). Yopiq o'simliklarni yetishtirish uchun LED o'stirish chiroqlarini loyihalashda 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 ichki LED o'simlik kuchaytirgich chiroqlaridan foydalanishning dizayn g'oyasi

Masalan, ko'chatxona bosqichidagi spektr uchun, u ildizlar va poyalarning o'sishini kuchaytirishi, barglarning shoxlanishini kuchaytirishi kerakligini va yorug'lik manbai bino ichida ishlatilishini hisobga olsak, spektr 5-rasmda ko'rsatilgandek loyihalashtirilishi mumkin.

5-rasm, LED yopiq bolalar bog'chasi uchun mos spektral tuzilmalar

Ikkinchi turdagi LED o'sish chiroqlarini loyihalash uchun u asosan ochiq havoda issiqxonaning poydevoriga ekishni rag'batlantirish uchun qo'shimcha yorug'likning dizayn yechimiga qaratilgan. Dizayn g'oyasi 6-rasmda ko'rsatilgan.

6-rasm, Tashqi o'stirish chiroqlarining dizayn g'oyalari 

Muallifning ta'kidlashicha, ko'proq ekish kompaniyalari o'simliklarning o'sishini rag'batlantirish uchun LED chiroqlaridan foydalanishning ikkinchi variantini qo'llaydilar.

Birinchidan, Xitoyning ochiq havoda issiqxonada yetishtirish o'nlab yillar davomida katta hajmga va keng tajribaga ega, ham janubda, ham shimolda. U issiqxonada yetishtirish texnologiyasining yaxshi asosiga ega va atrofdagi shaharlar uchun bozorda ko'plab yangi meva va sabzavotlarni taqdim etadi. Ayniqsa, tuproq, suv va o'g'it ekish sohasida boy tadqiqot natijalariga erishildi.

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

LED o'simliklarni yoritish bo'yicha ilmiy tadqiqot sifatida u kengroq eksperimental asos yaratadi. 7-rasm - bu tadqiqot guruhi tomonidan ishlab chiqilgan, issiqxonalarda etishtirish uchun mos bo'lgan LED o'stirish chiroqlarining bir turi va uning spektri 8-rasmda ko'rsatilgan.

7-rasm, LED o'sish chiroqining bir turi

8-rasm, bir turdagi LED o'sish chiroqining spektri

Yuqoridagi dizayn g'oyalariga muvofiq, tadqiqot guruhi bir qator tajribalar o'tkazdi va tajriba natijalari juda muhim. Masalan, ko'chatxonada o'stirish uchun yorug'lik manbai sifatida 32 Vt quvvatga va 40 kunlik ko'chatxona sikliga ega lyuminestsent lampa ishlatilgan. Biz 12 Vt quvvatga ega LED chiroqni taqdim etamiz, bu ko'chat siklini 30 kungacha qisqartiradi, ko'chat ustaxonasidagi lampalar haroratining ta'sirini samarali ravishda kamaytiradi va konditsionerning energiya sarfini tejaydi. Ko'chatlarning qalinligi, uzunligi va rangi asl ko'chat yetishtirish yechimidan yaxshiroqdir. Oddiy sabzavotlarning ko'chatlari uchun ham yaxshi tasdiqlash xulosalari olingan, ular quyidagi jadvalda umumlashtirilgan.

Ular orasida qo'shimcha yorug'lik guruhi PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1 va qizil-ko'k nisbati: 0.6-0.7. Tabiiy guruhning kunduzgi PPFD qiymati diapazoni 40~800 μmol·m-2·s-1 ni, qizilning ko'kka nisbati esa 0.6~1.2 ni tashkil etdi. Yuqoridagi ko'rsatkichlar tabiiy ravishda o'stirilgan ko'chatlarnikidan yaxshiroq ekanligini ko'rish mumkin.

Xulosa

Ushbu maqolada o'simliklarni yetishtirishda LED o'stirish chiroqlarini qo'llashdagi so'nggi yutuqlar taqdim etiladi va o'simliklarni yetishtirishda LED o'stirish chiroqlarini qo'llashdagi ba'zi tushunmovchiliklar ko'rsatib o'tiladi. Nihoyat, o'simliklarni yetishtirish uchun ishlatiladigan LED o'stirish chiroqlarini ishlab chiqish bo'yicha texnik g'oyalar va sxemalar taqdim etiladi. Shuni ta'kidlash kerakki, chiroqni o'rnatish va ishlatishda, masalan, yorug'lik va o'simlik orasidagi masofa, chiroqning nurlanish diapazoni va yorug'likni oddiy suv, o'g'it va tuproq bilan qanday qo'llash kerakligi kabi ba'zi omillar ham hisobga olinishi kerak.

Muallif: Yi Vang va boshqalar. Manba: CNKI