Entwodiksyon

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

Nan de ou twa dènye ane yo, te gen yon pakèt rapò sou aplikasyon teknoloji ekleraj semi-kondiktè konsènan faktori plant twa dimansyon oswa kwasans plant. Men, apre ou fin li yo ak anpil atansyon, toujou gen yon santiman malalèz. Anjeneral, pa gen okenn konpreyansyon reyèl sou wòl limyè ta dwe jwe nan kwasans plant yo.

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

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

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

Figi 2, Espèk absòpsyon plizyè auxin nan kwasans plant yo

Nan Figi 2, nou ka wè ke spectre absòpsyon limyè plizyè auxin kle ki afekte kwasans plant yo diferan anpil. Se poutèt sa, aplikasyon limyè kwasans plant LED yo pa yon bagay ki senp, men li trè siblé. Isit la li nesesè pou prezante konsèp de eleman kwasans plant fotosentetik ki pi enpòtan yo.

• 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. Klorofil absòbe enèji nan limyè, ki sèvi pou konvèti diyoksid kabòn an idrat kabòn.

Klorofil a absòbe sitou limyè wouj, epi klorofil b absòbe sitou limyè ble-vyolèt, sitou pou distenge plant lonbraj yo ak plant solèy yo. Pwopòsyon klorofil b ak klorofil a nan plant lonbraj yo piti, kidonk plant lonbraj yo ka itilize limyè ble fòtman epi adapte yo ak kwasans nan lonbraj. Klorofil a se ble-vèt, epi klorofil b se jòn-vèt. Gen de absòpsyon fò nan klorofil a ak klorofil b, youn nan rejyon wouj la ak yon longèdonn 630-680 nm, ak lòt la nan rejyon ble-vyolèt la ak yon longèdonn 400-460 nm.

• Karotenoyid

Karotenoyid se yon tèm jeneral pou yon klas pigman natirèl enpòtan, ke yo jwenn souvan nan pigman jòn, wouj-zoranj oswa wouj nan bèt, plant siperyè, fongis ak alg. Jiskaprezan, yo dekouvri plis pase 600 karotenoyid natirèl.

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

Gen kèk malantandi konsèptuèl

Kèlkeswa efè ekonomize enèji a, selektivite limyè a ak kowòdinasyon limyè a, ekleraj semi-kondiktè yo montre gwo avantaj. Sepandan, akòz devlopman rapid nan de dènye ane yo, nou te wè tou anpil malantandi nan konsepsyon ak aplikasyon limyè, ki sitou reflete nan aspè sa yo.

①Osi lontan ke chip wouj ak ble ki gen yon sèten longèdonn yo konbine nan yon sèten rapò, yo ka itilize nan kiltivasyon plant, pa egzanp, rapò wouj ak ble a se 4:1, 6:1, 9:1 ak sou sa.

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

③Osi lontan ke PPFD a (dansite flux kwantik limyè), yon paramèt enpòtan nan ekleraj, rive nan yon sèten endèks, pa egzanp, PPFD a pi gran pase 200 μmol·m-2·s-1. Sepandan, lè w ap itilize endikatè sa a, ou dwe peye atansyon si se yon plant lonbray oswa yon plant solèy. Ou bezwen mande oswa jwenn pwen saturation konpansasyon limyè plant sa yo, ke yo rele tou pwen konpansasyon limyè. Nan aplikasyon reyèl, plantules yo souvan boule oswa fennen. Se poutèt sa, konsepsyon paramèt sa a dwe fèt dapre espès plant lan, anviwònman kwasans lan ak kondisyon yo.

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

Pou tib fliyoresan ki gen twa koulè prensipal yo te konn itilize nan ane anvan yo, byenke yo sentetize blan, spectre wouj, vèt ak ble yo separe (jan yo montre nan Figi 3(b)), epi lajè spectre a trè etwat. Entansite spectre pati kontinyèl ki vin apre a relativman fèb, epi puisans lan toujou relativman gwo konpare ak LED yo, 1.5 a 3 fwa konsomasyon enèji a. Se poutèt sa, efè itilizasyon an pa osi bon ke limyè LED yo.

Figi 3, Limyè plant LED wouj ak ble ak spectre limyè fliyoresan twa koulè prensipal

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

Nan tan lontan, entansite limyè ki te reflete pa iliminomèt la te klète, men spectre kwasans plant lan chanje akòz wotè aparèy limyè a parapò ak plant lan, kouvèti limyè a ak si limyè a ka pase nan fèy yo. Se poutèt sa, li pa egzak pou itilize par kòm yon endikatè entansite limyè nan etid fotosentèz la.

Anjeneral, mekanis fotosentèz la ka kòmanse lè PPFD plant ki renmen solèy la pi gran pase 50 μmol·m-2·s-1, alòske PPFD plant ki nan lonbray la sèlman bezwen 20 μmol·m-2·s-1. Se poutèt sa, lè w ap achte limyè kwasans LED, ou ka chwazi kantite limyè kwasans LED ki baze sou valè referans sa a ak kalite plant ou plante yo. Pa egzanp, si PPFD yon sèl limyè LED se 20 μmol·m-2·s-1, plis pase 3 anpoul plant LED nesesè pou fè plant ki renmen solèy grandi.

