Танилцуулга

Гэрэл нь ургамлын өсөлтийн үйл явцад гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь ургамлын хлорофилл болон каротин зэрэг ургамлын өсөлтийн янз бүрийн шинж чанарыг шингээх хамгийн сайн бордоо юм. Гэсэн хэдий ч ургамлын өсөлтийг тодорхойлдог шийдвэрлэх хүчин зүйл бол зөвхөн гэрэлтэй холбоотой төдийгүй ус, хөрс, бордооны тохиргоо, өсөлтийн орчны нөхцөл байдал, цогц техникийн хяналтаас салшгүй цогц хүчин зүйл юм.

Сүүлийн хоёр, гурван жилийн хугацаанд гурван хэмжээст ургамлын үйлдвэр эсвэл ургамлын өсөлттэй холбоотой хагас дамжуулагч гэрэлтүүлгийн технологийг ашиглах талаар төгсгөлгүй тайлан гарч ирсэн. Гэхдээ үүнийг анхааралтай уншсаны дараа үргэлж таагүй мэдрэмж төрдөг. Ерөнхийдөө ургамлын өсөлтөд гэрэл ямар үүрэг гүйцэтгэх ёстой талаар бодит ойлголт байдаггүй.

Эхлээд Зураг 1-т үзүүлсэн шиг нарны спектрийг ойлгоё. Нарны спектр нь тасралтгүй спектр бөгөөд цэнхэр, ногоон спектр нь улаан спектрээс илүү хүчтэй бөгөөд харагдах гэрлийн спектр нь 380-780 нм хооронд хэлбэлздэг болохыг харж болно. Байгаль дахь организмын өсөлт нь спектрийн эрчимтэй холбоотой. Жишээлбэл, экваторын ойролцоох ихэнх ургамал маш хурдан ургадаг бөгөөд үүний зэрэгцээ тэдний өсөлтийн хэмжээ харьцангуй том байдаг. Гэхдээ нарны цацрагийн өндөр эрчим нь үргэлж сайн байдаггүй бөгөөд амьтан, ургамлын өсөлтөд тодорхой хэмжээний сонгомол байдал байдаг.

Зураг 1, Нарны спектр болон түүний харагдах гэрлийн спектрийн шинж чанарууд

Хоёрдугаарт, ургамлын өсөлтийн хэд хэдэн гол шингээлтийн элементүүдийн хоёр дахь спектрийн диаграммыг Зураг 2-т үзүүлэв.

Зураг 2, Ургамлын өсөлтөд хэд хэдэн ауксины шингээлтийн спектрүүд

Зураг 2-оос харахад ургамлын өсөлтөд нөлөөлдөг хэд хэдэн гол ауксинуудын гэрлийн шингээлтийн спектрүүд мэдэгдэхүйц ялгаатай байна. Тиймээс LED ургамлын өсөлтийн гэрлийг ашиглах нь энгийн зүйл биш боловч маш зорилтот асуудал юм. Энд фотосинтезийн ургамлын өсөлтийн хамгийн чухал хоёр элементийн тухай ойлголтыг танилцуулах шаардлагатай байна.

• Хлорофилл

Хлорофилл нь фотосинтезтэй холбоотой хамгийн чухал пигментүүдийн нэг юм. Энэ нь ногоон ургамал, прокариот хөх-ногоон замаг (цианобактери) болон эукариот замаг зэрэг фотосинтез үүсгэж чаддаг бүх организмд байдаг. Хлорофилл нь гэрлийн энергийг шингээж, дараа нь нүүрстөрөгчийн давхар ислийг нүүрс ус болгон хувиргахад ашигладаг.

