Муқаддима

Нур дар раванди нашъунамои растанӣ нақши асосиро мебозад.Ин беҳтарин нуриҳо барои мусоидат ба азхудкунии хлорофили растанӣ ва азхудкунии сифатҳои гуногуни афзоиши растанӣ ба монанди каротин мебошад.Аммо омили ҳалкунандае, ки нашъунамои растаниҳоро муайян мекунад, омили ҳамаҷониба аст, ки на танҳо ба рӯшноӣ алоқаманд аст, балки аз конфигуратсияи об, хок ва нуриҳои минералӣ, шароити муҳити афзоиш ва назорати ҳамаҷонибаи техникӣ ҷудонашаванда аст.

Дар ду-се соли охир, гузоришҳои беохир дар бораи истифодаи технологияи рӯшноии нимноқилҳо дар бораи корхонаҳои сеченака ё афзоиши растаниҳо мавҷуданд.Аммо баъди бодиққат хондани он ҳамеша эҳсоси нороҳатӣ вуҷуд дорад.Умуман, дарки воқеии он вуҷуд надорад, ки нур дар афзоиши растаниҳо чӣ нақш мебозад.

Аввалан, биёед спектри офтобро, ки дар расми 1 нишон дода шудааст, фаҳмем. Мумкин аст, ки спектри офтобӣ спектри муттасил аст, ки дар он спектри кабуд ва сабз нисбат ба спектри сурх қавитар аст ва спектри нури намоён аз 380 то 780 нм.Афзоиши организмҳо дар табиат ба шиддатнокии спектр вобаста аст.Масалан, аксар растанихои минтакаи назди экватор хеле тез месабзанд ва дар айни замон хачми нашъунамои онхо нисбатан калон аст.Аммо шиддатнокии баланди радиатсияи офтоб на ҳамеша беҳтар аст ва барои афзоиши ҳайвонот ва растаниҳо дараҷаи муайяни интихоб вуҷуд дорад.

Расми 1, Хусусиятҳои спектри офтобӣ ва спектри нури намоёни он

Сониян, диаграммаи дуюми спектри якчанд унсурҳои асосии азхудкунии нашъунамои растанӣ дар расми 2 нишон дода шудааст.

Расми 2, Спектрҳои азхудкунии якчанд ауксинҳо дар афзоиши растанӣ

Аз расми 2 дида мешавад, ки спектрҳои азхудкунии нури якчанд ауксинҳои асосӣ, ки ба афзоиши растанӣ таъсир мерасонанд, хеле фарқ мекунанд.Аз ин рӯ, истифодаи чароғҳои афзоиши растаниҳои LED кори оддӣ нест, балки хеле мақсаднок аст.Дар ин ҷо бояд мафҳумҳои ду унсури муҳимтарини афзоиши растаниҳои фотосинтетикиро ҷорӣ кунем.

• Хлорофилл

Хлорофилл яке аз муҳимтарин пигментҳои марбут ба фотосинтез мебошад.Он дар ҳама организмҳое мавҷуд аст, ки метавонанд фотосинтезро эҷод кунанд, аз ҷумла растаниҳои сабз, алафҳои кабуд-сабзи прокариотӣ (цианобактерияҳо) ва алгҳои эукариотӣ.Хлорофилл энергияро аз рӯшноӣ ҷаббида мекунад ва баъдан он барои табдил додани гази карбон ба карбогидратҳо истифода мешавад.

Хлорофилл а асосан нури сурхро, ва хлорофилл б асосан нури кабуду бунафшро, асосан барои фарк кардани растанихои сояафкан аз растаниҳои офтобӣ бирӯяд.Таносуби хлорофилл b ба хлорофилл а аз растаниҳои сояафкан хурд аст, аз ин рӯ растаниҳои сояафкан метавонанд нури кабудро сахт истифода баранд ва ба парвариши дар соя мутобиқ шаванд.Хлорофилл а кабуд-сабз ва хлорофилл б зарду сабз аст.Ду азхудкунии пурқуввати хлорофилл а ва хлорофилл b мавҷуд аст, ки яке дар минтақаи сурх бо дарозии мавҷи 630-680 нм ва дигаре дар минтақаи кабуд-бунафш бо дарозии мавҷ 400-460 нм аст.

• Каротиноидҳо

Каротиноидҳо истилоҳи умумии як синфи пигментҳои муҳими табиӣ мебошанд, ки одатан дар пигментҳои зард, норанҷӣ-сурх ё сурх дар ҳайвонот, растаниҳои баландтар, занбӯруғҳо ва алгҳо мавҷуданд.То хол зиёда аз 600 каротиноиди табий кашф карда шудааст.

