Entwodiksyon

Limyè jwe yon wòl kle nan pwosesis kwasans plant yo. Li se pi bon angrè pou ankouraje absòpsyon nan klowofil plant ak absòpsyon nan divès kalite kwasans plant tankou karotèn. Sepandan, faktè desizif ki detèmine kwasans plant yo se yon faktè konplè, pa sèlman ki gen rapò ak limyè, men tou, inséparabl nan konfigirasyon dlo, tè ak angrè, kondisyon anviwònman kwasans ak kontwòl teknik konplè.

Nan de oswa twa ane ki sot pase yo, te gen rapò kontinuèl sou aplikasyon an nan teknoloji ekleraj semi-conducteurs konsènan faktori plant ki genyen twa dimansyon oswa kwasans plant. Men, apre li ak anpil atansyon, toujou gen kèk santiman alèz. Anjeneral pale, pa gen okenn konpreyansyon reyèl sou ki wòl limyè ta dwe jwe nan kwasans plant.

Premyèman, se pou nou konprann spectre solèy la, jan yo montre nan Figi 1. Li ka wè ke spectre solè a se yon spectre kontinyèl, nan ki spectre ble ak vèt yo pi fò pase spectre wouj la, ak spectre limyè vizib la varye ant 380 a 780 nm. Kwasans òganis nan lanati gen rapò ak entansite spectre la. Pou egzanp, pifò plant nan zòn ki toupre ekwatè a grandi trè vit, epi an menm tan an, gwosè kwasans yo se relativman gwo. Men, entansite segondè nan iradyasyon solèy la se pa toujou pi bon an, e gen yon sèten degre nan selektivite pou kwasans lan nan bèt ak plant yo.

Figi 1, Karakteristik yo nan spectre solè a ak spectre limyè vizib li yo

Dezyèmman, dezyèm dyagram spectre plizyè eleman absòpsyon kle nan kwasans plant yo montre nan Figi 2.

Figi 2, spectre absòpsyon plizyè auxin nan kwasans plant

Li ka wè nan Figi 2 ke spectre absòpsyon limyè nan plizyè auxin kle ki afekte kwasans plant yo siyifikativman diferan. Se poutèt sa, aplikasyon an nan limyè ki ap dirije kwasans plant se pa yon pwoblèm ki senp, men trè vize. Isit la li nesesè prezante konsèp yo nan de eleman yo ki pi enpòtan pou kwasans plant fotosentetik.

• Klorofil

Klorofil se youn nan pigman ki pi enpòtan ki gen rapò ak fotosentèz. Li egziste nan tout òganis ki ka kreye fotosentèz, tankou plant vèt, alg ble-vèt prokaryotik (syanobakteri) ak alg ekaryotik. Chlorophyll absòbe enèji nan limyè, ki se Lè sa a, itilize konvèti gaz kabonik nan idrat kabòn.

Chlorophyll a sitou absòbe limyè wouj, ak klowofil b sitou absòbe limyè ble-vyolèt, sitou pou fè distenksyon ant plant lonbraj ak plant solèy. Rapò klowofil b ak klowofil a nan plant lonbraj piti, kidonk plant lonbraj ka sèvi ak limyè ble fòtman epi adapte yo ak grandi nan lonbraj. Klorofil a se ble-vèt, ak klowofil b se jòn-vèt. Gen de absòpsyon fò nan klowofil a ak klowofil b, youn nan rejyon wouj la ak yon longèdonn nan 630-680 nm, ak lòt la nan rejyon an ble-vyolèt ak yon longèdonn nan 400-460 nm.

• Karotenoid

Karotenoid yo se tèm jeneral pou yon klas pigman natirèl enpòtan, ki souvan jwenn nan pigman jòn, zoranj-wouj oswa wouj nan bèt, plant ki pi wo, fongis, ak alg. Jiskaprezan, yo te dekouvri plis pase 600 karotenoid natirèl.

