შესავალი

სინათლე მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მცენარის ზრდის პროცესში. ეს არის საუკეთესო სასუქი, რომელიც ხელს უწყობს მცენარეთა ქლოროფილის შეწოვას და მცენარის ზრდის სხვადასხვა თვისებების შეწოვას, როგორიცაა კაროტინი. ამასთან, გადამწყვეტი ფაქტორი, რომელიც განსაზღვრავს მცენარეების ზრდას, არის ყოვლისმომცველი ფაქტორი, რომელიც დაკავშირებულია არა მხოლოდ სინათლესთან, არამედ განუყოფელია წყლის, ნიადაგისა და სასუქის კონფიგურაციისგან, ზრდის გარემო პირობებისა და ყოვლისმომცველი ტექნიკური კონტროლისგან.

ბოლო ორი-სამი წლის განმავლობაში გაუთავებელი ცნობები იყო ნახევარგამტარული განათების ტექნოლოგიის გამოყენების შესახებ სამგანზომილებიანი მცენარეების ქარხნების ან მცენარეების ზრდის შესახებ. მაგრამ ყურადღებით წაკითხვის შემდეგ, ყოველთვის ჩნდება უსიამოვნო შეგრძნება. ზოგადად რომ ვთქვათ, არ არსებობს რეალური გაგება, თუ რა როლი უნდა შეასრულოს შუქმა მცენარის ზრდაში.

პირველი, მოდით გავიგოთ მზის სპექტრი, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 1. ჩანს, რომ მზის სპექტრი არის უწყვეტი სპექტრი, რომელშიც ლურჯი და მწვანე სპექტრი უფრო ძლიერია ვიდრე წითელი სპექტრი, ხოლო ხილული სინათლის სპექტრი მერყეობს 380-დან 780 ნმ-მდე. ბუნებაში ორგანიზმების ზრდა დაკავშირებულია სპექტრის ინტენსივობასთან. მაგალითად, მცენარეების უმეტესობა ეკვატორთან ახლოს იზრდება ძალიან სწრაფად და ამავდროულად, მათი ზრდის ზომა შედარებით დიდია. მაგრამ მზის დასხივების მაღალი ინტენსივობა ყოველთვის არ არის უკეთესი და არსებობს გარკვეული ხარისხის შერჩევითობა ცხოველებისა და მცენარეების ზრდისთვის.

სურათი 1, მზის სპექტრის მახასიათებლები და მისი ხილული სინათლის სპექტრი

მეორეც, მცენარის ზრდის რამდენიმე ძირითადი შთანთქმის ელემენტის მეორე სპექტრის დიაგრამა ნაჩვენებია ნახაზ 2-ში.

სურათი 2, რამდენიმე აუქსინის შთანთქმის სპექტრები მცენარის ზრდაში

სურათი 2-დან ჩანს, რომ რამდენიმე ძირითადი აუქსინის სინათლის შთანთქმის სპექტრები, რომლებიც გავლენას ახდენენ მცენარის ზრდაზე, მნიშვნელოვნად განსხვავდება. ამიტომ, მცენარეთა ზრდის LED განათების გამოყენება არ არის მარტივი საკითხი, მაგრამ ძალიან მიზანმიმართული. აქ აუცილებელია მცენარეთა ზრდის ორი ყველაზე მნიშვნელოვანი ფოტოსინთეზური ელემენტის ცნებების გაცნობა.

• ქლოროფილი

ქლოროფილი ფოტოსინთეზთან დაკავშირებული ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი პიგმენტია. ის არსებობს ყველა ორგანიზმში, რომელსაც შეუძლია შექმნას ფოტოსინთეზი, მათ შორის მწვანე მცენარეები, პროკარიოტული ლურჯი-მწვანე წყალმცენარეები (ციანობაქტერიები) და ევკარიოტული წყალმცენარეები. ქლოროფილი შთანთქავს ენერგიას სინათლისგან, რომელიც შემდეგ გამოიყენება ნახშირორჟანგის ნახშირწყლებად გადაქცევისთვის.

