Kuidas valida ja kujundada LED-kasvutulesid?

Kaasaegse põllumajanduse olulise haruna on taimetehaste kontseptsioon muutunud väga populaarseks. Siseruumides istutuskeskkonnas on taimede valgustus fotosünteesi jaoks oluline energiaallikas.LED Grow valgusti sellel on ülekaalukad eelised, mida traditsioonilistel lisavalgustitel pole, ja neist saab kindlasti esimene valik põhi- või lisavalgustite jaoks suurtes kommertsrakendustes, nagu vertikaalsed talud ja kasvuhooned.

Taimed on üks keerulisemaid eluvorme sellel planeedil. Taimede istutamine on lihtne, kuid raske ja keeruline. Lisaks kasvuvalgustusele mõjutavad paljud muutujad üksteist. Nende muutujate tasakaalustamine on suurepärane kunst, mida kasvatajad peavad mõistma ja valdama. Kuid taimede valgustuse osas on veel palju tegureid, mida tuleb hoolikalt kaaluda.

Esiteks mõistame päikese spektrit ja spektri neeldumist taimede poolt. Nagu allolevalt jooniselt näha, on päikesespekter pidev spekter, milles sinine ja roheline spekter on punasest tugevamad ning nähtava valguse spekter jääb vahemikku 380–780 nm. Taimede kasvus on mitu peamist neeldumistegurit ja mitme peamise auksiini valguse neeldumisspektrid, mis mõjutavad taimede kasvu, on oluliselt erinevad. Seetõttu kohaldatakseLED kasvutuliei ole lihtne asi, vaid väga sihipärane. Siin on vaja tutvustada kahe kõige olulisema fotosünteetilise taimekasvu elemendi mõistet.

Taimede fotosüntees põhineb lehtede kloroplastis leiduval klorofüllil, mis on üks olulisemaid fotosünteesiga seotud pigmente. Seda leidub kõigis organismides, mis võivad luua fotosünteesi, sealhulgas rohelistes taimedes ja prokarüootsetes taimedes. Sinivetikad (tsüanobakterid) ja eukarüootsed vetikad. Klorofüll neelab valguse energiat ning sünteesib süsivesinikeks süsihappegaasi ja vee.

Klorofüll a on sinakasroheline ja neelab peamiselt punast valgust; klorofüll b on kollakasroheline ja neelab peamiselt sinakasvioletset valgust. Peamiselt selleks, et eristada varjutaimi päikesetaimedest. Varjutaimede klorofüll b ja klorofüll a suhe on väike, seega saavad varjutaimed sinist valgust tugevalt kasutada ja varjus kasvamisega kohaneda. Klorofüllil a ja klorofüllil b on kaks tugevat neeldumist: punane piirkond lainepikkusega 630–680 nm ja sinakasvioletne piirkond lainepikkusega 400–460 nm.

Karotenoidid (karotenoidid) on üldnimetus oluliste looduslike pigmentide klassi kohta, mida leidub tavaliselt loomade, kõrgemate taimede, seente ja vetikate kollastes, oranžikaspunastes või punastes pigmentides. Praeguseks on avastatud üle 600 loodusliku karotenoidi. Taimerakkudes toodetud karotenoidid mitte ainult ei neela ja edastavad energiat, et aidata kaasa fotosünteesile, vaid neil on ka funktsioon kaitsta rakke hävitamise eest ergastatud üheelektronilise sideme hapnikumolekulide poolt. Karotenoidide valguse neeldumine hõlmab vahemikku 303–505 nm. See annab toidule värvi ja mõjutab inimkeha toidutarbimist; vetikates, taimedes ja mikroorganismides ei saa selle värvust esitada, kuna see on kaetud klorofülliga.

Projekteerimise ja valiku protsessisLED kasvutuled, on mitmeid arusaamatusi, mida tuleb vältida, peamiselt järgmistes aspektides.

1. Valguse lainepikkuse punase ja sinise lainepikkuse suhe

Kahe taime fotosünteesi kahe peamise neeldumispiirkonnana on kiirgusspekterLED kasvutulipeaks olema peamiselt punane ja sinine tuli. Kuid seda ei saa lihtsalt mõõta punase ja sinise suhtega. Näiteks punase ja sinise suhe on 4:1, 6:1, 9:1 ja nii edasi.

Erinevate harjumustega taimeliike on palju ja erinevatel kasvufaasidel on ka erinev valgusfookuse vajadus. Taimede kasvuks vajalik spekter peaks olema pidev spekter teatud levila laiusega. Ilmselgelt on kohatu kasutada valgusallikat, mis on valmistatud kahest kindlast lainepikkusega punasest ja sinisest väga kitsa spektriga kiibist. Katsetes selgus, et taimed kipuvad olema kollakad, lehevarred väga heledad ja lehevarred väga peenikesed. Taimede reageerimise kohta erinevatele spektritele välisriikides on tehtud suur hulk uuringuid, näiteks infrapunaosa mõju fotoperioodile, kollakasrohelise osa mõju varjutusefektile ja taimede kiirguse mõju. violetne osa resistentsuse kohta kahjurite ja haiguste, toitainete ja nii edasi.