Хлорофилл а нь голчлон улаан гэрлийг шингээдэг бол хлорофилл b нь голчлон цэнхэр нил ягаан гэрлийг шингээдэг бөгөөд энэ нь голчлон сүүдэртэй ургамлуудыг нарлаг ургамлаас ялгахад тусалдаг. Сүүдэртэй ургамлын хлорофилл b ба хлорофилл a-ийн харьцаа бага тул сүүдэртэй ургамал цэнхэр гэрлийг хүчтэй ашиглаж, сүүдэрт ургахад дасан зохицож чаддаг. Хлорофилл a нь хөх ногоон, хлорофилл b нь шар ногоон өнгөтэй. Хлорофилл a болон хлорофилл b-ийн хоёр хүчтэй шингээлт байдаг бөгөөд нэг нь 630-680 нм долгионы урттай улаан бүсэд, нөгөө нь 400-460 нм долгионы урттай цэнхэр нил ягаан бүсэд байдаг.

• Каротиноидууд

Каротиноидууд нь амьтан, дээд ургамал, мөөгөнцөр, замагт түгээмэл тохиолддог шар, улбар шар-улаан эсвэл улаан пигментүүдэд агуулагддаг чухал байгалийн пигментүүдийн ангиллын ерөнхий нэршил юм. Одоогоор 600 гаруй байгалийн каротиноид нээгдсэн байна.

Каротиноидын гэрлийн шингээлт нь OD303~505 нм хүртэлх хүрээг хамардаг бөгөөд энэ нь хоол хүнсний өнгийг өгч, бие махбодийн хоол хүнсний хэрэглээнд нөлөөлдөг. Замаг, ургамал, бичил биетэнд түүний өнгө нь хлорофиллээр бүрхэгдсэн байдаг тул гарч ирэх боломжгүй байдаг. Ургамлын эсэд үүссэн каротиноидууд нь фотосинтезэд туслах энергийг шингээж, дамжуулаад зогсохгүй эсийг өдөөгдсөн дан электрон холбооны хүчилтөрөгчийн молекулуудаар устахаас хамгаалах үүрэгтэй.

Зарим ойлголтын буруу ойлголтууд

Эрчим хүч хэмнэх нөлөө, гэрлийн сонгомол чанар болон гэрлийн зохицуулалтаас үл хамааран хагас дамжуулагч гэрэлтүүлэг нь маш их давуу талтай болохыг харуулсан. Гэсэн хэдий ч сүүлийн хоёр жилийн хурдацтай хөгжлөөс харахад гэрлийн дизайн, хэрэглээнд олон буруу ойлголт байгааг бид харж байгаа бөгөөд энэ нь голчлон дараах талуудад тусгалаа олсон.

①Тодорхой долгионы урттай улаан, цэнхэр өнгийн чипсийг тодорхой харьцаагаар нэгтгэсэн л бол тэдгээрийг ургамал тариалалтад ашиглаж болно, жишээлбэл, улаан, цэнхэр өнгийн харьцаа 4:1, 6:1, 9:1 гэх мэт.

2 Цагаан гэрэл л бол Японд өргөн хэрэглэгддэг гурван үндсэн цагаан гэрлийн хоолой гэх мэт нарны гэрлийг орлож чадна. Эдгээр спектрийг ашиглах нь ургамлын өсөлтөд тодорхой нөлөө үзүүлдэг боловч LED-ийн гэрлийн эх үүсвэр шиг сайн нөлөө үзүүлдэггүй.

③Гэрэлтүүлгийн чухал параметр болох PPFD (гэрлийн квант урсгалын нягтрал) нь тодорхой индекст хүрсэн тохиолдолд, жишээлбэл, PPFD нь 200 μмоль·м-2·с-1-ээс их байна. Гэсэн хэдий ч энэ үзүүлэлтийг ашиглахдаа сүүдэртэй ургамал уу эсвэл нартай ургамал уу гэдгийг анхаарч үзэх хэрэгтэй. Та эдгээр ургамлын гэрлийн нөхөн төлбөрийн цэгийг асуух эсвэл олох хэрэгтэй бөгөөд үүнийг гэрлийн нөхөн төлбөрийн цэг гэж нэрлэдэг. Бодит хэрэглээнд суулгацыг ихэвчлэн шатааж эсвэл хатаж байдаг. Тиймээс энэ параметрийн загварыг ургамлын төрөл зүйл, ургалтын орчин, нөхцөл байдалд тохируулан боловсруулах ёстой.