ქლოროფილი a ძირითადად შთანთქავს წითელ შუქს, ხოლო ქლოროფილი b ძირითადად შთანთქავს ლურჯ-იისფერ შუქს, ძირითადად, რათა განასხვავოს ჩრდილოვანი მცენარეები მზის მცენარეებისგან. ქლოროფილის b-ის შეფარდება ჩრდილოვანი მცენარეების ქლოროფილთან a მცირეა, ამიტომ ჩრდილოვან მცენარეებს შეუძლიათ ძლიერად გამოიყენონ ლურჯი შუქი და მოერგოს ჩრდილში ზრდას. ქლოროფილი a არის მოლურჯო-მწვანე, ხოლო ქლოროფილი b არის ყვითელი-მწვანე. არსებობს ქლოროფილის a და ქლოროფილის ორი ძლიერი შთანთქმა, ერთი წითელ რეგიონში 630-680 ნმ ტალღის სიგრძით და მეორე ლურჯ-იისფერ რეგიონში ტალღის სიგრძით 400-460 ნმ.

• კაროტინოიდები

კაროტინოიდები ზოგადი ტერმინია მნიშვნელოვანი ბუნებრივი პიგმენტების კლასისთვის, რომლებიც ჩვეულებრივ გვხვდება ყვითელ, ნარინჯისფერ-წითელ ან წითელ პიგმენტებში ცხოველებში, მაღალ მცენარეებში, სოკოებში და წყალმცენარეებში. ჯერჯერობით 600-ზე მეტი ბუნებრივი კაროტინოიდი აღმოაჩინეს.

კაროტინოიდების სინათლის შთანთქმა მოიცავს OD303~505 ნმ დიაპაზონს, რაც უზრუნველყოფს საკვების ფერს და გავლენას ახდენს ორგანიზმის მიერ საკვების მიღებაზე. წყალმცენარეებში, მცენარეებსა და მიკროორგანიზმებში მისი ფერი დაფარულია ქლოროფილით და არ ჩანს. მცენარეულ უჯრედებში წარმოქმნილი კაროტინოიდები არა მხოლოდ შთანთქავენ და გადასცემენ ენერგიას ფოტოსინთეზის დასახმარებლად, არამედ ასრულებენ უჯრედების დაცვას აღგზნებული ერთელექტრონული ბმის ჟანგბადის მოლეკულების მიერ განადგურებისგან.

ზოგიერთი კონცეპტუალური გაუგებრობა

ენერგიის დაზოგვის ეფექტის მიუხედავად, სინათლის სელექციურობა და სინათლის კოორდინაცია, ნახევარგამტარულმა განათებამ დიდი უპირატესობა აჩვენა. თუმცა, ბოლო ორი წლის სწრაფი განვითარების შემდეგ, ჩვენ ასევე ვნახეთ მრავალი გაუგებრობა სინათლის დიზაინსა და გამოყენებაში, რაც ძირითადად აისახება შემდეგ ასპექტებში.

① სანამ გარკვეული ტალღის სიგრძის წითელი და ლურჯი ჩიპები შერწყმულია გარკვეულ თანაფარდობაში, ისინი შეიძლება გამოყენებულ იქნას მცენარის გაშენებაში, მაგალითად, წითელი და ლურჯი შეფარდება არის 4:1, 6:1, 9:1 და ა.შ. on.

②სანამ ის თეთრი სინათლეა, მას შეუძლია შეცვალოს მზის შუქი, მაგალითად, სამი ძირითადი თეთრი სინათლის მილი, რომელიც ფართოდ გამოიყენება იაპონიაში და ა.შ. ამ სპექტრების გამოყენება გარკვეულ გავლენას ახდენს მცენარეების ზრდაზე, მაგრამ ეფექტი არის არ არის ისეთი კარგი, როგორც LED-ით დამზადებული სინათლის წყარო.

③ სანამ PPFD (მსუბუქი კვანტური ნაკადის სიმკვრივე), განათების მნიშვნელოვანი პარამეტრი, აღწევს გარკვეულ ინდექსს, მაგალითად, PPFD მეტია 200 μmol·m-2·s-1-ზე. თუმცა, ამ ინდიკატორის გამოყენებისას ყურადღება უნდა მიაქციოთ, არის ეს ჩრდილოვანი მცენარე თუ მზის მცენარე. თქვენ უნდა მოიძიოთ ან იპოვოთ ამ მცენარეების სინათლის კომპენსაციის გაჯერების წერტილი, რომელსაც ასევე უწოდებენ სინათლის კომპენსაციის წერტილს. ფაქტობრივად, ნერგები ხშირად იწვება ან ხმება. ამიტომ, ამ პარამეტრის დიზაინი უნდა იყოს შემუშავებული მცენარის სახეობის, ზრდის გარემოსა და პირობების მიხედვით.

