一, Биологическое воздействие световой среды на рост растений
Фундаментальный механизм фотосинтеза растений зависит от совокупного влияния качества света, интенсивности света и фотопериода. Хлорофилл лучше всего поглощает синий свет в диапазоне от 400 до 500 нм, а красный свет лучше всего в диапазоне от 600 до 700 нм. Синий свет помогает открывать устьица и вырабатывать хлорофилл, тогда как красный свет более важен для светового морфогенеза и цветения. Экспериментальные данные показывают, что использование светодиодных ламп с соотношением 3:1 красного света 660 нм к синему свету 450 нм может увеличить биомассу гидропонного салата на 37% и повысить содержание витамина С на 22%.
Растения начинают свои физиологические циклы, ощущая смену дня и ночи. Так они контролируют свой фотопериод. Для роста цветочных почек растениям короткого-дневного дня, таким как хризантемы, требуется 12 часов полной темноты. Растениям с длинным-дневным днем, таким как герань, требуется более 14 часов света. Интеллектуальная светодиодная система использует датчики IoT для автоматического изменения светового цикла, сохраняя погрешность времени цветения комнатных растений в пределах ± 2 дней.
2. Анализ основных технических характеристик светодиодной лампы для выращивания растений.
1. Использование спектральной инженерии
В современных светодиодных лампах для выращивания используется много-комбинированная технология, позволяющая охватить весь спектр. Например, серия Orphek PR72 имеет чипы красного света 12 660 нм, чипы синего света 8 450 нм и 4 чипа белого света (цветовая температура 6500K), которые составляют фотосинтетический спектр, охватывающий 400-700 нм. Испытания показали, что эта смесь цветов может заставить растения класса Мос расти в 2,5 раза быстрее на глубокой воде и снизить вероятность цветения водорослей на 67%.
2. Найдите правильный баланс между яркостью света и глубиной его проникновения.
На глубине 50 см коэффициент затухания значения PAR стандартного белого светодиода составляет 82%. Однако профессиональный аквариумный светодиод может повысить значение PAR на ватт до 2,1 мкмоль/Дж с использованием технологии оптических линз. Например, в аквариуме размером 120 × 50 × 50 см можно использовать две светодиодные лампы полного спектра мощностью 80 Вт, чтобы получить значение нижнего PAR 160 мкмоль/м²/с, что достаточно для глубоководных-растений для фотосинтеза.
3. Управление использованием тепла и энергии
То, как светодиод отводит тепло, напрямую влияет на продолжительность свечения. Orphek PR72 имеет систему двойной циркуляции, в которой используется алюминиевое ребро и жидкостное охлаждение, чтобы поддерживать температуру перехода чипа ниже 65 градусов и снижать скорость деградации света с 15% в год до 3%. Такой подход продлевает срок службы светодиодов с 30 000 до 80 000 часов и сокращает расходы на техническое обслуживание на 72%.
3. Как использовать светодиодную лампу для выращивания растений с научной точки зрения
1. Технология изменения фотопериода
Основные настройки: Таймер может автоматически регулировать количество света, необходимое большинству растений, которое составляет от 12 до 16 часов в день. Например, использование 16-часового цикла света и 8-часовой темноты на стадии рассады томатов может сэкономить время, необходимое для роста рассады, на 25%.
Динамическое регулирование: когда растения растут и готовятся к размножению, повышение интенсивности света в полдень до 200 мкмоль/м²/с и переключение на дальний красный свет (730 нм) при 50 мкмоль/м²/с вечером помогает вырабатывать антоцианы.
В этом случае суккулентным растениям необходимо сократить время покоя до 8 часов света каждый день, чтобы они не разрастались слишком сильно. Растения, следящие за листьями, могут поддерживать 14 часов света, чтобы листья выглядели лучше.
2. Регулировка расстояния и яркости света.