Оршилд дурдсанчлан, ургамлын өсөлтөд шаардлагатай спектр нь тодорхой тархалтын өргөнтэй тасралтгүй спектр байх ёстой. Маш нарийн спектртэй улаан, цэнхэр гэсэн хоёр тодорхой долгионы урттай чипсээс бүрдсэн гэрлийн эх үүсвэрийг ашиглах нь мэдээжийн хэрэг зохисгүй юм (Зураг 3(a)-д үзүүлсэн шиг). Туршилтаар ургамал шаргал өнгөтэй, навчны иш нь маш цайвар, навчны иш нь маш нимгэн байдаг болохыг тогтоожээ.

Өмнөх жилүүдэд түгээмэл хэрэглэгддэг гурван үндсэн өнгөтэй флюресцент чийдэнгийн хувьд цагаан өнгийг нэгтгэсэн ч улаан, ногоон, цэнхэр спектрүүдийг тусгаарласан (Зураг 3(b)-д үзүүлсэн шиг) бөгөөд спектрийн өргөн нь маш нарийхан байна. Дараах тасралтгүй хэсгийн спектрийн эрчим харьцангуй сул бөгөөд LED-тэй харьцуулахад чадал нь харьцангуй их хэвээр байгаа нь эрчим хүчний зарцуулалтаас 1.5-3 дахин их байна. Тиймээс ашиглалтын үр нөлөө нь LED гэрэл шиг сайн биш юм.

Зураг 3, Улаан ба цэнхэр чиптэй LED ургамлын гэрэл ба гурван үндсэн өнгөт флуоресцент гэрлийн спектр

PPFD нь гэрлийн квант урсгалын нягтрал бөгөөд фотосинтезийн үед гэрлийн үр дүнтэй цацрагийн гэрлийн урсгалын нягтралыг хэлдэг бөгөөд энэ нь нэгж хугацаа болон нэгж талбайд 400-700 нм долгионы уртын хүрээнд ургамлын навчны иш дээр тусах гэрлийн квантуудын нийт тоог илэрхийлдэг. Үүний нэгж нь μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1) юм. Фотосинтезийн идэвхтэй цацраг (PAR) нь 400-700 нм долгионы урттай нийт нарны цацрагийг хэлнэ. Үүнийг гэрлийн квант эсвэл цацрагийн энергиэр илэрхийлж болно.

Өмнө нь иллюминометрээр тусгагдсан гэрлийн эрчим нь гэрэлтэлт байсан боловч ургамлын өсөлтийн спектр нь гэрлийн бэхэлгээний ургамал хүртэлх өндөр, гэрлийн бүрхүүл болон гэрэл навчаар дамжин өнгөрч чадах эсэхээс шалтгаалан өөрчлөгддөг. Тиймээс фотосинтезийн судалгаанд гэрлийн эрчимийг илэрхийлэх үзүүлэлт болгон парыг ашиглах нь зөв биш юм.

Ерөнхийдөө, наранд дуртай ургамлын PPFD нь 50 μмоль·м-2·с-1-ээс их байх үед фотосинтезийн механизм эхэлж болох бол сүүдэртэй ургамлын PPFD нь зөвхөн 20 μмоль·м-2·с-1 хэрэгтэй. Тиймээс, LED ургалтын гэрэл худалдаж авахдаа та энэхүү лавлагаа утга болон тарьж буй ургамлын төрлөөс хамааран LED ургалтын гэрлийн тоог сонгож болно. Жишээлбэл, хэрэв нэг LED гэрлийн PPFD нь 20 μмоль·м-2·с-1 бол наранд дуртай ургамал ургуулахад 3-аас дээш LED ургамлын чийдэн шаардлагатай.

Хагас дамжуулагч гэрэлтүүлгийн хэд хэдэн дизайны шийдлүүд

Хагас дамжуулагч гэрэлтүүлгийг ургамлын ургалт эсвэл тарихад ашигладаг бөгөөд хоёр үндсэн лавлах арга байдаг.