Praktilistes rakendustes seemikud sageli põletatakse või kuivavad. Seetõttu tuleb selle parameetri disain kujundada vastavalt taimeliigile, kasvukeskkonnale ja tingimustele.

2. Tavaline valge valgus ja täisspekter

Taimede poolt "nähtav" valgusefekt erineb inimsilmast. Meie üldkasutatavad valge valgusega lambid ei suuda päikesevalgust asendada, näiteks Jaapanis laialdaselt kasutatavad kolmest peamisest valgest valgustorust jne. Nende spektrite kasutamisel on taimede kasvule teatav mõju, kuid mõju ei ole sama hea kui LED-ide valgusallikas. .

Varasematel aastatel tavaliselt kasutatud kolme põhivärviga luminofoorlampide puhul, kuigi sünteesitakse valget, on punane, roheline ja sinine spektrid eraldatud ning spektri laius on väga kitsas ja spektri pidev osa suhteliselt nõrk. Samas on võimsus võrreldes LED-idega siiski suhteliselt suur, 1,5–3 korda suurem energiakulu. Spetsiaalselt taimekasvatuse valgustamiseks loodud LED-ide täielik spekter optimeerib spektrit. Kuigi visuaalne efekt on endiselt valge, sisaldab see taimede fotosünteesiks vajalikke olulisi valgusosi.

3. Valgustuse intensiivsuse parameeter PPFD

Fotosünteesi voo tihedus (PPFD) on oluline parameeter valguse intensiivsuse mõõtmiseks taimedes. Seda saab väljendada kas valguskvantide või kiirgusenergiaga. See viitab valguse efektiivsele kiirgusvoo tihedusele fotosünteesis, mis tähistab taimede lehtede vartele langevate valguskvantide koguarvu lainepikkuste vahemikus 400–700 nm aja- ja pindalaühiku kohta. Üksus onμE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). Fotosünteetiliselt aktiivne kiirgus (PAR) viitab kogu päikesekiirgusele, mille lainepikkus jääb vahemikku 400–700 nm.

Taimede valguskompensatsiooni küllastuspunkt, mida nimetatakse ka valguse kompensatsioonipunktiks, tähendab, et PPFD peab olema sellest punktist kõrgem, selle fotosüntees võib olla suurem kui hingamine ja taimede kasv on suurem kui tarbimine, enne kui taimed saavad kasvada. Erinevatel taimedel on erinevad valguse kompensatsioonipunktid ja seda ei saa lihtsalt käsitleda teatud indeksi saavutamisena, näiteks PPFD üle 200μmol·m-2·s-1.

Varem kasutatud valgustusmõõturi peegelduv valguse intensiivsus on heledus, kuid seepärast, et taimede kasvuspekter muutub sõltuvalt valgusallika kõrgusest taimest, valguse katvusest ja sellest, kas valgus suudab valgust läbida. lehed jne, kasutatakse seda valgusena fotosünteesi uurimisel. Tugevad näitajad ei ole piisavalt täpsed ja praegu kasutatakse enamasti PAR-i.

Üldiselt on positiivne taim PPFD> 50μmol·m-2·s-1 võib käivitada fotosünteesi mehhanismi; samas kui varjutaim PPFD vajab ainult 20μmol·m-2·s-1. Seetõttu saate LED-taimevalgusti paigaldamisel paigaldada ja seadistada selle võrdlusväärtuse järgi, valida sobiva paigalduskõrguse ning saavutada lehepinnal ideaalne PPFD väärtus ja ühtlus.

4. Kerge valem

Light valem on hiljuti välja pakutud uus kontseptsioon, mis hõlmab peamiselt kolme tegurit: valguse kvaliteet, valguse kogus ja kestus. Lihtsalt mõista, et valguskvaliteet on taimede fotosünteesi jaoks kõige sobivam spekter; valguskogus on sobiv PPFD väärtus ja ühtlus; kestus on kiirituse kumulatiivne väärtus ning päevase ja öö aja suhe. Hollandi põllumehed on avastanud, et taimed kasutavad päevaste ja öiste muutuste hindamiseks infrapuna ja punase valguse suhet. Infrapunasuhe suureneb päikeseloojangul oluliselt ja taimed reageerivad unele kiiresti. Ilma selle protsessita kuluks taimedel selle protsessi lõpuleviimiseks mitu tundi.

Praktilistes rakendustes on vaja koguda kogemusi testimise teel ja valida parim kombinatsioon.