Общее правило заключается в том, что светодиодный светильник должен располагаться на расстоянии от 30 до 60 см от кроны растения. Точное расстояние должно быть изменено в зависимости от мощности. Светодиод мощностью 100 Вт может достигать значения PPFD 300 мкмоль/м²/с на высоте 50 см, чего достаточно для большинства растений.
Многоуровневое освещение. В многоярусных стойках для растений светильники сверху располагаются на расстоянии 40 см от растений, светильники в центре — на расстоянии 60 см, а светильники внизу — на расстоянии 80 см. Это гарантирует, что освещение будет даже более 90% времени.
Динамическая регулировка: перемещайте лампу вверх или вниз на 1–2 см каждую неделю по мере роста растения, чтобы листья не обжигались. Эксперименты показали, что постоянное нахождение лампы на расстоянии 50 см от листьев салата может ускорить их рост на 18%.
3. План спектральной адаптации
Для листовых культур синий свет составляет 40% спектра на стадии рассады, помогая корням расти. Чтобы сделать листья толще, измените период роста питательных веществ на 30% красного света, 25% синего света и 45% белого света.
Тип цветка: на стадии дифференциации цветочных почек увеличение количества красного света до 50% и количества углекислого газа до 10 мкмоль/моль может заставить хризантемы зацвести на 7 дней раньше.
Фрукты и овощи: на стадии плодоношения используется соотношение красного света 660 нм и дальнего красного света 730 нм 1:1, чтобы помочь фруктам сохранить больше сахара. Благодаря этому в клубнике на 15% больше растворимых сухих веществ.
4. Стратегия совместной работы по регулированию окружающей среды
1. Следим за температурой и влажностью
При включении светодиодного освещения температура в помещении повысится на 2–5 градусов Цельсия. Чтобы помещение было комфортным, освещение должно работать с системой вентиляции. Например, для цветения тропическим растениям необходима температура от 25 до 30 градусов по Цельсию и влажность от 60 до 80 процентов, тогда как суккулентным растениям необходима температура от 15 до 25 градусов по Цельсию и влажность от 40 до 60 процентов.
2. Планируйте добавление питательных веществ
Система для гидропоники. Вы можете ускорить рост салата, добавляя 0,5 г/л азотно-фосфорно-калийного удобрения каждую неделю и используя светодиодное освещение.
Обработка почвы. Использование медленнодействующих удобрений-раз в месяц и светодиодных фонарей с синим светом-может сделать стебли зеленого плюща на 30 % толще.
3. Остановка и борьба с вредителями и болезнями.
Светодиодные фонари могут остановить рост инфекций. Исследование показывает, что использование синего света с длиной волны 450 нм в течение 8 часов может снизить заболеваемость мучнистой росой на 54%. При использовании систем вентиляции количество тли можно одновременно поддерживать на уровне ниже 3%.
5. Анализ тематического исследования в отрасли.
1. Решение для бизнес-аквариума
Шанхайский аквариум имеет многоуровневую систему освещения. В верхнем слое используются светодиодные лампы мощностью 200 Вт (PPFD 350 мкмоль/м²/с), способствующие росту плавающих растений. Средний уровень использует светодиодные лампы мощностью 100 Вт (PPFD 200 мкмоль/м²/с) для удовлетворения потребностей погружённых растений. Нижний слой использует световодную пластину для передачи световой энергии на глубину до 1,5 метров. Эта стратегия повышает степень покрытия завода выставочным резервуаром с 65% до 92% и сокращает ежегодные расходы на техническое обслуживание на 40%.
2. Практика семейного вертикального фермерства
Семья из Шэньчжэня использует модульные светодиодные стойки для растений и мобильное приложение для настройки спектра и фотопериода. На площади 3 квадратных метра вы можете выращивать 2 кг листовых овощей каждую неделю, что в восемь раз больше, чем при традиционной посадке.
3. Примеры применения на исследовательском уровне
Институт ботаники Китайской академии наук успешно вырастил альпийский рододендрон внутри помещения с помощью светодиодной системы с регулируемым спектром. Это приблизило дату цветения к Празднику Весны и повысило рыночную стоимость растения на 300%.