• Одоогоор Хятадад дотор ургамал тарих загвар маш их эрэлттэй байна. Энэ загвар нь хэд хэдэн онцлог шинж чанартай:

1 LED гэрлийн үүрэг нь ургамлын гэрэлтүүлгийн бүрэн спектрийг хангах явдал бөгөөд гэрэлтүүлгийн систем нь бүх гэрэлтүүлгийн эрчим хүчийг хангах шаардлагатай бөгөөд үйлдвэрлэлийн өртөг харьцангуй өндөр байдаг;
② LED ургалтын гэрлийн дизайн нь спектрийн тасралтгүй байдал, бүрэн бүтэн байдлыг харгалзан үзэх шаардлагатай;
③ Гэрэлтүүлгийн хугацаа болон гэрэлтүүлгийн эрчмийг үр дүнтэй хянах шаардлагатай, тухайлбал ургамлыг хэдэн цаг амраах, цацрагийн эрч хүч хангалтгүй эсвэл хэт хүчтэй байх гэх мэт.
④ Бүх үйл явц нь чийгшил, температур, CO2-ийн агууламж зэрэг гадаа ургамлын бодит оновчтой өсөлтийн орчны шаардлагатай нөхцлийг дуурайлган хийх шаардлагатай.

• Гадаа хүлэмжийн сайн суурьтай, гадаа тарих горим. Энэ загварын онцлог шинж чанарууд нь:

1 LED гэрлийн үүрэг нь гэрлийг нөхөх явдал юм. Нэг нь өдрийн цагаар нарны гэрлийн нөлөөн дор цэнхэр, улаан өнгийн хэсэгт гэрлийн эрчмийг нэмэгдүүлж, ургамлын фотосинтезийг дэмжих, нөгөө нь шөнийн цагаар нарны гэрэл байхгүй үед нөхөж, ургамлын өсөлтийн хурдыг нэмэгдүүлэх явдал юм.
2 Нэмэлт гэрэл нь ургамал ямар өсөлтийн үе шатанд байгааг, тухайлбал суулгацын үе эсвэл цэцэглэж, жимс ургах үе шатыг харгалзан үзэх шаардлагатай.

Тиймээс LED ургамлын ургалтын гэрлийн дизайн нь эхлээд 24 цагийн гэрэлтүүлэг (дотор) болон ургамлын ургалтын нэмэлт гэрэлтүүлэг (гадаа) гэсэн хоёр үндсэн дизайны горимтой байх ёстой. Дотор ургамал тариалахын тулд LED ургалтын гэрлийн дизайн нь Зураг 4-т үзүүлсэн шиг гурван талыг харгалзан үзэх шаардлагатай. Чипсийг тодорхой харьцаатай гурван үндсэн өнгөөр ​​​​савах боломжгүй юм.

Зураг 4, 24 цагийн гэрэлтүүлэгт зориулж дотор талын LED ургамлын өргөгч гэрлийг ашиглах дизайны санаа

Жишээлбэл, үржүүлгийн үе шатанд байгаа спектрийн хувьд үндэс, ишний ургалтыг бэхжүүлэх, навчны мөчирлөлтийг бэхжүүлэх шаардлагатай бөгөөд гэрлийн эх үүсвэрийг дотор нь ашигладаг гэж үзвэл спектрийг Зураг 5-д үзүүлсэн шиг зохион бүтээж болно.

Зураг 5, LED доторх хүүхдийн өрөөнд тохиромжтой спектрийн бүтэц

Хоёр дахь төрлийн LED ургалтын гэрлийн дизайны хувьд голчлон гадаа хүлэмжийн суурь дээр ургамал ургуулахын тулд нэмэлт гэрэл ашиглах дизайны шийдэлд чиглэгддэг. Дизайны санааг Зураг 6-д үзүүлэв.

Зураг 6, Гаднах ургалтын гэрлийн дизайны санаанууд 

Зохиогч ургамлын өсөлтийг дэмжихийн тулд LED гэрлийг ашиглах хоёр дахь сонголтыг илүү олон тарих компаниуд хэрэгжүүлж байгааг санал болгож байна.