Ҷабби нури каротиноидҳо диапазони OD303~505 нмро дар бар мегирад, ки ранги ғизоро таъмин мекунад ва ба истеъмоли ғизо ба организм таъсир мерасонад.Дар алафхо, растанихо ва микроорганизмхо ранги он бо хлорофилл фаро гирифта шуда, пайдо шуда наметавонад.Дар ҳуҷайраҳои растанӣ каротиноидҳо тавлид мешаванд, ки на танҳо энергияро азхуд мекунанд ва интиқол медиҳанд, то ба фотосинтез кӯмак расонанд, балки инчунин вазифаи муҳофизати ҳуҷайраҳоро аз нобуд шудани молекулаҳои оксигени як-электронӣ доранд.

Баъзе нофаҳмиҳои консептуалӣ

Сарфи назар аз таъсири сарфаи энергия, интихоби нур ва ҳамоҳангсозии рӯшноӣ, равшании нимноқил афзалиятҳои калон нишон дод.Аммо аз рушди босуръати ду соли охир мо дар тарҳрезӣ ва истифодаи нур низ нофаҳмиҳои зиёдеро мушоҳида кардем, ки асосан дар паҳлӯҳои зерин инъикос меёбанд.

①То он даме, ки микросхемаҳои сурх ва кабуди дарозии мавҷи муайян дар таносуби муайян муттаҳид карда мешаванд, онҳо метавонанд дар парвариши растанӣ истифода шаванд, масалан, таносуби сурх ба кабуд 4:1, 6:1, 9:1 ва ғайра. дар.

②То он даме, ки он нури сафед аст, он метавонад нури офтобро иваз кунад, ба монанди найчаи нури сафеди се-асосии дар Ҷопон васеъ истифодашаванда ва ғайра. Истифодаи ин спектрҳо ба афзоиши растаниҳо таъсири муайян дорад, аммо таъсири он аст. он қадар хуб нест, ки манбаи нури аз ҷониби LED сохташуда.

③То он даме, ки PPFD (зичии квантии рӯшноӣ), як параметри муҳими рӯшноӣ, ба як шохиси муайян мерасад, масалан, PPFD аз 200 мкмоль·м-2·с-1 зиёд аст.Аммо, ҳангоми истифодаи ин нишондиҳанда, шумо бояд ба он диққат диҳед, ки он растании сояафкан ё офтобӣ аст.Шумо бояд нуқтаи сершавии ҷуброни нури ин растаниҳоро пурсед ё пайдо кунед, ки онро нуқтаи ҷуброни рӯшноӣ низ меноманд.Дар татбиқи воқеӣ, ниҳолҳо аксар вақт сӯхта ё пажмурда мешаванд.Аз ин рӯ, тарҳи ин параметр бояд аз рӯи намудҳои растанӣ, муҳити афзоиш ва шароит тарҳрезӣ карда шавад.

Дар робита ба ҷанбаи аввал, ки дар муқаддима оварда шудааст, спектре, ки барои афзоиши растанӣ зарур аст, бояд спектри доимӣ бо паҳнои муайяни тақсимот бошад.Истифодаи манбаи нур аз ду микросхемаҳои мушаххаси дарозии мавҷҳои сурх ва кабуд бо спектри хеле танг (чунон ки дар расми 3(а) нишон дода шудааст) номувофиқ аст.Дар тачриба маълум гардид, ки растанихо зард-ранг буда, баргхо хеле сабук ва баргхо хеле тунук мебошанд.

Барои найҳои флуоресцентӣ бо се ранги асосӣ, ки дар солҳои пеш маъмулан истифода мешуданд, гарчанде ки сафед синтез карда мешавад, спектрҳои сурх, сабз ва кабуд ҷудо карда мешаванд (чунон ки дар расми 3(б) нишон дода шудааст) ва паҳнои спектр хеле танг аст.Шиддати спектри қисми пайвастаи зерин нисбатан заиф аст ва қувваи он дар муқоиса бо LEDs нисбатан калон аст, 1,5 то 3 маротиба аз истеъмоли энергия.Аз ин рӯ, таъсири истифода аз чароғҳои LED хуб нест.