რაც შეეხება პირველ ასპექტს, როგორც შესავალში იყო წარმოდგენილი, მცენარის ზრდისთვის საჭირო სპექტრი უნდა იყოს უწყვეტი სპექტრი გარკვეული განაწილების სიგანით. აშკარად შეუსაბამოა სინათლის წყაროს გამოყენება, რომელიც შედგება წითელი და ლურჯი ფერის ორი სპეციფიკური ტალღის სიგრძის ჩიპისგან, ძალიან ვიწრო სპექტრით (როგორც ნაჩვენებია სურათზე 3(a)). ექსპერიმენტების შედეგად დადგინდა, რომ მცენარეები მოყვითალოა, ფოთლის ღეროები ძალიან ღიაა, ფოთლის ღეროები კი ძალიან თხელი.

სამი ძირითადი ფერის ფლუორესცენტური მილაკებისთვის, რომლებიც ჩვეულებრივ გამოიყენება წინა წლებში, თუმცა თეთრი სინთეზირებულია, წითელი, მწვანე და ლურჯი სპექტრები გამოყოფილია (როგორც ნაჩვენებია სურათზე 3(ბ)) და სპექტრის სიგანე ძალიან ვიწროა. შემდეგი უწყვეტი ნაწილის სპექტრული ინტენსივობა შედარებით სუსტია და სიმძლავრე ჯერ კიდევ შედარებით დიდია LED-ებთან შედარებით, 1,5-დან 3-ჯერ აღემატება ენერგიის მოხმარებას. ამიტომ, გამოყენების ეფექტი არ არის ისეთი კარგი, როგორც LED განათება.

სურათი 3, წითელი და ლურჯი ჩიპის LED მცენარეული შუქი და სამი ძირითადი ფერის ფლუორესცენტური სინათლის სპექტრი

PPFD არის სინათლის კვანტური ნაკადის სიმკვრივე, რომელიც ეხება სინათლის ეფექტურ რადიაციულ სინათლის ნაკადის სიმკვრივეს ფოტოსინთეზში, რომელიც წარმოადგენს სინათლის კვანტების მთლიან რაოდენობას მცენარის ფოთლის ღეროებზე ტალღის სიგრძის დიაპაზონში 400-დან 700 ნმ-მდე დროის ერთეულზე და ერთეულ ფართობზე. . მისი ერთეულია μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). ფოტოსინთეზურად აქტიური გამოსხივება (PAR) ეხება მზის მთლიან გამოსხივებას ტალღის სიგრძით 400-დან 700 ნმ-მდე. ის შეიძლება გამოიხატოს სინათლის კვანტებით ან გასხივოსნებული ენერგიით.

წარსულში, ილუმინომეტრით ასახული სინათლის ინტენსივობა იყო სიკაშკაშე, მაგრამ მცენარის ზრდის სპექტრი იცვლება მცენარისგან განათების სიმაღლის, სინათლის დაფარვისა და შეუძლია თუ არა სინათლე ფოთლებში გავლას. ამიტომ, ფოტოსინთეზის შესწავლისას სინათლის ინტენსივობის ინდიკატორად არ არის ზუსტი გამოყენება.

ზოგადად, ფოტოსინთეზის მექანიზმი შეიძლება დაიწყოს, როდესაც მზის მოყვარული მცენარის PPFD არის 50 μmol·m-2·s-1-ზე მეტი, ხოლო ჩრდილოვანი მცენარის PPFD-ს სჭირდება მხოლოდ 20 μmol·m-2·s-1. . ამიტომ, LED ზრდის განათების შეძენისას, შეგიძლიათ აირჩიოთ LED ზრდის განათების რაოდენობა ამ საცნობარო მნიშვნელობისა და მცენარეების ტიპზე დაყრდნობით, რომელსაც დარგავთ. მაგალითად, თუ ერთი LED lght-ის PPFD არის 20 μmol·m-2·s-1, მზის მოყვარული მცენარეების გასაზრდელად საჭიროა 3-ზე მეტი LED მცენარეული ნათურა.

ნახევარგამტარული განათების რამდენიმე დიზაინის გადაწყვეტა

ნახევარგამტარული განათება გამოიყენება მცენარის ზრდის ან დარგვისთვის და არსებობს ორი ძირითადი საცნობარო მეთოდი.

