Киришүү

Жарык өсүмдүктөрдүн өсүү процессинде маанилүү ролду ойнойт. Бул өсүмдүктүн хлорофиллинин сиңирилишине жана каротин сыяктуу ар кандай өсүмдүктөрдүн өсүү сапаттарынын сиңирилишине өбөлгө түзгөн эң жакшы жер семирткич. Бирок, өсүмдүктөрдүн өсүшүн аныктоочу чечүүчү фактор - бул жарыкка гана эмес, суунун, топурактын жана жер семирткичтин конфигурациясына, өсүү чөйрөсүнүн шарттарына жана комплекстүү техникалык көзөмөлгө байланыштуу комплекстүү фактор.

Акыркы эки-үч жылда үч өлчөмдүү өсүмдүк заводдоруна же өсүмдүктөрдүн өсүшүнө байланыштуу жарым өткөргүч жарыктандыруу технологиясын колдонуу боюнча чексиз билдирүүлөр болду. Бирок аны кунт коюп окуп чыккандан кийин, ар дайым кандайдыр бир тынчсыздануу сезими пайда болот. Жалпысынан алганда, өсүмдүктөрдүн өсүшүндө жарык кандай роль ойношу керектиги жөнүндө чыныгы түшүнүк жок.

Алгач, 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, күндүн спектрин түшүнүп алалы. Күн спектри үзгүлтүксүз спектр экенин көрүүгө болот, анда көк жана жашыл спектрлер кызыл спектрге караганда күчтүүрөөк, ал эми көрүнгөн жарыктын спектри 380ден 780 нмге чейин. Жаратылыштагы организмдердин өсүшү спектрдин интенсивдүүлүгүнө байланыштуу. Мисалы, экваторго жакын аймактагы көпчүлүк өсүмдүктөр абдан тез өсөт жана ошол эле учурда алардын өсүшүнүн көлөмү салыштырмалуу чоң. Бирок күндүн нурлануусунун жогорку интенсивдүүлүгү дайыма эле жакшы боло бербейт жана жаныбарлар менен өсүмдүктөрдүн өсүшү үчүн белгилүү бир деңгээлде тандоочулук бар.

1-сүрөт. Күн спектринин жана анын көрүнгөн жарык спектринин мүнөздөмөлөрү

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

2-сүрөт, Өсүмдүктөрдүн өсүшүндөгү бир нече ауксиндердин абсорбциялык спектрлери

2-сүрөттөн көрүнүп тургандай, өсүмдүктөрдүн өсүшүнө таасир этүүчү бир нече негизги ауксиндердин жарыкты жутуу спектрлери бир топ айырмаланат. Ошондуктан, өсүмдүктөрдүн өсүшүнө LED чырактарын колдонуу жөнөкөй маселе эмес, бирок абдан максаттуу. Бул жерде фотосинтетикалык өсүмдүктөрдүн өсүү элементтеринин эң маанилүү эки түшүнүктөрүн киргизүү зарыл.

• Хлорофилл

Хлорофилл фотосинтезге байланыштуу эң маанилүү пигменттердин бири. Ал фотосинтезди жарата алган бардык организмдерде, анын ичинде жашыл өсүмдүктөрдө, прокариоттук көк-жашыл балырларда (цианобактерияларда) жана эукариоттук балырларда кездешет. Хлорофилл жарыктан энергияны сиңирип алат, андан кийин ал көмүр кычкыл газын углеводдорго айландыруу үчүн колдонулат.

Хлорофилл а негизинен кызыл жарыкты сиңирип алат, ал эми хлорофилл b негизинен көк-кызгылт көк жарыкты сиңирип алат, бул негизинен көлөкө өсүмдүктөрүн күн өсүмдүктөрүнөн айырмалоо үчүн. Көлөкө өсүмдүктөрүндөгү хлорофилл b менен хлорофилл a катышы аз, ошондуктан көлөкө өсүмдүктөрү көк жарыкты күчтүү колдонуп, көлөкөдө өсүүгө ыңгайлаша алышат. Хлорофилл a көк-жашыл, ал эми хлорофилл b сары-жашыл. Хлорофилл a менен хлорофилл b эки күчтүү сиңирүү жолуна ээ, бири кызыл аймакта, толкун узундугу 630-680 нм, экинчиси көк-кызгылт көк аймакта, толкун узундугу 400-460 нм.

• Каротиноиддер

Каротиноиддер – бул жаныбарлардын, жогорку өсүмдүктөрдүн, козу карындардын жана балырлардын сары, кызгылт сары-кызыл же кызыл пигменттеринде көп кездешүүчү маанилүү табигый пигменттердин классынын жалпы аталышы. Ушул убакка чейин 600дөн ашык табигый каротиноиддер ачылган.