Absòpsyon limyè nan karotenoid kouvri seri a nan OD303 ~ 505 nm, ki bay koulè a ​​nan manje ak afekte konsomasyon nan kò a nan manje. Nan alg, plant, ak mikwo-òganis, koulè li kouvri pa klowofil epi li pa ka parèt. Nan selil plant yo, karotenoid yo pwodwi pa sèlman absòbe ak transfere enèji pou ede fotosentèz, men tou, gen fonksyon pou pwoteje selil yo pou yo pa detwi pa molekil oksijèn eksite yon sèl-elektron kosyon.

Gen kèk malantandi konseptyèl ekspresyon

Kèlkeswa efè a ekonomize enèji, selektivite nan limyè ak kowòdinasyon an nan limyè, ekleraj semi-conducteurs te montre gwo avantaj. Sepandan, soti nan devlopman rapid nan de ane ki sot pase yo, nou te wè tou yon anpil nan malantandi nan konsepsyon an ak aplikasyon nan limyè, ki fè yo sitou reflete nan aspè sa yo.

①Osi lontan ke bato wouj ak ble nan yon longèdonn sèten yo konbine nan yon rapò sèten, yo ka itilize nan kiltivasyon plant, pou egzanp, rapò a nan wouj ak ble se 4:1, 6:1, 9:1 ak konsa. sou.

②Osi lontan ke li se limyè blan, li ka ranplase limyè solèy la, tankou twa-primè tib limyè blan lajman ki itilize nan Japon, elatriye Itilizasyon spectre sa yo gen yon efè sèten sou kwasans plant yo, men efè a se pa bon jan sous limyè ki fèt pa dirije.

③Osi lontan ke PPFD (dansite limyè pwopòsyon flux), yon paramèt enpòtan nan lumières, rive nan yon sèten endèks, pou egzanp, PPFD pi gran pase 200 μmol·m-2·s-1. Sepandan, lè w ap itilize endikatè sa a, ou dwe peye atansyon sou si li se yon plant lonbraj oswa yon plant solèy. Ou bezwen rechèch oswa jwenn pwen saturation konpansasyon limyè plant sa yo, ki rele tou pwen konpansasyon limyè. Nan aplikasyon aktyèl, plant yo souvan boule oswa cheche. Se poutèt sa, konsepsyon paramèt sa a dwe fèt dapre espès plant yo, anviwònman kwasans ak kondisyon yo.

Konsènan premye aspè a, jan yo prezante nan entwodiksyon an, spectre ki nesesè pou kwasans plant yo ta dwe yon spectre kontinyèl ak yon lajè distribisyon sèten. Li evidan li pa apwopriye pou itilize yon sous limyè ki fèt ak de bato espesifik longèdonn wouj ak ble ak yon spectre trè etwat (jan yo montre nan Figi 3 (a)). Nan eksperyans, li te jwenn ke plant yo gen tandans yo dwe jòn, tij yo fèy yo trè lejè, ak tij yo fèy yo trè mens.

Pou tib fliyoresan ak twa koulè prensipal yo itilize souvan nan ane anvan yo, byenke blan se sentèz, spectre wouj, vèt ak ble yo separe (jan yo montre nan Figi 3 (b)), ak lajè spectre a trè etwat. Entansite espektral pati kontinyèl sa a se relativman fèb, ak pouvwa a toujou relativman gwo konpare ak dirije, 1.5 a 3 fwa konsomasyon enèji a. Se poutèt sa, efè a itilize se pa bon jan limyè ki ap dirije.

Figi 3, Wouj ak ble chip dirije plant limyè ak twa-prensipal koulè fliyoresan spectre limyè

PPFD se limyè pwopòsyon dansite flux, ki refere a radyasyon efikas limyè flux dansite limyè nan fotosentèz, ki reprezante kantite total ensidan quanta limyè sou tij fèy plant nan seri longèdonn 400 a 700 nm pou chak inite tan ak zòn inite. . Inite li se μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). Radyasyon fotosentetik aktif (PAR) refere a radyasyon total solè ak yon longèdonn nan ranje 400 a 700 nm. Li ka eksprime swa pa kantite limyè oswa pa enèji radyan.

