Introduzione

A luce ghjoca un rolu chjave in u prucessu di crescita di e piante. Hè u megliu fertilizante per prumove l'absorzione di a clorofilla di a pianta è l'absorzione di diverse qualità di crescita di a pianta cum'è carotene. In ogni casu, u fattore decisivu chì determina a crescita di e piante hè un fattore cumpletu, micca solu ligatu à a luce, ma ancu inseparabile da a cunfigurazione di l'acqua, a terra è u fertilizante, e cundizioni di l'ambiente di crescita è u cuntrollu tecnicu cumpletu.

In l'ultimi dui o trè anni, ci sò stati rapporti infiniti nantu à l'applicazioni di a tecnulugia di l'illuminazione semiconductor in quantu à e fabbriche tridimensionali di e piante o a crescita di e piante. Ma dopu avè lettu cù cura, ci hè sempre un sensu inquietu. In generale, ùn ci hè micca una vera cunniscenza di u rolu chì a luce duverà ghjucà in a crescita di e piante.

Prima, capiscenu u spettru di u sole, cum'è mostra in a Figura 1. Si pò vede chì u spettru solare hè un spettru cuntinuu, in quale u spettru turchinu è verde sò più forti di u spettru rossu, è u spettru luminosu visibile varieghja da 380 à 780 nm. A crescita di l'organisimi in a natura hè ligata à l'intensità di u spettru. Per esempiu, a maiò parte di e piante in l'area vicinu à l'equatori crescenu assai veloce, è à u stessu tempu, a dimensione di a so crescita hè relativamente grande. Ma l'alta intensità di l'irradiazione di u sole ùn hè micca sempre u megliu, è ci hè un certu gradu di selettività per a crescita di l'animali è e piante.

Figura 1, E caratteristiche di u spettru solare è u so spettru di luce visibile

In siconda, u secondu diagramma di spettru di parechji elementi di assorbimentu chjave di a crescita di a pianta hè mostratu in Figura 2.

Figura 2, Spettri di assorbimentu di parechji auxini in u crescita di e piante

Pò esse vistu da a Figura 2 chì i spettri d'absorzione di luce di parechji auxini chjave chì affettanu a crescita di a pianta sò significativamente diffirenti. Dunque, l'appiecazione di luci LED di crescita di e piante ùn hè micca una materia simplice, ma assai mirata. Quì hè necessariu di presentà i cuncetti di i dui elementi più impurtanti di crescita di a pianta fotosintetica.

• Clorofilla

A clorofilla hè unu di i pigmenti più impurtanti ligati à a fotosintesi. Esiste in tutti l'organisimi chì ponu creà a fotosintesi, cumprese i pianti verdi, l'alga procariotica blu-verde (cianobacteria) è l'alga eucariota. A clorofilla assorbe l'energia da a luce, chì hè dopu aduprata per cunvertisce l'anidride carbonica in carbuidrati.

A clorofilla a assorbe principarmenti a luce rossa, è a clorofilla b assorbe principarmenti a luce blu-violeta, principarmenti per distingue e piante d'ombra da e piante di u sole. U rapportu di a clorofilla b à a clorofilla a di e piante d'ombra hè chjuca, cusì i pianti d'ombra ponu utilizà a luce blu forte è adattanu à u crescente in l'ombra. A clorofilla a hè blu-verde, è a clorofilla b hè gialla-verde. Ci sò dui assorbzioni forti di clorofilla a è clorofilla b, una in a regione rossa cù una lunghezza d'onda di 630-680 nm, è l'altra in a regione blu-violeta cù una lunghezza d'onda di 400-460 nm.

• Carotenoids

I carotenoidi sò u termu generale per una classa di pigmenti naturali impurtanti, chì sò cumunamenti truvati in pigmenti gialli, aranciu-rossi o rossi in animali, piante superiori, fungi è alghe. Finu a ora, più di 600 carotenoids naturali sò stati scuperti.

