Introduction

Өсүмдүктөрдүн өсүү процессинде жарык негизги ролду ойнойт. Бул өсүмдүктүн хлорофиллдин сиңүүсүн жана каротин сыяктуу өсүмдүктөрдүн ар кандай өсүү сапаттарын сиңирүүгө көмөктөшүүчү эң мыкты жер семирткич. Бирок, өсүмдүктөрдүн өсүшүн аныктоочу чечүүчү фактор жарыкка гана эмес, суунун, топурактын жана жер семирткичтин конфигурациясынан, өсүү чөйрөсүнүн шарттарынан жана комплекстүү техникалык көзөмөлдөн да ажырагыс фактор болуп саналат.

Акыркы эки же үч жылда үч өлчөмдүү заводдорго же өсүмдүктөрдүн өсүшүнө байланыштуу жарым өткөргүч жарыктандыруу технологиясын колдонуу боюнча чексиз отчеттор бар. Бирок аны кунт коюп окугандан кийин, ар дайым кандайдыр бир ыңгайсыз сезим пайда болот. Жалпысынан алганда, жарык өсүмдүктөрдүн өсүшү үчүн кандай ролду ойношу керек экенин эч кандай реалдуу түшүнүк жок.

Биринчиден, 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, күндүн спектрин түшүнөлү. Күн спектри үзгүлтүксүз спектр экендигин, анда көк жана жашыл спектр кызыл спектрден күчтүүрөөк, ал эми көрүнгөн жарык спектри 1-сүрөттө 380 - 780 нм. Жаратылыштагы организмдердин өсүшү спектрдин интенсивдүүлүгүнө байланыштуу. Мисалы, экваторго жакын аймактагы өсүмдүктөрдүн көбү абдан тез өсөт жана ошол эле учурда алардын өсүү көлөмү салыштырмалуу чоң. Бирок күндүн нурлануусунун жогорку интенсивдүүлүгү дайыма эле жакшы боло бербейт жана жаныбарлар менен өсүмдүктөрдүн өсүшү үчүн белгилүү бир деңгээлдеги селективдүүлүк бар.

1-сүрөт, Күн спектринин жана анын көрүнүүчү жарык спектринин мүнөздөмөлөрү

Экинчиден, өсүмдүктүн өсүшүнүн бир нече негизги сиңирүү элементтеринин экинчи спектр диаграммасы 2-сүрөттө көрсөтүлгөн.

2-сүрөт, Өсүмдүктүн өсүшүндө бир нече ауксиндердин сиңирүү спектрлери

2-сүрөттөн өсүмдүктүн өсүшүнө таасир этүүчү бир нече негизги ауксиндердин жарыкты сиңирүү спектрлери бир топ айырмаланарын көрүүгө болот. Ошондуктан, LED өсүмдүктөрдүн өсүү жарыктарын колдонуу жөнөкөй маселе эмес, бирок абдан максаттуу. Бул жерде эң маанилүү эки фотосинтетикалык өсүмдүктөрдүн өсүү элементтери жөнүндө түшүнүктөрдү киргизүү зарыл.

• Хлорофилл

Хлорофилл фотосинтезге байланыштуу эң маанилүү пигменттердин бири. Ал жашыл өсүмдүктөр, прокариот көк-жашыл балырлар (цианобактериялар) жана эукариот балырлар, анын ичинде фотосинтезди түзө алган бардык организмдерде бар. Хлорофилл жарыктан энергияны сиңирип алат, андан кийин көмүр кычкыл газын углеводго айландыруу үчүн колдонулат.

Хлорофилл а негизинен кызыл нурду, ал эми хлорофилл б негизинен көлөкө өсүмдүктөрдү күнөстүү өсүмдүктөрдөн айырмалоо үчүн көк-кызгылт көк нурду сиңирет. Көлөкө өсүмдүктөрдүн хлорофилл б менен хлорофилл а катышы анча чоң эмес, ошондуктан көлөкө өсүмдүктөр көк жарыкты күчтүү колдонуп, көлөкөдө өсүүгө ыңгайлаша алат. Хлорофилл а көк-жашыл, ал эми хлорофилл б сары-жашыл. Хлорофилл а менен хлорофилл бдын эки күчтүү жутулушу бар, бири 630-680 нм толкун узундугу менен кызыл аймакта, экинчиси 400-460 нм толкун узундугу менен көк-кызгылт көк чөлкөмдө.

• Каротиноиддер

Каротиноиддер, адатта, жаныбарлардын, жогорку өсүмдүктөрдүн, козу карындардын жана балырлардын сары, кызгылт-кызыл же кызыл пигменттерде кездешүүчү маанилүү табигый пигменттердин классынын жалпы термини. Буга чейин 600дөн ашык табигый каротиноиддер табылган.