Тасвири 3, Чипи сурх ва кабуд нури растании LED ва спектри нури флуорессенти се-асосии ранга

PPFD зичии квантии рӯшноӣ мебошад, ки ба зичии самараноки ҷараёни нури радиатсионӣ дар фотосинтез дахл дорад, ки шумораи умумии квантҳои рӯшноиро дар пояҳои барги растанӣ дар диапазони дарозии мавҷи аз 400 то 700 нм дар як воҳиди вақт ва майдони воҳид ифода мекунад. .Воҳиди он μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1) мебошад.Радиатсияи аз ҷиҳати фотосинтетикӣ фаъол (PAR) ба радиатсияи умумии офтобӣ бо дарозии мавҷ аз 400 то 700 нм дахл дорад.Он метавонад бо квантҳои рӯшноӣ ё бо энергияи радиатсионӣ ифода карда шавад.

Дар гузашта шиддатнокии рӯшноӣ, ки бо иллюминометр инъикос мекард, равшанӣ буд, аммо спектри нашъунамои растанӣ аз сабаби баландии лампаҳои рӯшноӣ аз растанӣ, фарогирии рӯшноӣ ва оё нур аз баргҳо гузашта метавонад, тағир меёбад.Аз ин рӯ, ҳангоми омӯзиши фотосинтез ҳамчун нишондиҳандаи шиддатнокии рӯшноӣ истифода бурдани пар дуруст нест.

Умуман, механизми фотосинтезро вақте оғоз кардан мумкин аст, ки PPFD-и растании офтобпараст аз 50 мкмоль · м-2 · с-1 калонтар бошад, дар ҳоле ки PPFD-и растании сояафкан танҳо ба 20 мкмоль · м-2 · с-1 ниёз дорад. .Аз ин рӯ, ҳангоми харидани чароғҳои парвариши LED, шумо метавонед шумораи чароғҳои парвариши LED-ро дар асоси ин арзиши истинод ва навъи растаниҳои шинондаатон интихоб кунед.Масалан, агар PPFD-и як LED lght 20 μmol·m-2·s-1 бошад, барои парвариши растаниҳои офтобпараст зиёда аз 3 лампаи LED лозим аст.

Якчанд қарорҳои конструктории равшании нимноқилӣ

Равшании нимноқил барои афзоиш ё шинонидан истифода мешавад ва ду усули асосии истинод вуҷуд дорад.

• Хозир дар Хитой модели киштукори дарунй хеле гарм аст.Ин модел дорои якчанд хусусиятҳо мебошад:

①Нақши чароғҳои LED таъмин кардани спектри пурраи равшании растанӣ мебошад ва системаи равшанӣ барои таъмини тамоми энергияи рӯшноӣ талаб карда мешавад ва арзиши истеҳсолот нисбатан баланд аст;
②Тарҳрезии чароғҳои афзояндаи LED бояд муттасилӣ ва якпорчагии спектрро ба назар гирад;
③Муддати рӯшноӣ ва шиддатнокии рӯшноиро самаранок назорат кардан лозим аст, масалан, иҷозат додан ба растаниҳо барои чанд соат истироҳат кардан, шиддати радиатсия кофӣ нест ё хеле қавӣ ва ғайра;
④Тамоми раванд бояд ба шароитҳое, ки муҳити воқеии нашъунамои растаниҳо дар беруни бино талаб мекунанд, тақлид кунад, ба монанди намӣ, ҳарорат ва консентратсияи CO2.

• Ҳолати шинонидан дар беруни бино бо таҳкурсии хуби шинондани гармхонаҳо.Хусусиятҳои ин модел инҳоянд:

①Нақши чароғҳои LED илова кардани нур аст.Яке аз он баланд бардоштани шиддатнокии рӯшноӣ дар минтақаҳои кабуд ва сурх дар зери радиатсияи нури офтоб дар давоми рӯз барои мусоидат ба фотосинтези растаниҳо ва дигаре ҷуброн кардани вақте ки нури офтоб дар шабона мавҷуд нест, то суръати афзоиши растанӣ мусоидат кунад.
②Нури иловагӣ бояд ба назар гирифта шавад, ки растанӣ дар кадом марҳилаи нашъунамо қарор дорад, ба монанди давраи навниҳол ё давраи гулкунӣ ва мевадиҳӣ.

Аз ин рӯ, тарҳи чароғҳои парвариши LED бояд аввал ду намуди асосии тарроҳӣ дошта бошад, яъне равшании 24 соат (дарунӣ) ва равшании иловагии афзоиши растанӣ (дар берун).Барои парвариши растаниҳои дарунӣ, тарҳрезии чароғҳои парвариши LED бояд се ҷанбаро баррасӣ кунад, тавре ки дар расми 4 нишон дода шудааст. Ин имконнопазир аст, ки микросхемаҳои бо се ранги асосӣ дар таносуби муайян бастабандӣ карда шаванд.