L'assorbimentu di luce di i carotenoidi copre a gamma di OD303 ~ 505 nm, chì furnisce u culore di l'alimentariu è affetta l'ingesta di l'alimentariu di u corpu. In l'alga, i pianti è i microorganisimi, u so culore hè cupartu da a clorofilla è ùn pò micca appare. In e cellule vegetali, i carotenoidi pruduciati micca solu assorbanu è trasferisce l'energia per aiutà à a fotosintesi, ma anu ancu a funzione di prutezzione di e cellule da esse distrutte da molécule d'ossigenu eccitati di ligame unicu elettronicu.

Certi malintesi conceptuali

Indipendentemente da l'effettu di risparmiu d'energia, a selettività di a luce è a coordinazione di a luce, l'illuminazione semiconductora hà dimustratu grandi vantaghji. Tuttavia, da u rapidu sviluppu di l'ultimi dui anni, avemu vistu ancu assai malintesi in u disignu è l'applicazione di a luce, chì sò principarmenti riflessi in i seguenti aspetti.

①Fin chì i chips rossi è blu di una certa lunghezza d'onda sò cumminati in una certa proporzione, ponu esse aduprati in u cultivo di e piante, per esempiu, u rapportu di rossu à blu hè 4: 1, 6: 1, 9: 1 è cusì nantu.

②In quantu hè luce bianca, pò rimpiazzà a luce di u sole, cum'è u tubu di luce bianca tri-primariu largamente utilizatu in Giappone, etc. L'usu di sti spettri hà un certu effettu nantu à a crescita di e piante, ma l'effettu hè micca bonu cum'è a fonte di luce fatta da LED.

③Fin chì u PPFD (densità di flussu quantum di luce), un parametru impurtante di l'illuminazione, righjunghji un certu indice, per esempiu, PPFD hè più grande di 200 μmol·m-2·s-1. In ogni casu, quandu utilizate stu indicatore, deve esse attentu à s'ellu hè una pianta d'ombra o una pianta di u sole. Avete bisognu di dumandà o truvà u puntu di saturazione di compensazione di luce di sti pianti, chì hè ancu chjamatu u puntu di compensazione di luce. In l'applicazioni attuali, e piantini sò spessu brusgiati o seccati. Per quessa, u disignu di stu paràmetru deve esse designatu secondu a spezie di a pianta, l'ambiente di crescita è e cundizioni.

In quantu à u primu aspettu, cum'è introduttu in l'intruduzioni, u spettru necessariu per a crescita di a pianta deve esse un spettru cuntinuu cù una certa larghezza di distribuzione. Hè ovviamente inappropriatu di utilizà una fonte di luce fatta di dui chips di lunghezza d'onda specifica di rossu è blu cù un spettru assai strettu (cum'è mostra in Figura 3(a)). In l'esperimenti, hè stata trovata chì e piante tendenu à esse gialli, i steli di foglie sò assai ligeri, è e foglie di foglie sò assai fini.

Per i tubi fluoriscenti cù trè culori primari cumunimenti utilizati in l'anni precedenti, ancu s'è u biancu hè sintetizatu, i spettri rossi, verdi è blu sò separati (cum'è mostra in Figura 3 (b)), è a larghezza di u spettru hè assai stretta. L'intensità spettrali di a parti cuntinuu seguita hè relativamente debule, è u putere hè sempre relativamente grande cumparatu cù LED, 1,5 à 3 volte u cunsumu d'energia. Dunque, l'effettu di l'usu ùn hè micca bonu cum'è lumi LED.

Figura 3, luce di pianta LED di chip rossu è turchinu è spettru di luce fluorescente di trè culori primari

PPFD hè a densità di flussu quantum di luce, chì si riferisce à a densità di flussu luminoso di radiazione efficace di a luce in a fotosintesi, chì rapprisenta u numeru tutale di quanta di luce incidente nantu à steli di foglie di pianta in a gamma di lunghezza d'onda da 400 à 700 nm per unità di tempu è unità di area. . A so unità hè μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). A radiazione fotosintetica attiva (PAR) si riferisce à a radiazione solare tutale cù una lunghezza d'onda in a gamma di 400 à 700 nm. Pò esse spressione sia da quanta di luce sia da energia radiante.

