一, Fotobiologijos pagrindai: kaip augalai sugeria ir reaguoja į šviesą
Augalų chloroplastai apima fotosintetinius pigmentus, kurie leidžia jiems sugerti tam tikrus šviesos bangos ilgius. Pagrindinės juostos, skatinančios fotosintezę, yra raudona šviesa (600–700 nm) ir mėlyna šviesa (400–500 nm). Raudona šviesa kontroliuoja šviesos morfogenezę, naudodama šviesai jautrius pigmentus, kad stiebai užaugtų ilgesni ir susidarytų angliavandeniai; Mėlyna šviesa sustabdo stiebus, kai auga per daug, chlorofilas ir baltymai kaupiasi per kriptochromą, todėl stiebai pailgėja. Kai raudonos ir mėlynos šviesos santykis yra 4:1, eksperimentai parodė, kad salotų sausųjų medžiagų sankaupa, palyginti su monochromatine šviesa, padidėja 30%, o chlorofilo kiekis – 22%.
Tolimosios raudonos šviesos (700–800 nm) ir raudonos šviesos (R/FR) santykis taip pat labai svarbus augalų augimui. Sumažėjus R/FR santykiui, augalai pailgins stiebo mazgus ir išplės lapų plotą naudodamiesi „atspalvio vengimo reakcija“, kad galėtų konkuruoti dėl šviesos išteklių. Ši technika yra labai svarbi pasėliams, kurie sodinami arti vienas kito, pavyzdžiui, vertikaliai auginamiems pomidorams, kur pakeitus R/FR santykį augalo aukštis gali sumažėti 18%, o vaisių derlius - 15%.
2, LED technologijos privalumai: tikslus valdymas ir energijos vartojimo efektyvumo revoliucija
1. Spektrinis derinimas: didelis žingsnis į priekį nuo monochromatinės šviesos iki viso spektro
Įprasti šviesos šaltiniai, pvz., aukšto -slėgio natrio lempos (HPS), savo spektrus sufokusuoja į geltoną{1}}žalią šviesą (550–600 nm). Kita vertus, augalai sugeria tik mažiau nei 5% žalios šviesos. LED technologija gali labai tiksliai keisti šviesos spektrą, atskirai valdant raudonos, mėlynos ir baltos šviesos lustus. Pavyzdžiui, FloraFlex serijos LED augimo lempa naudoja 660 nm giliai raudoną šviesą, 450 nm mėlyną šviesą ir 5000 K baltą šviesą. Jo fotosintezės fotonų srauto tankis (PPFD) yra 1 200 μmol/m²/s, o tai yra 40 % efektyvesnis energijos{14}}efektyvumas nei HPS lempos.
2. Šalto šviesos šaltinio ypatybės: geografinių ribų peržengimas
Šviesos diodai yra daugiau nei 200 lm/W ryškūs ir skleidžia tik 1/5 tiek šilumos, kiek HPS lempos. Dėl šios savybės LED švieslentę galima pastatyti arti augalų vainiko (10–30 cm atstumu), todėl šviesos intensyvumas ploto vienetui padidėja 3–5 kartus. Daugiasluoksnė LED trijų matmenų auginimo sistema naudojama vertikaliame ūkyje Šendžene. Ši technologija naudoja žemę 8 kartus efektyviau nei įprastuose ūkiuose ir sunaudoja 92 % mažiau vandens.
3. Natūralų ritmą imituojančios dinamiškos šviesos aplinkos valdymas
LED gali dinamiškai keisti šviesos ryškumą, spalvą ir trukmę išmaniosios valdymo sistemos pagalba. Pavyzdžiui, salotų daigų fazėje 16 valandų mėlynos šviesos ir 8 valandų raudonos šviesos ciklas gali padidinti sėklų daigumą nuo 78% iki 92%. Be to, žydėjimo sužadinimo laikotarpiu padidinus tolimosios raudonos šviesos kiekį nuo 5% iki 15%, chrizantemos gali pražysti 7 dienomis anksčiau.
