Kaasaegse põllumajanduse olulise haruna on taimetehaste kontseptsioon muutunud väga populaarseks. Siseruumide istutuskeskkonnas on taimede valgustus fotosünteesi jaoks hädavajalik energiaallikas. LED -taimede tuledel on tohutuid eeliseid, mida traditsioonilistel lisatuledel pole, ja need muutuvad kindlasti esimeseks valikuks põhi- või lisavalgustite jaoks suurtes kaubanduslikes rakendustes, nagu vertikaalsed talud ja kasvuhooned.
Taimed on sellel planeedil üks keerulisemaid eluvorme. Taimede istutamine on äärmiselt lihtne, kuid samas ka keeruline ja keeruline. Lisaks taimede valgustusele 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.
Kõigepealt mõistame' päikese spektrit ja spektri neeldumist taimede poolt. Nagu allolevalt jooniselt näha, on päikesespekter pidev spekter, milles sinine ja roheline spekter on tugevamad kui punane ning nähtava valguse spekter on vahemikus 380 kuni 780 nm. Taimede kasvuks on mitu võtmetegurit ja mitmete taimede kasvu mõjutavate auksiinide valguse neeldumisspektrid on oluliselt erinevad. Seetõttu pole LED -taimede kasvutulede kasutamine lihtne asi, vaid väga sihipärane. Siin on vaja tutvustada kahe kõige olulisema fotosünteesiva taime kasvuelemendi mõisteid.
Taimede fotosüntees põhineb lehtede kloroplastis sisalduval klorofüllil, mis on üks olulisemaid fotosünteesiga seotud pigmente. Seda leidub kõigis organismides, mis suudavad luua fotosünteesi, kaasa arvatud rohelised taimed ja prokarüootsed taimed. Sinivetikad (tsüanobakterid) ja eukarüootsed vetikad. Klorofüll neelab valguse energiat ja sünteesib süsinikdioksiidi ja vee süsivesinikeks.
Klorofüll a on sinakasroheline ja neelab peamiselt punast valgust; klorofüll b on kollakasroheline ja neelab peamiselt sinakasvioletset valgust. Peamiselt varjuliste taimede eristamiseks päikesetaimedest. Klorofülli b ja varjuliste taimede klorofülli a suhe on väike, nii et varjutaimed saavad sinist valgust tugevalt kasutada ja varjus kasvamisega kohaneda. Klorofüllil a ja klorofüllil b on kaks tugevat neeldumist: punane piirkond lainepikkusega 630–680 nm ja sinakasviolett piirkond lainepikkusega 400–460 nm.
Karotenoidid (karotenoidid) on üldnimetus oluliste looduslike pigmentide klassi kohta, mida tavaliselt leidub loomade, kõrgemate taimede, seente ja vetikate kollastes, oranžikaspunastes või punastes pigmentides. Praeguseks on avastatud üle 600 loodusliku karotinoidi. Taimerakkudes toodetud karotenoidid mitte ainult ei ima ega edasta energiat, et aidata kaasa fotosünteesi edenemisele, vaid kaitsevad ka rakke hävitamise eest üheelektronilise sideme hapniku molekulide eest. Karotenoidid neelavad valgust vahemikus 303–505 nm. Need annavad toiduvärvi ja mõjutavad inimkeha' toidu tarbimist; vetikates, taimedes ja mikroorganismides ei saa nende värvi esitada klorofülli katmise tõttu.
LED -taimede valgustite projekteerimise ja valimise käigus on mitmeid arusaamatusi, mida tuleb vältida, peamiselt järgmistes aspektides.
1. Valguse lainepikkuse punase ja sinise lainepikkuse suhe
Kahe taime fotosünteesi kahe peamise neeldumispiirkonnana peaks LED -taimede tulede kiirguseks olema peamiselt punane ja sinine valgus. 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.
Taimeliigid on väga mitmekesised ja neil on erinevad harjumused ning erinevatel kasvufaasidel on samuti erinevad valgusfookuse vajadused. Taimede kasvuks vajalik spekter peaks olema kindla jaotuslaiusega pidev spekter. Ilmselgelt on kohatu kasutada valgusallikat, mis on valmistatud kahest kitsast punase ja sinise lainepikkusega kiibist, millel on väga kitsas spekter. Katsetes leiti, et taimed kipuvad olema kollakad, lehtede varred on väga heledad ja lehtede varred on väga õhukesed. Välisriikides on tehtud palju uuringuid taimede reageerimise kohta erinevatele spektritele, näiteks infrapunaosa mõju fotoperioodile, kollakasrohelise osa mõju varjutusefektile ja lilla osa kahjurite ja haiguste, toitainete ja nii edasi.