In u passatu, l'intensità luminosa riflessa da l'illuminometru era luminosità, ma u spettru di a crescita di a pianta cambia per l'altezza di l'attrezzatura luminosa da a pianta, a cobertura di luce è se a luce pò passà per e foglie. Per quessa, ùn hè micca precisu di utilizà par cum'è un indicatore di intensità di luce in u studiu di a fotosintesi.

In generale, u mekanismu di a fotosintesi pò esse iniziatu quandu u PPFD di a pianta amante di u sole hè più grande di 50 μmol·m-2·s-1, mentri u PPFD di a pianta ombreggiata solu bisognu di 20 μmol·m-2·s-1. . Per quessa, quandu compra LED cresce luci, vi ponu sceglie u numeru di LED cresce luci basatu nant'à stu valore di riferimentu è u tipu di pianti vi pianta. Per esempiu, se u PPFD di una sola luce LED hè 20 μmol·m-2·s-1, più di 3 lampadine di pianta LED sò necessarii per cultivà e piante amatori di u sole.

Diversi suluzioni di cuncepimentu di l'illuminazione di semiconductor

L'illuminazione semiconductora hè aduprata per a crescita di a pianta o a piantazione, è ci sò dui metudi basi di riferimentu.

• Attualmente, u mudellu di piantazione indoor hè assai calda in Cina. Stu mudellu hà parechje caratteristiche:

①U rolu di i luci LED hè di furnisce u spettru tutale di l'illuminazione di a pianta, è u sistema di illuminazione hè necessariu di furnisce tutta l'energia di l'illuminazione, è u costu di pruduzzione hè relativamente altu;
②U disignu di lumi LED cresce deve cunsiderà a continuità è l'integrità di u spettru;
③Hè necessariu di cuntrullà in modu efficace u tempu di illuminazione è l'intensità di l'illuminazione, cum'è lasciate e piante riposu per uni pochi ore, l'intensità di l'irradiazione ùn hè micca abbastanza o troppu forte, etc.;
④Tuttu u prucessu hà bisognu à imità e cundizioni richieste da l'ambiente di crescita ottimale attuale di e piante à l'esterno, cum'è l'umidità, a temperatura è a cuncentrazione di CO2.

• Modu di piantazione all'apertu cù una bona fundazione di piantazione di serra all'apertu. E caratteristiche di stu mudellu sò:

①U rolu di e luci LED hè di supplementà a luce. Unu hè di rinfurzà a intensità di luce in i zoni blu è rossi sottu à l'irradiazione di u sole durante u ghjornu per prumove a fotosintesi di e piante, è l'altru hè di cumpensà quandu ùn ci hè micca luce di u sole à a notte per prumove a rata di crescita di e piante.
②A luce supplementaria deve cunsiderà in quale tappa di crescita si trova a pianta, cum'è u periodu di piantina o u periodu di fioritura è fruttu.

Per quessa, u disignu di e luci di crescita di e piante LED deve prima avè dui modi di cuncepimentu di basa, à dì, illuminazione 24h (interiore) è illuminazione supplementu di crescita di pianta (esterno). Per u cultivamentu di e piante d'internu, u disignu di lumi LED cresce deve cunsiderà trè aspetti, cum'è mostra in a Figura 4. Ùn hè micca pussibule di imballà i patatine fritte cù trè culori primari in una certa proporzione.

Figura 4, L'idea di cuncepimentu di l'usu di luci di booster di pianta LED interni per l'illuminazione 24h

Per esempiu, per un spettru in a tappa di u nursery, cunziddi chì hà bisognu di rinfurzà a crescita di e radiche è di steli, rinfurzà a ramificazione di e foglie, è a fonte di luce hè aduprata in casa, u spettru pò esse designatu cum'è mostra in Figura 5.