• ამჟამად ჩინეთში შიდა დარგვის მოდელი ძალიან ცხელია. ამ მოდელს აქვს რამდენიმე მახასიათებელი:

① LED განათების როლი არის მცენარეთა განათების სრული სპექტრის უზრუნველყოფა, ხოლო განათების სისტემა საჭიროა მთელი განათების ენერგიის უზრუნველსაყოფად და წარმოების ღირებულება შედარებით მაღალია;
② LED ზრდის განათების დიზაინმა უნდა გაითვალისწინოს სპექტრის უწყვეტობა და მთლიანობა;
③აუცილებელია განათების დროისა და განათების ინტენსივობის ეფექტური კონტროლი, მაგალითად, მცენარეების დასვენება რამდენიმე საათის განმავლობაში, დასხივების ინტენსივობა არ არის საკმარისი ან ძალიან ძლიერი და ა.შ.;
④ მთელ პროცესს სჭირდება ისეთი პირობების იმიტაცია, რომელიც მოითხოვს მცენარეთა ფაქტობრივი ოპტიმალური ზრდის გარემოს გარეთ, როგორიცაა ტენიანობა, ტემპერატურა და CO2 კონცენტრაცია.

• გარე დარგვის რეჟიმი კარგი გარე სათბურის დარგვის საძირკვლით. ამ მოდელის მახასიათებლებია:

① LED განათების როლი არის სინათლის დამატება. ერთი არის სინათლის ინტენსივობის გაძლიერება ლურჯ და წითელ ადგილებში მზის სხივების დასხივების ქვეშ დღის განმავლობაში მცენარეების ფოტოსინთეზის ხელშეწყობის მიზნით, ხოლო მეორე არის კომპენსაცია, როდესაც მზის შუქი არ არის ღამით მცენარის ზრდის ტემპის გასაუმჯობესებლად.
②დამატებითმა განათებამ უნდა გაითვალისწინოს, რომელ სტადიაშია მცენარე, მაგალითად, ნერგების პერიოდში ან ყვავილობისა და ნაყოფიერების პერიოდში.

ამიტომ, მცენარეთა ზრდის LED განათების დიზაინს პირველ რიგში უნდა ჰქონდეს დიზაინის ორი ძირითადი რეჟიმი, კერძოდ, 24 საათის განათება (შიდა) და მცენარეთა ზრდის დამატებითი განათება (გარე). შიდა მცენარეების გაშენებისთვის, LED ზრდის განათების დიზაინმა უნდა გაითვალისწინოს სამი ასპექტი, როგორც ეს ნაჩვენებია 4-ზე. შეუძლებელია ჩიპების შეფუთვა სამი ძირითადი ფერით გარკვეული პროპორციით.

სურათი 4, დიზაინის იდეა შიდა LED მცენარეთა გამაძლიერებელი განათების გამოყენების შესახებ 24 საათის განათებისთვის

მაგალითად, სპექტრისთვის სანერგე ეტაპზე, იმის გათვალისწინებით, რომ მას სჭირდება ფესვებისა და ღეროების ზრდის გაძლიერება, ფოთლების განშტოების გაძლიერება და სინათლის წყარო გამოიყენება შენობაში, სპექტრი შეიძლება დაპროექტდეს ისე, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 5.

ნახაზი 5, სპექტრული სტრუქტურები შესაფერისია LED შიდა ბაგა-ბაღის პერიოდისთვის

მეორე ტიპის LED ზრდის შუქის დიზაინისთვის, ის ძირითადად მიზნად ისახავს დამატებითი სინათლის დიზაინის გადაწყვეტას, რათა ხელი შეუწყოს გარე სათბურის ბაზაზე დარგვას. დიზაინის იდეა ნაჩვენებია სურათზე 6.

სურათი 6, გარე ზრდის განათების დიზაინის იდეები 

ავტორი ვარაუდობს, რომ გამწვანების უფრო მეტმა კომპანიებმა მიიღონ მეორე ვარიანტი, გამოიყენონ LED განათება მცენარის ზრდის ხელშეწყობისთვის.

