1. Moksliniai fotosintezės pagrindai: kvantinis dialogas tarp augalų ir šviesos Spektriniai fotosintezės poreikiai
Chlorofilas ir karotinoidai yra pagrindinės augalų fotosintezės dalys. Jie sugeria tam tikro ilgio šviesą. Raudonos šviesos diapazone 620–680 nm ir mėlynos šviesos diapazone 430–460 nm chlorofilas a/b sugeria daugiausia šviesos. Mėlynos violetinės šviesos diapazone 400–500 nm karotenoidai padeda absorbuoti. Ši natūrali atranka atsiranda dėl to, kaip Saulės spektras pasiskirsto Žemei vystantis. Raudona šviesa sudaro apie 42% matomos šviesos paviršiuje, o mėlyna - apie 10%. Būtent to augalams reikia, kad gautų šviesą.
Fotoperiodo ir šviesos morfologijos reguliavimas
Kriptochromas ir fitochromas sudaro augalo šviesos matymo sistemą. Raudona šviesa (660 nm) pakeičia šviesai jautraus pigmento Pr formą į Pfr, o tai sukelia fiziologines reakcijas, tokias kaip sėklų dygimas ir stiebo pailgėjimo slopinimas. Toli raudona šviesa (730 nm) veikia priešingai. Kriptochromas kontroliuoja stomos atidarymą ir uždarymą, cirkadinius ritmus ir antocianinų gamybą aptikdamas mėlyną šviesą (450 nm). Šis molekulinio-lygio šviesos reguliavimo mechanizmas leidžia augalams keisti jų vystymąsi priklausomai nuo to, kiek šviesos jie gauna.
Skaičiai, rodantys, kaip gerai veikia fotosintezė
PPFD (fotosintetinio fotonų srauto tankis) ir YPFD (yra fotonų srauto tankis) yra du svarbūs skaičiai, rodantys, kaip gerai veikia šviesa. 1 μmol/m²/s PPFD reiškia, kad vienam kvadratiniam metrui per sekundę gaunamas 1 mikromolinis fotonas. Kita vertus, YPFD suteikia geresnį vaizdą apie tai, kaip gerai naudojama šviesos energija, atsižvelgiant į tai, kiek fotosintezės prisideda skirtingi bangos ilgiai. Kai salotos yra veikiamos 40% mėlynos šviesos spektro, jos turi 20% daugiau vitamino C ir 15% storesnių lapų. Kai raudona šviesa sudaro 60% šviesos, sausųjų medžiagų kiekis padidėja 25%.
2. LED technologijos žemės ūkio revoliucija: perėjimas iš laboratorijos į gamyklą (1) „Šviesos formulės“ revoliucija augalų gamyklose
Yangling Plant Factory naudoja trijų{0}}dimensijų kultivavimo sistemą su sluoksniais, o kiekvienas sluoksnis turi savo spektrinio valdymo modulį. Naudojamas „minkštas lengvas milteliai“ su 60% mėlynos šviesos, kad padėtų šaknims augti ir stiebams sustorėti daigų tarpsnyje. Mitybos augimo laikotarpiu 1:1 raudonos mėlynos šviesos „sotumo lengvas maistas“ pagreitina fotosintezės produktų kaupimąsi. Reprodukcinio augimo laikotarpiu toli raudonos šviesos kiekis padidinamas, kad būtų galima kontroliuoti žydėjimo laiką ir vaisių kokybę. Šis dinaminis spektrinis valdymas leidžia salotoms užauginti 2500 sėklų per dieną iš 1469 kvadratinių metrų, tai yra 50 kartų daugiau nei įprastuose ūkiuose.
Variklis valdomas šviesa, kad paspartintų veisimąsi
Taikydamas fotoperiodų valdymą, Sinochem Syngenta Group Yangling technologijų centras Kinijoje kasmet gali užauginti penkias kukurūzų kartas. Šviesos diodų technologija išmaniajame šiltnamyje imituoja atogrąžų saulės šviesą, sutrumpindama dauginimosi ciklą nuo 120 dienų iki 48 dienų. Šviesos kokybės reguliavimo metodas padidino vyriškų varpų žiedadulkių aktyvumą 30%, moteriškų varpų apdulkinimą 25%, o 1000 grūdų svorį - 5 gramais are. Dėl IoT aplinkos kontrolės sistemos veisimas yra 2,5 karto efektyvesnis nei senasis lauko režimas.
„Šviesos efektyvumo revoliucija“ objektų žemės ūkyje
Baoshihong žemės ūkio kooperatyvas Yanggao apskrityje, Šansi provincijoje, rodo, kad naudojant LED lemputes pomidorų augalų vaisių sluoksnių skaičius padidėjo nuo trijų iki penkių, o metinės pajamos iš kiekvieno šiltnamio padidėjo 20 000 juanių. 700 juanių per sezoną už elektrą ir 2000 juanių per sezoną sutaupant trąšas lėmė didelę ekonominę naudą. Remiantis rinkos duomenimis, gamykloje{6}}augintose daržovėse, kuriose naudojama LED lemputė, yra 18 % daugiau vitamino C, 22 % mažiau nitratų ir 15 % daugiau produktų.
3. Technologinė pažanga ir patobulinimai pramonėje: LED žemės ūkio apšvietimo augimas
Tikslumas spektre
Sujungus daugybę lustų, viso spektro LED technologija gali sukurti nepertraukiamą 400–780 nm spektrinį išėjimą. Jis taip pat yra 40% efektyvesnis nei įprastos fluorescencinės lempos, o šviesos efektyvumas yra 2,8 μmol/J. Čingdao vertikalus ūkis naudoja patentuotą spektrinį dizainą, kuris sutrumpina salotų auginimo laiką 15 dienų, o sunaudojamos energijos kiekį – 35%.
Revoliucija energijos vartojimo efektyvumo srityje
Trečiosios kartos LED lustas padidina šviesos efektyvumą iki 3,2 μmol/J. Jis veikia su išmaniuoju pritemdymo mechanizmu, kad apšviestų, kai to reikia. Informacija iš Yangling demonstravimo parko rodo, kad dinaminis apšvietimo valdymas sumažino energijos suvartojimą išėjimo vienetui nuo 0,35 kWh/kg iki 0,22 kWh/kg, o tai dabar yra tarptautinis pažangus lygis.
Protinga integracija
„Lengvos temperatūros vandens trąšų“ prijungimo sistema atsirado dėl dirbtinio intelekto ir daiktų interneto derinio. Išmanioji valdymo sistema Lanjian Intelligent Technology Plant Factory kas 30 sekundžių renka aplinkos duomenis ir naudoja juos šviesos intensyvumui, spektriniam santykiui ir CO₂ koncentracijai optimizuoti. Tyrimo metu nustatyta, kad naudojant šią techniką salotos auga 18 % greičiau, o kenkėjų ir infekcijų skaičius sumažėjo 40 %.