Каротиноиддердин жарыкты сиңирүүсү OD303~505 нм диапазонун камтыйт, ал тамак-аштын түсүн берет жана организмдин тамак-ашты кабыл алуусуна таасир этет. Балырларда, өсүмдүктөрдө жана микроорганизмдерде анын түсү хлорофилл менен капталып, пайда боло албайт. Өсүмдүк клеткаларында өндүрүлгөн каротиноиддер фотосинтезге жардам берүү үчүн энергияны сиңирип жана өткөрүп гана тим болбостон, клеткаларды дүүлүккөн бир электрондук байланыш кычкылтек молекулалары тарабынан жок кылынуудан коргоо функциясын да аткарат.

Айрым түшүнүктөрдүн туура эмес түшүнүлүшү

Энергияны үнөмдөөчү эффектке, жарыктын тандалмалуулугуна жана жарыктын координациясына карабастан, жарым өткөргүч жарыктандыруу чоң артыкчылыктарды көрсөттү. Бирок, акыркы эки жылдагы тез өнүгүшүнөн улам, биз жарыкты долбоорлоодо жана колдонууда көптөгөн түшүнбөстүктөргө күбө болдук, алар негизинен төмөнкү аспектилерде чагылдырылган.

①Белгилүү бир толкун узундугундагы кызыл жана көк түстөр белгилүү бир катышта бириктирилген учурда, аларды өсүмдүк өстүрүүдө колдонсо болот, мисалы, кызыл менен көктүн катышы 4:1, 6:1, 9:1 ж.б.

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

③Жарыктандыруунун маанилүү параметри болгон PPFD (жарыктын кванттык агымынын тыгыздыгы) белгилүү бир индекске жеткенде, мисалы, PPFD 200 мкмоль·м-2·с-1ден жогору болот. Бирок, бул индикаторду колдонууда, анын көлөкө өсүмдүкпү же күн өсүмдүкпү экенине көңүл буруу керек. Бул өсүмдүктөрдүн жарыктын компенсациялык каныгуу чекитин сурашыңыз же табышыңыз керек, ал ошондой эле жарыктын компенсациялык чекити деп аталат. Чыныгы колдонмолордо көчөттөр көп учурда күйүп кетет же куурап калат. Ошондуктан, бул параметрдин дизайны өсүмдүктүн түрүнө, өсүү чөйрөсүнө жана шарттарына ылайык иштелип чыгышы керек.

Биринчи аспектке келсек, кириш сөздө айтылгандай, өсүмдүктөрдүн өсүшү үчүн талап кылынган спектр белгилүү бир бөлүштүрүү кеңдиги менен үзгүлтүксүз спектр болушу керек. Албетте, өтө тар спектрдеги кызыл жана көк түстөгү эки толкун узундугунун чиптеринен жасалган жарык булагын колдонуу туура эмес (3(а)-сүрөттө көрсөтүлгөндөй). Эксперименттерде өсүмдүктөр саргыч түскө жакын экени, жалбырак сабактары өтө ачык жана жалбырак сабактары өтө ичке экени аныкталган.

Мурунку жылдары кеңири колдонулган үч негизги түстүү флуоресценттик лампалар үчүн ак түс синтезделгени менен, кызыл, жашыл жана көк спектрлер бөлүнөт (3(b)-сүрөттө көрсөтүлгөндөй) жана спектрдин туурасы өтө тар. Кийинки үзгүлтүксүз бөлүктүн спектрдик интенсивдүүлүгү салыштырмалуу алсыз жана кубаттуулугу дагы эле LED лампаларына салыштырмалуу чоң, энергия керектөөдөн 1,5тен 3 эсеге чейин. Ошондуктан, колдонуу эффектиси LED лампалары сыяктуу жакшы эмес.

3-сүрөт, Кызыл жана көк чиптүү LED өсүмдүк жарыгы жана үч негизги түстүү флуоресценттик жарык спектри

PPFD – бул жарыктын кванттык агымынын тыгыздыгы, ал фотосинтездеги жарыктын эффективдүү нурлануусунун жарык агымынын тыгыздыгын билдирет, ал бирдик убакыт жана бирдик аянт үчүн 400дөн 700 нмге чейинки толкун узундугу диапазонунда өсүмдүктүн жалбырактарынын сабактарына түшкөн жарык кванттарынын жалпы санын билдирет. Анын бирдиги μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). Фотосинтетикалык активдүү нурлануу (PAR) 400дөн 700 нмге чейинки толкун узундугу бар жалпы күн радиациясын билдирет. Аны жарык кванттары же нур энергиясы менен көрсөтсө болот.