Каротиноиддердин жарыкты сиңирүү OD303~505 нм диапазонун камтыйт, ал тамактын түсүн камсыздайт жана организмдин тамак-аштын кабыл алынышына таасирин тийгизет. Балырларда, өсүмдүктөрдө жана микроорганизмдерде анын түсү хлорофилл менен капталган жана пайда боло албайт. Өсүмдүк клеткаларында өндүрүлгөн каротиноиддер фотосинтезге жардам берүү үчүн энергияны сиңирүү жана өткөрүп берүү менен гана чектелбестен, клеткаларды толкунданган бир электрондук байланыш кычкылтек молекулалары тарабынан жок кылынуудан коргоо милдетин да аткарышат.

Кээ бир концептуалдык түшүнбөстүктөр

Энергияны үнөмдөөчү эффектке карабастан, жарыктын селективдүүлүгү жана жарыкты координациялоо, жарым өткөргүч жарыктандыруу чоң артыкчылыктарды көрсөттү. Бирок, акыркы эки жылдын тез өнүгүшүнөн биз жарыкты долбоорлоодо жана колдонууда да көп түшүнбөстүктөргө күбө болдук, алар негизинен төмөнкү аспектилерде чагылдырылган.

①Белгилүү бир толкун узундуктагы кызыл жана көк чиптер белгилүү бир катышта айкалышканда, аларды өсүмдүк өстүрүүдө колдонсо болот, мисалы, кызыл менен көктүн катышы 4:1, 6:1, 9:1 ж.б. күйүк.

②Ал ак жарык болсо, ал күндүн жарыгын алмаштыра алат, мисалы, Японияда кеңири колдонулган үч негизги ак жарык түтүгү ж.б. Бул спектрлерди колдонуу өсүмдүктөрдүн өсүшүнө белгилүү бир таасирин тийгизет, бирок эффект LED тарабынан жасалган жарык булагы сыяктуу жакшы эмес.

③Жарыктандыруунун маанилүү параметри болгон PPFD (жарык кванттык агымдын тыгыздыгы) белгилүү бир индекске жеткенде, мисалы, PPFD 200 мкмоль·м-2·с-1ден ашат. Бирок, бул көрсөткүчтү колдонууда, бул көлөкө өсүмдүк же күн өсүмдүк экенине көңүл буруу керек. Бул өсүмдүктөрдүн жарык компенсациясынын каныккан чекитине суроо же табуу керек, аны жарык компенсациялоо чекити деп да аташат. Иш жүзүндө колдонууда көчөттөр көбүнчө күйүп же куурап калат. Демек, бул параметрдин долбоору өсүмдүктүн түрүнө, өсүү чөйрөсүнө жана шарттарына ылайык иштелип чыгышы керек.

Биринчи аспектке келсек, кириш сөздө айтылгандай, өсүмдүктөрдүн өсүшү үчүн талап кылынган спектр белгилүү бир жайылтуу кеңдиги менен үзгүлтүксүз спектр болушу керек. Өтө тар спектрге ээ (3(а)-сүрөттө көрсөтүлгөндөй) кызыл жана көк түстөгү эки белгилүү толкун узундуктагы чиптерден жасалган жарык булагын колдонуу, албетте, туура эмес. Тажрыйбаларда өсүмдүктөрдүн саргыч түскө ээ боло тургандыгы, жалбырак сабагы өтө ачык, жалбырак сабагы өтө ичке экени аныкталган.

Мурунку жылдарда көбүнчө колдонулган үч негизги түстөгү флуоресценттүү түтүктөр үчүн, ак синтезделгенине карабастан, кызыл, жашыл жана көк спектрлер бөлүнгөн (3(б)-сүрөттө көрсөтүлгөндөй), спектрдин туурасы абдан тар. Төмөнкү үзгүлтүксүз бөлүгүнүн спектрдик интенсивдүүлүгү салыштырмалуу алсыз, ал эми кубаттуулугу дагы эле LED менен салыштырмалуу чоң, энергияны керектөөдөн 1,5 3 эсеге чейин. Ошондуктан, колдонуу эффектиси LED жарыктары сыяктуу жакшы эмес.

Сүрөт 3, Кызыл жана көк чип LED өсүмдүк жарык жана үч негизги түстүү флуоресценттик жарык спектри

PPFD – жарык кванттык агымынын тыгыздыгы, ал фотосинтездеги жарыктын эффективдүү нурлануу жарык агымынын тыгыздыгын билдирет, ал убакыт бирдигине жана бирдик аянтына 400дөн 700 нмге чейинки толкун узундугу диапазонунда өсүмдүк жалбырактарынын сабактарына түшкөн жарык кванттарынын жалпы санын билдирет. . Анын бирдиги μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). Фотосинтетикалык активдүү нурлануу (PAR) толкун узундугу 400дөн 700 нмге чейинки диапазондогу жалпы күн радиациясын билдирет. Ал жарык кванттары менен да, нурлануучу энергия менен да көрсөтүлүшү мүмкүн.