3, Naudojimo atvejai pramonėje: nuo laboratorijos iki komercinės gamybos
1. Augalų gamykla: gamyklose gaminių standartas
„Mirai Corporation“ Japonijoje valdo didžiausią pasaulyje gamyklą, kurios plotas yra 23 000 kvadratinių metrų ir kurioje naudojami tik LED šviestuvai. Kasmet pagaminama 30 000 kg daržovių. Sistema gali automatiškai pakeisti spektrinę formulę, realiuoju laiku stebėdama aplinkos veiksnius. Pavyzdžiui, raudona ir mėlyna šviesa yra pagrindinės spalvos mitybos augimo laikotarpiu (santykis 3:1), o toli raudona šviesa pridedama reprodukcinio augimo laikotarpiu (R/FR=0.8). Dėl to VC kiekis yra 1,8 karto didesnis nei salotas sodinant lauke.
2. Vertikalus ūkininkavimas: miestų erdvės naudojimo būdo pasikeitimas
„Sky Greens“ Singapūre sukūrė A-formos trijų-matmenų auginimo lentyną su LED šviesos juostelėmis kiekviename sluoksnyje, kurią galima reguliuoti skirtingais kampais. „Ryto raudona šviesa + popietės mėlyna šviesa“ laiko-dalijimosi šviesos tiekimo metodas naudojamas lapinėms daržovėms auginti. Tai keturis kartus padidina derlių iš ploto vieneto, palyginti su įprastu žemdirbyste. Ši technologija buvo pritaikyta vietose, kur sunku gauti vandens, pavyzdžiui, Dubajuje, kur vienam kilogramui daržovių sunaudojama tik 2,5 litro vandens.
3. Namų sodininkystė: individualaus sodinimo populiarinimas
Balkoniniams augalams dabar yra LED sodinimo dėžės su reguliuojamu spektru. Pavyzdžiui, serijoje „AeroGarden“ yra raudonos, mėlynos ir baltos šviesos diodų lemputės, kurias galima reguliuoti naudojant programėlę, kad vanilės augalų augimo ciklas sutrumpėtų 30 % atsižvelgiant į šviesos ilgį ir ryškumą. Pridėjus LED lemputes tose vietose, kuriose apšvietimas yra ribotas, pavyzdžiui, balkonuose, nukreiptuose į šiaurę, žaliųjų gebenių stiebai gali pailgėti 44 %, o lapai – 15 % platesni.
4, Pramonės problemos ir tendencijos
1. Techninė kliūtis: spektro optimizavimas ir išlaidų sumažinimas
LED auginimo lempučių pirkimo kaina vis dar yra 2–3 kartus didesnė nei HPS lempų. Nors ilga eksploatavimo trukmė (daugiau nei 50 000 valandų) gali sutaupyti ilgalaikių{5}} eksploatavimo išlaidų, spektrinio tinkinimo technologija vis tiek turi tobulėti. Įvairių kultūrų „lengvos formulės“ duomenų bazė vis dar nebaigta ir norint gauti pakankamai duomenų, reikia atlikti daug daugiau lauko bandymų.
2. Nėra standartų: rinkos reguliavimo spragos
Pasaulinė LED augalų apšvietimo rinka neturi nuoseklių standartų, o kai kurie produktai turi sunkumų, pavyzdžiui, klaidingas spektro ženklinimas ir energijos vartojimo efektyvumo sukčiavimas. Kinijos žemės ūkio ir kaimo reikalų ministerija rengia „Techninę augalų augimo LED lempų specifikaciją“. Jame bus nurodyti būtini standartai svarbiems veiksniams, įskaitant PPFD ir R/FR santykį.
3. Inovacijų trajektorija yra intelekto ir daugiafunkcinės integracijos link.
Ateityje LED augimo žibintai galės valdyti „šviesos temperatūros oro drėgnumą“ vienu metu. Pavyzdžiui, „Philips“ sistemoje „GrowWise“ Nyderlanduose naudojamos LED šviesos plokštės su jutikliais, kad būtų galima stebėti, kaip greitai augalai skleidžiasi, ir automatiškai keisti šviesos intensyvumą. Tai leidžia 60% geriau išnaudoti vandens išteklius.