Юуны өмнө, Хятадын гадаа хүлэмжийн тариалалт нь өмнөд болон хойд хэсэгт олон арван жилийн турш өргөн хүрээтэй туршлага хуримтлуулсан бөгөөд хүлэмжийн тариалалтын технологийн сайн суурьтай бөгөөд ойр орчмын хотуудад зах зээл дээр олон тооны шинэ жимс, хүнсний ногоо нийлүүлдэг. Ялангуяа хөрс, ус, бордоо тариалах салбарт судалгааны баялаг үр дүн гарсан.

Хоёрдугаарт, энэ төрлийн нэмэлт гэрлийн шийдэл нь шаардлагагүй эрчим хүчний хэрэглээг эрс багасгаж, жимс, хүнсний ногооны ургацыг үр дүнтэйгээр нэмэгдүүлэх боломжтой. Үүнээс гадна, Хятадын өргөн уудам газарзүйн бүс нутаг нь сурталчилгаа хийхэд маш тохиромжтой.

LED ургамлын гэрэлтүүлгийн шинжлэх ухааны судалгаа болохын хувьд энэ нь түүнд илүү өргөн хүрээтэй туршилтын бааз болдог. Зураг 7 нь энэхүү судалгааны багийн боловсруулсан, хүлэмжинд ургуулахад тохиромжтой LED ургалтын гэрэл бөгөөд түүний спектрийг Зураг 8-д үзүүлэв.

Зураг 7, Нэг төрлийн LED ургалтын гэрэл

Зураг 8, нэг төрлийн LED ургалтын гэрлийн спектр

Дээрх дизайны санаануудын дагуу судалгааны баг цуврал туршилт хийсэн бөгөөд туршилтын үр дүн нь маш чухал юм. Жишээлбэл, үржүүлгийн үеэр ургуулах гэрлийн хувьд анхны чийдэн нь 32 Вт чадалтай, үржүүлгийн мөчлөг нь 40 хоног байдаг флуоресцент чийдэн юм. Бид суулгацын мөчлөгийг 30 хоног болгон богиносгож, суулгацын цехийн чийдэнгийн температурын нөлөөллийг үр дүнтэй бууруулж, агааржуулагчийн эрчим хүчний хэрэглээг хэмнэдэг 12 Вт LED гэрлийг санал болгож байна. Суулгацын зузаан, урт, өнгө нь анхны суулгац ургуулах шийдлээс илүү сайн байдаг. Нийтлэг хүнсний ногооны суулгацын хувьд дараах хүснэгтэд нэгтгэн харуулсан сайн баталгаажуулалтын дүгнэлтүүдийг мөн гаргаж авсан.

Тэдгээрийн дотор нэмэлт гэрлийн бүлэг PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, улаан-цэнхэр харьцаа: 0.6-0.7 байв. Байгалийн бүлгийн өдрийн PPFD утгын хүрээ 40~800 μmol·m-2·s-1, улаан-цэнхэр өнгийн харьцаа 0.6~1.2 байв. Дээрх үзүүлэлтүүд нь байгалийн аргаар ургуулсан суулгацын үзүүлэлтээс илүү сайн байгааг харж болно.

Дүгнэлт

Энэхүү нийтлэлд ургамал тариалалтад LED ургалтын гэрлийг ашиглах хамгийн сүүлийн үеийн хөгжлийг танилцуулж, ургамал тариалалтад LED ургалтын гэрлийг ашиглахтай холбоотой зарим буруу ойлголтыг онцолсон болно. Эцэст нь ургамал тариалалтад ашигладаг LED ургалтын гэрлийг хөгжүүлэх техникийн санаа, схемийг танилцуулж байна. Гэрлийг суурилуулах, ашиглахад гэрэл болон ургамлын хоорондох зай, чийдэнгийн цацрагийн хүрээ, гэрлийг ердийн ус, бордоо, хөрсөнд хэрхэн түрхэх зэрэг зарим хүчин зүйлийг анхаарч үзэх хэрэгтэй гэдгийг онцлон тэмдэглэх нь зүйтэй.

Зохиогч: И Ван нар. Эх сурвалж: CNKI