Мурда иллюминометр чагылдырган жарыктын интенсивдүүлүгү жарыктык болгон, бирок өсүмдүктүн өсүү спектри өсүмдүктөн келген жарык берүүчү түзүлүштүн бийиктигине, жарыктын камтуулугуна жана жарык жалбырактар ​​аркылуу өтө алабы же жокпу, өзгөрөт. Ошондуктан фотосинтезди изилдөөдө жарыктын интенсивдүүлүгүнүн көрсөткүчү катары парны колдонуу туура эмес.

Көбүнчө, фотосинтез механизми күндү сүйгөн өсүмдүктүн PPFD 50 мкмоль · м-2 · с-1ден чоң болгондо башталышы мүмкүн, ал эми көлөкөлүү өсүмдүктүн PPFD үчүн 20 мкмоль · м-2 · с-1 гана керектелет. . Ошондуктан, LED өстүрүүчү чырактарды сатып алууда, ушул маалымдама мааниге жана сиз отургузган өсүмдүктөрдүн түрүнө жараша LED өстүрүүчү чырактардын санын тандай аласыз. Мисалы, бир LED жарыктын PPFD 20 μmol·m-2·s-1 болсо, күндү сүйгөн өсүмдүктөрдү өстүрүү үчүн 3төн ашык LED өсүмдүк лампалары талап кылынат.

Жарым өткөргүч жарыктандыруунун бир нече конструкциялык чечимдери

Жарым өткөргүч жарыктандыруу өсүмдүктөрдүн өсүшү же отургузуу үчүн колдонулат жана эки негизги шилтеме ыкмалары бар.

• Азыркы учурда, имараттын ичинде отургузуу модели Кытайда абдан ысык. Бул модель бир нече өзгөчөлүктөргө ээ:

①Светодиоддук лампалардын ролу өсүмдүк жарыктандыруунун толук спектрин камсыз кылуу болуп саналат, ал эми жарыктандыруу системасы бардык жарык энергиясын камсыз кылуу үчүн талап кылынат жана өндүрүштүн баасы салыштырмалуу жогору;
②Светодиоддук лампалардын дизайны спектрдин үзгүлтүксүздүгүн жана бүтүндүгүн эске алышы керек;
③Жарыктандыруу убактысын жана жарыктын интенсивдүүлүгүн эффективдүү көзөмөлдөө керек, мисалы, өсүмдүктөрдү бир нече саатка тыныгууга уруксат берүү, нурлануунун интенсивдүүлүгү жетишсиз же өтө күчтүү ж.б.;
④Бардык процесс нымдуулук, температура жана СО2 концентрациясы сыяктуу көчөдө өсүмдүктөрдүн чыныгы оптималдуу өсүү чөйрөсү талап кылган шарттарды туураш керек.

• жакшы ачык күнөскана отургузуу негизи менен сырткы отургузуу режими. Бул моделдин мүнөздөмөлөрү болуп төмөнкүлөр саналат:

①LED жарыктарынын ролу жарыкты толуктоо болуп саналат. Бири - өсүмдүктөрдүн фотосинтезине көмөк көрсөтүү үчүн күндүз күн нурунун нурлануусу астында көк жана кызыл аймактардагы жарыктын интенсивдүүлүгүн жогорулатуу, экинчиси - өсүмдүктөрдүн өсүү ылдамдыгын жогорулатуу үчүн түнкүсүн күн нуру жок болгондо компенсациялоо.
②Кошумча жарык өсүмдүктүн кайсы өсүш стадиясында экенин, мисалы, көчөт же гүлдөө жана мөмө берүү мезгилин эске алышы керек.

Ошондуктан, LED өсүмдүк өстүрүү чырактары дизайн адегенде эки негизги дизайн режимдери болушу керек, атап айтканда, 24h жарыктандыруу (ички) жана өсүмдүктөрдүн өсүшүнө кошумча жарыктандыруу (тышкы). Жабык өсүмдүктөрдү өстүрүү үчүн, LED өстүрүү чырактарынын дизайны 4-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, үч аспектиде каралышы керек. Белгилүү бир пропорцияда үч негизги түс менен чиптерди пакеттөө мүмкүн эмес.

4-сүрөт, 24 сааттык жарыктандыруу үчүн имараттын ичиндеги LED өсүмдүктөрдү күчөтүүчү жарыктарды колдонуунун дизайн идеясы

Мисалы, питомник стадиясындагы спектр үчүн, ал тамырлардын жана сабактардын өсүшүн күчөтүү, жалбырактардын бутактарын бекемдөө зарыл экенин эске алып, жарык булагы үй ичинде колдонулат, спектрди 5-сүрөттө көрсөтүлгөндөй долбоорлоого болот.