უპირველეს ყოვლისა, ჩინეთის გარე სათბურის კულტივაციას აქვს ათწლეულების განმავლობაში დიდი რაოდენობით და ფართო გამოცდილება, როგორც სამხრეთში, ასევე ჩრდილოეთში. მას აქვს კარგი საფუძველი სათბურის კულტივირების ტექნოლოგიაზე და უზრუნველყოფს დიდი რაოდენობით ახალი ხილისა და ბოსტნეულის ბაზარზე მიმდებარე ქალაქებს. განსაკუთრებით ნიადაგისა და წყლისა და სასუქის დარგვის დარგში გაკეთდა მდიდარი კვლევის შედეგები.

მეორეც, ამ სახის დამატებითი მსუბუქი ხსნარს შეუძლია მნიშვნელოვნად შეამციროს ენერგიის არასაჭირო მოხმარება და ამავდროულად ეფექტურად გაზარდოს ხილისა და ბოსტნეულის მოსავლიანობა. გარდა ამისა, ჩინეთის უზარმაზარი გეოგრაფიული ტერიტორია ძალიან მოსახერხებელია პოპულარიზაციისთვის.

როგორც LED მცენარეული განათების სამეცნიერო კვლევა, ის ასევე უზრუნველყოფს მის ფართო ექსპერიმენტულ ბაზას. სურ. 7 არის ამ კვლევითი ჯგუფის მიერ შემუშავებული ერთგვარი LED ზრდის შუქი, რომელიც შესაფერისია სათბურებში გასაზრდელად და მისი სპექტრი ნაჩვენებია 8-ში.

სურათი 7, ერთგვარი LED ზრდის შუქი

სურათი 8, ერთგვარი LED ზრდის სინათლის სპექტრი

ზემოაღნიშნული დიზაინის იდეების მიხედვით, კვლევითმა ჯგუფმა ჩაატარა ექსპერიმენტების სერია და ექსპერიმენტული შედეგები ძალიან მნიშვნელოვანია. მაგალითად, ბაგა-ბაღის დროს სინათლის ზრდისთვის, გამოყენებული ორიგინალური ნათურა არის ფლუორესცენტური ნათურა, რომლის სიმძლავრეა 32 W და სანერგე ციკლი 40 დღე. ჩვენ ვუზრუნველყოფთ 12 ვტ LED განათებას, რომელიც ამცირებს ნერგების ციკლს 30 დღემდე, ეფექტურად ამცირებს ნათურების ტემპერატურის გავლენას ნერგების საამქროში და დაზოგავს კონდიციონერის ენერგიის მოხმარებას. ჩითილების სისქე, სიგრძე და ფერი სჯობს ორიგინალურ ჩითილის გაზრდის ხსნარს. ჩვეულებრივი ბოსტნეულის ნერგებისთვის ასევე მიღებულია კარგი დამადასტურებელი დასკვნები, რომლებიც შეჯამებულია შემდეგ ცხრილში.

მათ შორის, დამატებითი სინათლის ჯგუფი PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1 და წითელ-ლურჯი თანაფარდობა: 0,6-0,7. ბუნებრივი ჯგუფის დღის PPFD მნიშვნელობის დიაპაზონი იყო 40~800 μmol·m-2·s-1, ხოლო წითელი და ლურჯის შეფარდება იყო 0,6~1,2. ჩანს, რომ ზემოაღნიშნული მაჩვენებლები უკეთესია, ვიდრე ბუნებრივად მოყვანილი ნერგების.

დასკვნა

ეს სტატია წარმოგიდგენთ უახლეს განვითარებას LED ზრდის განათების გამოყენებაში მცენარეთა გაშენებაში და მიუთითებს ზოგიერთ გაუგებრობაზე LED ზრდის განათების გამოყენებაში მცენარეთა კულტივირებაში. და ბოლოს, წარმოდგენილია ტექნიკური იდეები და სქემები მცენარეთა კულტივირებისთვის გამოყენებული LED ზრდის განათების შემუშავებისთვის. უნდა აღინიშნოს, რომ ასევე არის გარკვეული ფაქტორები, რომლებიც გასათვალისწინებელია სინათლის დამონტაჟებისა და გამოყენებისას, როგორიცაა მანძილი ნათებასა და მცენარეს შორის, ნათურის დასხივების დიაპაზონი და როგორ გამოვიყენოთ შუქი. ნორმალური წყალი, სასუქი და ნიადაგი.

ავტორი: Yi Wang და სხვ. წყარო: CNKI