Мурда иллюминометр чагылдырган жарыктын интенсивдүүлүгү жарыктык болгон, бирок өсүмдүктүн өсүү спектри жарык берүүчү түзүлүштүн өсүмдүктөн бийиктигине, жарыктын камтуусуна жана жарыктын жалбырактар ​​аркылуу өтө алабы же жокпу, ошого жараша өзгөрөт. Ошондуктан, фотосинтезди изилдөөдө жарыктын интенсивдүүлүгүнүн индикатору катары парды колдонуу туура эмес.

Адатта, фотосинтез механизми күндү сүйгөн өсүмдүктүн PPFDси 50 мкмоль·м-2·с-1ден чоң болгондо башталышы мүмкүн, ал эми көлөкөлүү өсүмдүктүн PPFDсине 20 мкмоль·м-2·с-1 гана керек. Ошондуктан, LED өстүрүүчү чырактарды сатып алууда, сиз бул шилтеме маанисине жана отургузган өсүмдүктөрдүн түрүнө жараша LED өстүрүүчү чырактардын санын тандай аласыз. Мисалы, эгерде бир LED чырактын PPFDси 20 мкмоль·м-2·с-1 болсо, күндү сүйгөн өсүмдүктөрдү өстүрүү үчүн 3төн ашык LED лампочка талап кылынат.

Жарым өткөргүчтүү жарыктандыруунун бир нече дизайн чечимдери

Жарым өткөргүчтүү жарыктандыруу өсүмдүктөрдүн өсүшү же отургузулушу үчүн колдонулат жана эки негизги шилтеме ыкмасы бар.

• Учурда Кытайда үйдүн ичинде отургузуу модели абдан популярдуу. Бул моделдин бир нече өзгөчөлүктөрү бар:

①Светодиоддук чырактардын ролу өсүмдүктөрдү жарыктандыруунун толук спектрин камсыз кылуу болуп саналат, ал эми жарыктандыруу системасы бардык жарык энергиясын камсыз кылуу үчүн талап кылынат жана өндүрүш наркы салыштырмалуу жогору;
② LED өстүрүүчү чырактардын дизайны спектрдин үзгүлтүксүздүгүн жана бүтүндүгүн эске алышы керек;
③Жарыктандыруу убактысын жана жарыктын интенсивдүүлүгүн натыйжалуу көзөмөлдөө зарыл, мисалы, өсүмдүктөрдү бир нече саат эс алдыруу, нурлануунун интенсивдүүлүгү жетишсиз же өтө күчтүү болсо ж.б.;
④Бүт процесс өсүмдүктөрдүн сырттагы оптималдуу өсүү чөйрөсү талап кылган шарттарды, мисалы, нымдуулукту, температураны жана CO2 концентрациясын туурашы керек.

• Сыртта отургузуу режими, жакшы ачык күнөскана отургузуу пайдубалы менен. Бул моделдин мүнөздөмөлөрү:

①Светодиоддук чырактардын ролу жарыкты толуктоо болуп саналат. Биринчиси, өсүмдүктөрдүн фотосинтезин стимулдаштыруу үчүн күндүзгү нурдун астында көк жана кызыл аймактардагы жарыктын интенсивдүүлүгүн жогорулатуу, экинчиси, өсүмдүктөрдүн өсүү ылдамдыгын жогорулатуу үчүн түнкүсүн күн нуру жок болгондо компенсациялоо.
②Кошумча жарык өсүмдүктүн кайсы өсүү этабында экенин, мисалы, көчөт мезгилин же гүлдөө жана мөмө берүү мезгилин эске алышы керек.

Ошондуктан, LED өсүмдүктөрдү өстүрүүчү чырактардын дизайны алгач эки негизги дизайн режимине ээ болушу керек, атап айтканда, 24 сааттык жарыктандыруу (үй ичинде) жана өсүмдүктөрдүн өсүшүн кошумча жарыктандыруу (сырткы). Үй ичинде өсүмдүктөрдү өстүрүү үчүн LED өсүмдүктөрдү өстүрүүчү чырактардын дизайны 4-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, үч аспектини эске алышы керек. Чиптерди белгилүү бир пропорцияда үч негизги түс менен таңгактоо мүмкүн эмес.

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

Мисалы, питомник баскычындагы спектр үчүн, анын тамырлардын жана сабактардын өсүшүн күчөтүү, жалбырактардын бутактанышын күчөтүү керек экенин жана жарык булагы имараттын ичинде колдонуларын эске алганда, спектрди 5-сүрөттө көрсөтүлгөндөй долбоорлоого болот.