5-сүрөт, Спектралдык структуралар LED жабык питомник мезгилине ылайыктуу

Экинчи типтеги LED өсүүчү жарыктын дизайны үчүн, ал негизинен ачык күнөскананын базасында отургузууга көмөктөшүү үчүн кошумча жарыктын дизайн чечимине багытталган. Дизайн идеясы 6-сүрөттө көрсөтүлгөн.

6-сүрөт, Сыртта өстүрүүчү лампалардын дизайн идеялары 

Автордун айтымында, көчөттөрдү өстүрүүчү ишканалардын көбү өсүмдүктөрдүн өсүшүнө көмөк көрсөтүү үчүн LED жарыктарын колдонуунун экинчи вариантын кабыл алышат.

Биринчиден, Кытайдын сыртында күнөскана өстүрүү ондогон жылдар бою түштүктө да, түндүктө да чоң көлөмгө жана кеңири тажрыйбага ээ. Бул күнөсканада өстүрүү технологиясы үчүн жакшы пайдубалга ээ жана курчап турган шаарлар үчүн рынокто көптөгөн жаңы мөмө-жемиштерди жана жашылчаларды камсыз кылат. Айрыкча топурак-суу жана жер семирткичтерди себүү багытында илимий-изилдөө иштеринин бай жыйынтыгы чыгарылды.

Экинчиден, мындай кошумча жарык чечими энергиянын ашыкча керектөөсүн азайтып, ошол эле учурда жашылча-жемиштердин түшүмүн натыйжалуу жогорулата алат. Кошумчалай кетсек, Кытайдын кең географиялык аймагы алдыга жылдыруу үчүн абдан ыңгайлуу.

LED өсүмдүк жарык илимий изилдөө катары, ошондой эле ал үчүн кененирээк эксперименталдык базаны камсыз кылат. 7-сүрөт бул изилдөө тобу тарабынан иштелип чыккан, күнөсканаларда өстүрүүгө ылайыктуу болгон LED өстүрүүчү жарыктын бир түрү жана анын спектри 8-сүрөттө көрсөтүлгөн.

Сүрөт 7, LED өсүүчү жарыктын бир түрү

8-сүрөт, LED өсүүчү жарыктын бир түрүнүн спектри

Жогорудагы долбоорлоо идеяларына ылайык, изилдөө тобу бир катар эксперименттерди жүргүзгөн жана эксперименталдык натыйжалар абдан маанилүү. Мисалы, питомниктеги жарыкты өстүрүү үчүн оригиналдуу лампа катары 32 Вт кубаттуулуктагы флуоресценттик лампа жана 40 күндүк питомник цикли колдонулат. Биз көчөттөрдү отургузуу циклин 30 күнгө чейин кыскарткан, көчөт отургузуу цехиндеги лампалардын температурасынын таасирин эффективдүү азайткан жана кондиционердин электр кубатын үнөмдөй турган 12 Вт LED жарык беребиз. Көчөттөрдүн калыңдыгы, узундугу жана түсү баштапкы көчөттөрдү өстүрүү эритмесинен жакшыраак. Кадимки жашылчалардын көчөттөрү үчүн дагы жакшы текшерүү корутундулары алынды, алар төмөнкү таблицада жалпыланган.

Алардын арасында, кошумча жарык тобу PPFD: 70-80 μmol · м-2 · с-1, жана кызыл-көк катышы: 0,6-0,7. Табигый топтун күндүзгү PPFD маанисинин диапазону 40~800 мкмоль·м-2·с-1, ал эми кызыл менен көктүн катышы 0,6~1,2 болгон. Табигый өстүрүлгөн көчөттөрдөн жогорудагы көрсөткүчтөр жакшы экенин көрүүгө болот.

Корутунду

Бул макалада өсүмдүктөрдү өстүрүүдө LED өстүрүүчү чырактарды колдонуудагы акыркы жетишкендиктер менен тааныштырат жана өсүмдүктөрдү өстүрүүдө LED өстүрүү жарыгын колдонуудагы кээ бир түшүнбөстүктөрдү көрсөтөт. Акырында, өсүмдүктөрдү өстүрүү үчүн колдонулган LED өстүрүүчү чырактарды өнүктүрүү боюнча техникалык идеялар жана схемалар киргизилген. Ошондой эле жарыкты орнотууда жана колдонууда эске алынышы керек болгон кээ бир факторлор бар экенин белгилей кетүү керек, мисалы, жарык менен өсүмдүктүн ортосундагы аралык, лампанын нурлануу диапазону жана жарыкты кантип колдонуу керек. нормалдуу суу, жер семирткичтер жана топурак.

Author: Yi Wang et al. Булак: CNKI