Nan tan lontan an, entansite limyè a te reflete pa iluminomètr la te klète, men spectre nan kwasans plant chanje akòz wotè nan aparèy limyè a soti nan plant la, kouvèti a limyè ak si limyè a ka pase nan fèy yo. Se poutèt sa, li pa egzat yo sèvi ak par kòm yon endikatè nan entansite limyè nan etid la nan fotosentèz.

Anjeneral, mekanis fotosentèz la ka kòmanse lè PPFD plant ki renmen solèy la pi gwo pase 50 μmol·m-2·s-1, pandan PPFD plant ki genyen lonbraj sèlman bezwen 20μmol·m-2·s-1. . Se poutèt sa, lè w ap achte limyè ki ap dirije, ou ka chwazi kantite limyè ki ap dirije ki baze sou valè referans sa a ak kalite plant ou plante. Pou egzanp, si PPFD nan yon sèl limyè dirije se 20 μmol·m-2·s-1, plis pase 3 anpoul plant dirije yo oblije grandi plant ki renmen solèy.

Plizyè solisyon konsepsyon nan ekleraj semi-conducteurs

Semi-kondiktè ekleraj yo itilize pou kwasans plant oswa plante, e gen de metòd referans debaz.

• Kounye a, modèl plante andedan kay la trè cho nan peyi Lachin. Modèl sa a gen plizyè karakteristik:

①Wòl limyè ki ap dirije se bay tout spectre ekleraj plant yo, epi sistèm ekleraj la oblije bay tout enèji ekleraj la, epi pri pwodiksyon an relativman wo;
②Desen an nan limyè dirije grandi bezwen konsidere kontinwite ak entegrite nan spectre la;
③Li nesesè pou kontwole efektivman tan ekleraj la ak entansite ekleraj la, tankou kite plant yo repoze pou kèk èdtan, entansite iradyasyon an pa ase oswa twò fò, elatriye;
④ Tout pwosesis la bezwen imite kondisyon ki nesesè nan anviwònman kwasans aktyèl la nan plant deyò, tankou imidite, tanperati ak konsantrasyon CO2.

• Mòd plante deyò ak bon fondasyon plante deyò lakòz efè tèmik. Karakteristik modèl sa a se:

①Wòl limyè ki ap dirije se konplete limyè. Youn se amelyore entansite limyè a nan zòn ble ak wouj anba iradyasyon limyè solèy la pandan jounen an pou ankouraje fotosentèz plant yo, ak lòt la se konpanse lè pa gen limyè solèy la lannwit pou ankouraje to kwasans plant yo.
②Limyè siplemantè a bezwen konsidere nan ki etap kwasans plant la ye, tankou peryòd plant lan oswa peryòd flè ak fwi.

Se poutèt sa, desen an nan limyè ki ap dirije plant grandi ta dwe premye gen de mòd konsepsyon debaz, sètadi, ekleraj 24h (andedan kay la) ak ekleraj sipleman kwasans plant (deyò). Pou kiltivasyon plant andedan kay la, desen an nan limyè ki ap dirije grandi bezwen konsidere twa aspè, jan yo montre nan Figi 4. Li pa posib pake chips yo ak twa koulè prensipal nan yon sèten pwopòsyon.

Figi 4, Lide konsepsyon lè l sèvi avèk limyè andedan kay la ki ap dirije plant pou ekleraj 24h

Pou egzanp, pou yon spectre nan etap nan pepinyè, konsidere ke li bezwen ranfòse kwasans lan nan rasin ak tij, ranfòse branch nan fèy yo, epi yo itilize sous limyè a andedan kay la, ka spectre a dwe fèt jan yo montre nan Figi 5.