5-сүрөт, Светодиоддуу питомниктин ичиндеги мезгилине ылайыктуу спектрдик түзүлүштөр

Экинчи типтеги LED өстүрүүчү чырактын дизайны үчүн, ал негизинен сырткы күнөскананын түбүнө отургузууну жайылтуу үчүн кошумча жарык берүүнүн дизайн чечимине багытталган. Дизайн идеясы 6-сүрөттө көрсөтүлгөн.

6-сүрөт, Сырткы өстүрүү үчүн жарык берүүчү чырактардын дизайн идеялары 

Автор өсүмдүктөрдүн өсүшүн стимулдаштыруу үчүн LED чырактарын колдонуунун экинчи вариантын көбүрөөк отургузуучу компаниялар колдоноорун сунуштайт.

Биринчиден, Кытайдын ачык асман алдындагы күнөскана өстүрүү боюнча ондогон жылдар бою көп сандаган тажрыйбасы жана түштүктө да, түндүктө да кеңири тажрыйбасы бар. Ал күнөскана өстүрүү технологиясынын жакшы негизине ээ жана айланасындагы шаарлар үчүн рынокто көп сандаган жаңы мөмө-жемиштерди жана жашылчаларды камсыз кылат. Айрыкча топурак, суу жана жер семирткичтерди отургузуу жаатында бай изилдөө жыйынтыктары жасалды.

Экинчиден, мындай кошумча жарык чечими энергиянын керексиз сарпталышын бир топ азайтып, ошол эле учурда мөмө-жемиштердин түшүмүн натыйжалуу түрдө жогорулата алат. Мындан тышкары, Кытайдын кеңири географиялык аймагы жарнамалоо үчүн абдан ыңгайлуу.

LED өсүмдүктөрдү жарыктандыруу боюнча илимий изилдөө катары, ал ошондой эле кеңири эксперименталдык базаны камсыз кылат. 7-сүрөт - бул изилдөө тобу тарабынан иштелип чыккан, күнөсканаларда өстүрүүгө ылайыктуу LED өстүрүүчү чырактын бир түрү жана анын спектри 8-сүрөттө көрсөтүлгөн.

7-сүрөт, LED өстүрүүчү чырактын бир түрү

8-сүрөт, бир түрдүү LED өстүрүүчү жарыктын спектри

Жогорудагы долбоордук идеяларга ылайык, изилдөө тобу бир катар эксперименттерди жүргүзүштү жана эксперименталдык жыйынтыктар абдан маанилүү. Мисалы, питомник учурунда өстүрүү жарыгы үчүн колдонулган баштапкы лампа - кубаттуулугу 32 Вт жана питомниктин иштөө цикли 40 күн болгон люминесценттик лампа. Биз көчөттөрдүн өсүү циклин 30 күнгө чейин кыскарткан, көчөт цехиндеги лампалардын температурасынын таасирин натыйжалуу азайткан жана кондиционердин энергия керектөөсүн үнөмдөгөн 12 Вт LED жарыгын беребиз. Көчөттөрдүн калыңдыгы, узундугу жана түсү баштапкы көчөттөрдү өстүрүү эритмесине караганда жакшыраак. Кадимки жашылчалардын көчөттөрү үчүн да жакшы текшерүү тыянактары алынган, алар төмөнкү таблицада кыскача келтирилген.

Алардын арасында кошумча жарык тобу PPFD: 70-80 мкмоль·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 кызылдын көккө катышы 0,6~1,2 болгон. Жогорудагы көрсөткүчтөр табигый жол менен өстүрүлгөн көчөттөрдүкүнө караганда жакшыраак экенин көрүүгө болот.

Жыйынтык

Бул макалада өсүмдүктөрдү өстүрүүдө LED өстүрүүчү чырактарды колдонуудагы акыркы жетишкендиктер тааныштырылат жана өсүмдүктөрдү өстүрүүдө LED өстүрүүчү чырактарды колдонуудагы айрым түшүнбөстүктөр белгиленет. Акырында, өсүмдүктөрдү өстүрүү үчүн колдонулган LED өстүрүүчү чырактарды иштеп чыгуунун техникалык идеялары жана схемалары тааныштырылат. Жарыкты орнотууда жана колдонууда эске алынышы керек болгон кээ бир факторлор бар экенин белгилей кетүү керек, мисалы, жарык менен өсүмдүктүн ортосундагы аралык, чырактын нурлануу диапазону жана жарыкты кадимки суу, жер семирткич жана топурак менен кантип колдонуу керек.

Author: Yi Wang et al. Булак: CNKI