Figura 5, Strutture spettrali adattati per u periodu di nursery indoor LED

Per u disignu di u sicondu tipu di LED cresce a luce, hè principarmenti destinatu à a suluzione di cuncepimentu di supplementu di luce per prumove a piantazione in a basa di a serra esterna. L'idea di disignu hè mostrata in a Figura 6.

Figura 6, Idee di cuncepimentu di luci di crescita all'aperto 

L'autore suggerisce chì più cumpagnie di piantazione adoptanu a seconda opzione per utilizà luci LED per prumove a crescita di e piante.

Prima di tuttu, a cultura di serra in l'esterno di a Cina hà decennii una grande quantità è una larga gamma di sperienza, sia in u sudu sia in u nordu. Hà una bona fundazione di a tecnulugia di cultivazioni in serra è furnisce un gran numaru di frutti è ligumi freschi nantu à u mercatu per e cità circundante. In particulare in u campu di a terra è l'acqua è a piantazione di fertilizzanti, i risultati di ricerca ricchi sò stati fatti.

Siconda, stu tipu di suluzione supplementu di luce pò riduce assai u cunsumu innecessariu di energia, è à u stessu tempu pò aumentà in modu efficace u rendiment di frutti è ligumi. Inoltre, a vasta zona geografica di a Cina hè assai còmuda per a prumuzione.

Cum'è a ricerca scientifica di l'illuminazione di e piante LED, furnisce ancu una basa sperimentale più larga per questu. Fig. 7 hè un tipu di LED cresce a luce sviluppata da questa squadra di ricerca, chì hè adattatu per u crescente in serra, è u so spettru hè mostratu in Fig.

Figura 7, Un tipu di LED cresce luce

Figura 8, spettru di un tipu di LED cresce luce

Sicondu l'idee di designu sopra, a squadra di ricerca hà realizatu una seria di esperimenti, è i risultati spirimintali sò assai significativi. Per esempiu, per cresce a luce durante u nursery, a lampa originale utilizata hè una lampada fluorescente cù una putenza di 32 W è un ciclu di nursery di 40 ghjorni. Avemu furnitu una luce LED 12 W, chì accurtà u ciculu di piantina à 30 ghjorni, riduce in modu efficace l'influenza di a temperatura di i lampi in l'attellu di piantina, è salva u cunsumu di energia di l'aria condizionata. U grossu, a durata è u culore di e piantini sò megliu cà a suluzione originale di crescita di piantini. Per e piantini di ligumi cumuni, sò stati ancu ottenuti boni cunclusioni di verificazione, chì sò riassunti in a tabella seguente.

Frà elli, u gruppu di luce supplementaria PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, è u rapportu rossu-blu: 0,6-0,7. A gamma di u valore PPFD di ghjornu di u gruppu naturali era 40 ~ 800 μmol · m-2 · s-1, è a ratio di rossu à blu era 0,6 ~ 1,2. Pò esse vistu chì l'indicatori di sopra sò megliu cà quelli di e piantini naturali.

Cunclusioni

Questu articulu presenta l'ultimi sviluppi in l'applicazioni di lumi LED cresce in u cultivo di e piante, è signala qualchi malintesi in l'applicazioni di LED cresce luce in u cultivo di pianta. Infine, l'idee tecniche è i schemi per u sviluppu di lumi di crescita LED utilizati per u cultivo di e piante sò intrudutti. Hè deve esse nutatu chì ci sò ancu parechji fatturi chì deve esse cunsideratu in a stallazione è l'usu di a luce, cum'è a distanza trà a luce è a pianta, a gamma di irradiazione di u lampu, è cumu applicà a luce cù acqua normale, fertilizzanti è terra.

Autori: Yi Wang et al. Fonte: CNKI