Tegelikes rakendustes põletatakse või närbuvad seemikud sageli ära. Seetõttu tuleb selle parameetri disain kavandada vastavalt taimeliigile, kasvukeskkonnale ja tingimustele.
2. Tavaline valge valgus ja täielik spekter
Valgusefekt&", nähtud &"; taimede järgi erineb inimese silmast. Meie tavaliselt kasutatavad valged lambid ei saa asendada päikesevalgust, näiteks Jaapanis laialdaselt kasutatavad kolme esmase valge valgusega torud. Nende spektrite kasutamine avaldab teatud mõju taimede kasvule, kuid efekt ei ole nii hea kui LED -ide poolt toodetud valgusallikas. .
Kolme põhivärviga luminofoorlampide puhul, mida tavaliselt kasutati eelmistel aastatel, kuigi sünteesitakse valget, eraldatakse punane, roheline ja sinine spekter ning spektri laius on väga kitsas ja spektri pidev osa on suhteliselt nõrk. Samal ajal on võimsus võrreldes LED -idega endiselt suhteliselt suur, 1,5 kuni 3 korda suurem energiatarve. Spetsiaalselt taimede valgustamiseks mõeldud LED -ide kogu spekter optimeerib spektrit. Kuigi visuaalne efekt on endiselt valge, sisaldab see olulist osa taimede fotosünteesiks vajalikust valgusest.
3. Valguse intensiivsuse parameeter PPFD
Fotosünteesi voo tihedus (PPFD) on oluline parameeter taimede valgustugevuse mõõtmiseks. Seda saab väljendada kas valguskvantide või kiirgava energiaga. See viitab valguse efektiivsele kiirgusvoo tihedusele fotosünteesis, mis tähistab taimede lehtede vartele langevate valguskvantide koguarvu lainepikkuste vahemikus 400 kuni 700 nm ajaühiku ja pindalaühiku kohta. Selle ühik on μE · m-2 · s-1 (μmol · m-2 · s-1). Fotosünteetiliselt aktiivne kiirgus (PAR) viitab kogu päikesekiirgusele, mille lainepikkus on vahemikus 400 kuni 700 nm.
Taimede valguse kompenseerimise punkt, mida nimetatakse ka valguse kompenseerimispunktiks, tähendab, et PPFD peab olema sellest punktist kõrgem, et fotosüntees oleks suurem kui hingamine, ja taimede kasv on suurem kui tarbimine enne taimede kasvu. Erinevatel taimedel on erinevad valguse kompenseerimispunktid ja seda ei saa lihtsalt käsitada teatud indeksini jõudmisena, näiteks kui PPFD on suurem kui 200μmol · m-2 · s-1.
Varem kasutatud valgustusmõõturi valgustugevus on heledus, kuid kuna taimede kasvuspekter muutub sõltuvalt valgusallika kõrgusest taimest, valguse katvusest ja sellest, kas valgus võib lehti läbida jne, kasutatakse seda valgusena fotosünteesi uurimisel. Tugevad näitajad ei ole piisavalt täpsed ja praegu kasutatakse enamasti PAR -i.
Üldiselt võib fotosünteesi mehhanismi käivitada positiivne taim PPFD> 50 μmol · m-2 · s-1; samas kui varjutaime PPFD vajab vaid 20 μmol · m-2 · s-1. Seetõttu saate LED -taimelambi paigaldamisel selle võrdlusväärtuse järgi paigaldada ja seadistada, valida sobiva paigalduskõrguse ning saavutada lehepinnale ideaalne PPFD väärtus ja ühtlus.
4. Kerge valem
Valgusvalem on hiljuti välja pakutud uus kontseptsioon, mis sisaldab peamiselt kolme tegurit: valguse kvaliteet, valguse kogus ja kestvus. Lihtsalt mõistke, et valguse kvaliteet on taimede fotosünteesiks kõige sobivam spekter; valguskogus on sobiv PPFD väärtus ja ühtlus; kestus on kiirituse kumulatiivne väärtus ning päeva ja öö aja suhe. Hollandi põllumajandustootjad on avastanud, et taimed kasutavad infrapuna ja punase valguse suhet, et otsustada päev-öö muutuse üle. Päikeseloojangu ajal suureneb infrapuna suhe märkimisväärselt ja taimed reageerivad kiiresti unele. Ilma selle protsessita kuluks taimel selle protsessi lõpuleviimiseks mitu tundi.
Praktilistes rakendustes on vaja testimise teel kogemusi koguda ja valida parim kombinatsioon.