Plizyè solisyon konsepsyon pou ekleraj semi-kondiktè

Yo itilize ekleraj semi-kondiktè pou kwasans plant oswa plante, epi 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 LED yo se bay tout spectre ekleraj plant yo, epi sistèm ekleraj la oblije bay tout enèji ekleraj la, epi pri pwodiksyon an relativman wo;
② Desen limyè LED pou grandi plant yo bezwen konsidere kontinwite ak entegrite spectre a;
③Li nesesè pou kontwole tan ekleraj la ak entansite ekleraj la efektivman, tankou kite plant yo repoze pou kèk èdtan, entansite iradyasyon an pa ase oswa twò fò, elatriye;
④Pwosesis la an antye bezwen imite kondisyon ki nesesè pou anviwònman kwasans optimal plant yo deyò, tankou imidite, tanperati ak konsantrasyon CO2.

• Mòd plante deyò ak yon bon fondasyon pou plante nan yon sèr deyò. Karakteristik modèl sa a se:

①Wòl limyè LED yo se pou konplete limyè. Youn nan wòl yo se pou ogmante entansite limyè nan zòn ble ak wouj yo anba iradyasyon limyè solèy la pandan lajounen pou ankouraje fotosentèz plant yo, epi lòt la se pou konpanse lè pa gen limyè solèy lannwit pou ankouraje to kwasans plant yo.
② Limyè siplemantè a bezwen pran an kont nan ki etap kwasans plant lan ye, tankou peryòd plantules la oswa peryòd flè ak fruktifikasyon an.

Se poutèt sa, konsepsyon limyè LED pou kwasans plant yo ta dwe premye gen de mòd konsepsyon debaz, sètadi, ekleraj 24 èdtan (anndan kay la) ak ekleraj siplemantè kwasans plant (deyò). Pou kiltivasyon plant andedan kay la, konsepsyon limyè LED pou kwasans yo bezwen konsidere twa aspè, jan yo montre nan Figi 4. Li pa posib pou pake chip yo ak twa koulè prensipal nan yon sèten pwopòsyon.

Figi 4, Lide konsepsyon pou itilize limyè LED pou ranfòse plant andedan kay la pou ekleraj 24 èdtan.

Pa egzanp, pou yon spectre nan etap pepinyè a, si nou konsidere ke li bezwen ranfòse kwasans rasin ak tij yo, ranfòse branchman fèy yo, epi sous limyè a itilize andedan kay la, nou ka konsevwa spectre a jan nou montre nan Figi 5 la.

Figi 5, Estrikti espektral ki apwopriye pou peryòd pepinyè andedan kay ak LED

Pou konsepsyon dezyèm kalite limyè kwasans LED la, li vize prensipalman solisyon konsepsyon pou ajoute limyè pou ankouraje plante nan baz sèr deyò a. Lide konsepsyon an montre nan Figi 6.

Figi 6, Lide konsepsyon pou limyè pou kiltivasyon deyò 

Otè a sijere pou plis konpayi plantasyon adopte dezyèm opsyon an pou itilize limyè LED pou ankouraje kwasans plant yo.

Premyeman, kiltivasyon deyò anba sèr nan Lachin gen plizyè dizèn ane eksperyans ak yon pakèt domèn, ni nan sid la ni nan nò a. Li gen yon bon baz nan teknoloji kiltivasyon anba sèr epi li bay yon gwo kantite fwi ak legim fre sou mache a pou vil ki ozalantou yo. Espesyalman nan domèn tè, dlo ak plante angrè, yo te jwenn anpil rezilta rechèch.

Dezyèmman, kalite solisyon limyè siplemantè sa a ka diminye anpil konsomasyon enèji ki pa nesesè, epi an menm tan li ka efektivman ogmante rekòt fwi ak legim. Anplis de sa, vas zòn jewografik Lachin nan trè pratik pou pwomosyon.

Kòm rechèch syantifik sou ekleraj plant LED, li bay tou yon baz eksperimantal ki pi laj pou li. Figi 7 la se yon kalite limyè kwasans LED devlope pa ekip rechèch sa a, ki apwopriye pou kiltivasyon nan sèr, epi spectre li yo montre nan Figi 8 la.

Figi 7, Yon kalite limyè LED pou grandi plant

Figi 8, spectre yon kalite limyè LED pou grandi plant

Selon ide konsepsyon ki anwo yo, ekip rechèch la te fè yon seri eksperyans, epi rezilta eksperimantal yo te trè siyifikatif. Pa egzanp, pou limyè kwasans pandan pepinyè, lanp orijinal ki te itilize a se yon lanp fliyoresan ak yon puisans 32 W ak yon sik pepinyè 40 jou. Nou bay yon limyè LED 12 W, ki diminye sik plantules la a 30 jou, efektivman diminye enfliyans tanperati lanp yo nan atelye plantules la, epi ekonomize konsomasyon enèji èkondisyone a. Epesè, longè ak koulè plantules yo pi bon pase solisyon orijinal pou kiltive plantules la. Pou plantules legim komen yo, yo te jwenn bon konklizyon verifikasyon tou, ki rezime nan tablo ki anba a.

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

Konklizyon

Atik sa a prezante dènye devlopman yo nan aplikasyon limyè LED pou kiltivasyon plant, epi li mete aksan sou kèk move konpreyansyon nan aplikasyon limyè LED pou kiltivasyon plant. Finalman, li prezante ide teknik ak plan pou devlopman limyè LED pou kiltivasyon plant. Li enpòtan pou mete aksan sou ke genyen tou kèk faktè ki bezwen konsidere nan enstalasyon ak itilizasyon limyè a, tankou distans ki genyen ant limyè a ak plant lan, ranje iradyasyon lanp lan, ak kijan pou aplike limyè a ak dlo nòmal, angrè ak tè.

Otè: Yi Wang et al. Sous: CNKI