1. Регулирование качества освещения: нарушение правил освещения растений
Растения довольно требовательны к использованию света. Растения могут поглощать видимый свет только в диапазоне 400–700 нм (что составляет около 43–52,5% солнечной радиации) для фотосинтеза. Основными пиками поглощения являются красный свет (610–720 нм) и синий свет (400–510 нм). Светодиодные светильники для растений используют фотоэлектрические возможности полупроводниковых материалов, чтобы излучать свет только одного цвета за раз. Они также могут осуществлять точное управление спектром путем объединения микросхем.
Красный свет с длиной волны 660 нм может активировать светочувствительные пигменты растений, что помогает растениям вырабатывать больше хлорофилла и хранить больше углеводов. Когда количество красного света в растениях томата достигает 60%, содержание растворимого сахара в плодах увеличивается на 18%, а содержание витамина С — на 25%. Исследование, проведенное в Нанкинском сельскохозяйственном университете, показало, что сегменты стеблей хризантем укореняются в 100% случаев при воздействии красного света, что на 40% больше корней, чем при воздействии естественного света.
Правила для синего света: синий свет с длиной волны 450 нм наиболее важен для производства хлорофилла и выращивания стеблей и листьев. В условиях с 30% синего света листья салата содержали на 22% больше хлорофилла, а его стебли были на 15% толще. Синий свет также может остановить слишком сильный рост растений, сделать их более компактными и помочь им лучше использовать пространство.
Дальний красный свет с длиной волны 730 нм работает с растительным фотосенсибилизатором B (PhyB), модулируя удлинение клеток и время цветения. Добавление 10% дальнего красного света к растениям клубники позволяет сделать междоузлия стелющихся стеблей на 20% короче и ускорить созревание плодов на 5 дней.
Моделирование полного-спектра. Высококлассные-светодиодные системы могут копировать солнечный спектр, который включает ультрафиолетовый свет (380–400 нм) и инфракрасный свет (700–1000 нм). Растения могут производить больше вторичных метаболитов, включая ликопин и антоцианы, когда они подвергаются воздействию ультрафиолета. Инфракрасный свет помогает растениям дышать и поддерживать нужную температуру.
2. Контроль интенсивности света и фотопериода: обеспечение точного удовлетворения потребностей в развитии
В фотосинтезе растений существуют точки светокомпенсации (где скорость фотосинтеза равна скорости дыхания) и точки светового насыщения (где скорость фотосинтеза не увеличивается с увеличением количества света). В светодиодной системе используется технология интеллектуального затемнения, которая автоматически адаптируется к потребностям растений на разных стадиях роста.
На стадии рассады используйте смесь 40% синего света и 50% красного света, чтобы помочь корням расти и расширяться листьям. На ферме Юньтай в Ляньюньгане, в интеллектуальном помещении для выращивания фаленопсисов, дополнительное светодиодное освещение сокращает время укоренения саженцев, выращенных в ткани, на 7 дней и увеличивает количество высококачественных саженцев,-на 30 %.
В период питательного роста увеличьте количество красного света (60–70%), чтобы ускорить фотосинтез в листьях. Эта спектральная формула сокращает цикл роста салата на фабрике с 60 до 45 дней и повышает урожайность с единицы площади на 40%.
Период репродуктивного роста: Чтобы растения зацвели, измените соотношение красного и дальнего красного света (5:1). Чтобы они не разрастались слишком сильно, добавьте синий свет. Это предложение повышает содержание сахара в клубнике на 15% и сдвигает рынок на 10 дней вперед.
Регулирование фотоцикла: используйте таймер, чтобы время цветения растений соответствовало циркадному циклу. В условиях 12 часов света и 12 часов темноты растения короткого дня, такие как хризантемы, зацветают на 20 дней раньше, чем в их родной среде.
3. Интеллектуальная система управления: создание освещенной среды с замкнутым-циклом.
В новой светодиодной системе освещения растений используются датчики Интернета вещей, алгоритмы искусственного интеллекта и исполнительные механизмы для регулирования световой среды в замкнутом контуре.
Уровень восприятия окружающей среды. Используйте датчики квантов света (для измерения PPFD), анализаторы спектра и оборудование для мониторинга фенотипа растений, чтобы получать в-данные в режиме реального времени об интенсивности света, спектральном распределении и факторах роста растений.
Уровень принятия решений: алгоритмы искусственного интеллекта изменяют спектральные формулы и продолжительность света в реальном времени на основе моделей роста растений. Например, если концентрация хлорофилла в листьях томата падает, система автоматически увеличивает количество красного света и сохраняет свет включенным дольше.
Исполнительный уровень: использование модуля светодиодного драйвера с регулируемой яркостью для плавного регулирования яркости от 0% до 100%. В многоуровневой системе выращивания-вы можете регулировать освещение каждого слоя отдельно, чтобы свет был равномерным.
Команда, отвечающая за управление энергопотреблением: совместное использование фотоэлектрических устройств для генерации энергии и хранения энергии для максимально эффективного использования энергии. В зоне современного сельскохозяйственного развития Шанхая Суньцяо используется интегрированная технология хранения света, которая сокращает потребление энергии светодиодной системой на 30% и выбросы углекислого газа на 45%.
4. Технологический прорыв: от лаборатории к заводу
Светодиодные светильники для растений с течением времени менялись тремя способами:
Первое поколение (2000–2010 гг.) В основном состояло из красных и синих светодиодов, которые работали только в одном цвете. Они имели светоотдачу около 50 лм/Вт и не очень хорошо соответствовали спектру. В основном они использовались для научно-исследовательской деятельности.
Второе поколение (2010–2020 гг.). Создан комбинированный светодиод с несколькими-длинами волн и повышенной светоотдачей (150 лм/Вт), включен в него интеллектуальная функция затемнения и он начал широко использоваться в тепличном производстве.
Третье поколение (с 2020 г. по настоящее время): светоотдача превысила 250 лм/Вт благодаря светодиодам с квантовыми точками и перовскитным материалам, которые обеспечивают полный динамический контроль спектра. Нанкинский сельскохозяйственный университет разработал светодиодную лампу для культуры тканей, которая работает 50 000 часов, потребляет на 69,7% меньше электроэнергии, чем люминесцентные лампы, и окупается за 1,5 года.
5. Пример применения: улучшение сельскохозяйственного производства.
На ферме Ляньюньган Юньтай используются светодиодные светильники для растений в 10-слойной трехмерной стойке для выращивания. Благодаря этому плотность посадки фаленопсисов в три раза выше, урожайность с единицы площади в десять раз выше, чем в стандартных теплицах, а расход воды на 90% ниже.
В теплице Сяотаншань в Пекине установлена двухрежимная система дополнительного освещения top+inter Plant, которая включается автоматически, когда интенсивность света падает ниже 200 мкмоль/м²/с. Это сокращает цикл роста зеленых овощей на 15 дней и соответствует критериям качества Европейского Союза.
Первый в мире демонстрационный проект Plant Factory 5.0 был построен в Вагенингенском университете в Нидерландах. Он использует регулирование окружающей среды светодиодным освещением для выращивания 100 килограммов помидоров на квадратный метр в год и использует 92% энергии света на поверхности Земли.