Figi 5, estrikti Spectral apwopriye pou peryòd pepinyè ki ap dirije andedan kay la

Pou desen an nan dezyèm kalite limyè ki ap dirije grandi, li se sitou ki vize a solisyon an konsepsyon nan sipleman limyè ankouraje plante a nan baz la nan lakòz efè tèmik deyò. Lide konsepsyon an montre nan Figi 6.

Figi 6, Lide konsepsyon de limyè grandi deyò 

Otè a sijere ke plis konpayi plante adopte dezyèm opsyon pou sèvi ak limyè ki ap dirije pou ankouraje kwasans plant yo.

Premye a tout, kiltivasyon sèr deyò Lachin nan gen dè dekad yon gwo kantite ak yon pakèt eksperyans, tou de nan sid la ak nan nò. Li gen yon bon fondasyon nan teknoloji kiltivasyon lakòz efè tèmik epi li bay yon gwo kantite fwi ak legim fre sou mache a pou vil ki antoure yo. Espesyalman nan jaden tè ​​ak dlo ak plante angrè, rezilta rechèch rich yo te fè.

Dezyèmman, sa a kalite solisyon siplemantè limyè ka redwi anpil konsomasyon nesesè nan enèji, epi an menm tan an ka efektivman ogmante sede a nan fwi ak legim. Anplis de sa, vas zòn jeyografik Lachin nan trè pratik pou pwomosyon.

Kòm rechèch syantifik nan ekleraj plant ki ap dirije, li bay tou yon baz eksperimantal pi laj pou li. Fig. 7 se yon kalite limyè ki ap dirije devlope pa ekip rechèch sa a, ki apwopriye pou grandi nan sèr, ak spectre li yo montre nan Figi 8.

Figi 7, Yon kalite dirije grandi limyè

Figi 8, spectre nan yon kalite dirije grandi limyè

Dapre lide konsepsyon ki anwo yo, ekip rechèch la te fè yon seri eksperyans, ak rezilta eksperimantal yo trè enpòtan. Pou egzanp, pou grandi limyè pandan pepinyè, lanp orijinal yo itilize se yon lanp fliyoresan ki gen yon pouvwa 32 W ak yon sik pepinyè 40 jou. Nou bay yon limyè ki ap dirije 12 W, ki rakousi sik plantules a 30 jou, efektivman diminye enfliyans tanperati lanp yo nan atelye plantules a, epi sove konsomasyon pouvwa èkondisyone a. Epesè, longè ak koulè plant yo pi bon pase solisyon orijinal pou ogmante plant yo. Pou plant yo nan legim komen, yo te jwenn bon konklizyon verifikasyon tou, ki rezime nan tablo ki anba la a.

Pami yo, gwoup limyè siplemantè PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, ak rapò wouj-ble a: 0.6-0.7. Ranje valè PPFD lajounen nan gwoup natirèl la te 40 ~ 800 μmol·m-2·s-1, ak rapò wouj ak ble te 0.6 ~ 1.2. Li ka wè ke endikatè ki anwo yo pi bon pase sa yo ki nan plant natirèlman grandi.

Konklizyon

Atik sa a prezante dènye devlopman yo nan aplikasyon ki ap dirije limyè grandi nan kiltivasyon plant, epi li montre kèk malantandi nan aplikasyon ki ap dirije limyè grandi nan kiltivasyon plant. Finalman, ide teknik ak plan pou devlopman limyè ki ap dirije yo itilize pou kiltivasyon plant yo prezante. Li ta dwe fè remake ke gen tou kèk faktè ki bezwen konsidere nan enstalasyon an ak itilizasyon limyè a, tankou distans ki genyen ant limyè a ak plant la, ranje a iradyasyon nan lanp lan, ak kouman pou aplike pou limyè a ak dlo nòmal, angrè, ak tè.

Otè: Yi Wang et al. Sous: CNKI