Расми 4, Идеяи тарроҳии истифодаи чароғҳои пурқувваткунандаи нерӯгоҳи дарунӣ барои равшании 24 соат

Масалан, барои спектр дар марҳилаи ниҳолхона, бо назардошти он, ки он бояд нашъунамои реша ва пояҳо, мустаҳкам кардани шохаҳои баргҳо ва манбаи рӯшноӣ дар дохили бино истифода шавад, спектрро тавре тарҳрезӣ кардан мумкин аст, ки дар расми 5 нишон дода шудааст.

Тасвири 5, Сохторҳои спектралӣ барои давраи ниҳолхонаи дарунӣ LED мувофиқанд

Барои тарҳрезии навъи дуюми рӯшноии LED, он асосан ба ҳалли тарҳрезии нури иловагӣ барои пешбурди ниҳолшинонӣ дар заминаи гармхонаҳои беруна нигаронида шудааст.Идеяи тарҳрезӣ дар расми 6 нишон дода шудааст.

Расми 6, ғояҳои тарҳрезии чароғҳои парвариши берунӣ 

Муаллиф пешниҳод мекунад, ки ширкатҳои бештари ниҳолшинонӣ варианти дуюми истифодаи чароғҳои LED-ро барои мусоидат ба афзоиши растаниҳо истифода мебаранд.

Пеш аз ҳама, парвариши гармхонаҳои берунии Чин дар тӯли даҳсолаҳо миқдори калон ва доираи васеи таҷрибаи ҳам дар ҷануб ва ҳам дар шимол дорад.Он заминаи хуби технологияи парвариши гармхонаҳо дорад ва миқдори зиёди меваю сабзавоти тару тозаро дар бозор барои шаҳрҳои атроф таъмин мекунад.Махсусан дар сохаи обу хок ва кишти пору натичахои бои тадкикот ба даст оварда шудаанд.

Сониян, ин гуна махлули нурихои иловаги метавонад сарфи бефоидаи энергияро хеле кам карда, дар айни замон хосили меваю сабзавотро ба таври самарабахш зиёд кунад.Илова бар ин, минтақаи васеи ҷуғрофии Чин барои таблиғ хеле қулай аст.

Ҳамчун тадқиқоти илмии рӯшноии нерӯгоҳи LED, он инчунин барои он заминаи васеътари таҷрибавӣ фароҳам меорад.Расми 7 як навъ нури рӯшноии LED мебошад, ки аз ҷониби ин гурӯҳи тадқиқотӣ таҳия шудааст, ки барои парвариш дар гармхонаҳо мувофиқ аст ва спектри он дар расми 8 нишон дода шудааст.

Тасвири 7, Як навъ нури рӯшноии LED

Тасвири 8, спектри як навъ нури рӯшноии LED

Мувофики идеяхои лоихакашии дар боло зикршуда гурухи тадкикоти илмй як катор тачрибахо гузаронданд ва натичахои тачрибавй хеле назаррасанд.Масалан, барои парвариши рӯшноӣ дар кӯдакистон, лампаи аслии истифодашуда лампаи флуоресцентӣ бо иқтидори 32 Вт ва давраи 40 рӯз аст.Мо чароғҳои LED-и 12 Вт таъмин мекунем, ки давраи ниҳолшинонӣ то 30 рӯзро кӯтоҳ мекунад, таъсири ҳарорати лампаҳоро дар цехи ниҳолшинонӣ самаранок коҳиш медиҳад ва сарфи қувваи кондитсионерро сарфа мекунад.Гафс, дарозй ва ранги нихолхо назар ба махлули аслии парвариши нихолхо бехтар аст.Дар бораи ниҳолҳои сабзавоти маъмулӣ инчунин хулосаҳои хуби санҷишӣ ба даст оварда шудаанд, ки дар ҷадвали зерин ҷамъбаст карда шудаанд.

Дар байни онҳо, гурӯҳи нури иловагӣ PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1 ва таносуби сурх-кабуд: 0,6-0,7.Диапазони арзиши PPFD рӯзонаи гурӯҳи табиӣ 40 ~ 800 мкмоль · м-2 · с-1 буд ва таносуби сурх ба кабуд 0,6 ~ 1,2 буд.Дидан мумкин аст, ки ни-шондихандахои боло назар ба нихолхои табиатан руёндашуда бехтаранд.

Хулоса

Ин мақола пешрафтҳои навтаринро дар истифодаи чароғҳои парвариши LED дар парвариши растанӣ муаррифӣ мекунад ва ба баъзе нофаҳмиҳо дар истифодаи нури рӯшноии LED дар парвариши растанӣ ишора мекунад.Дар охир, идеяҳо ва схемаҳои техникӣ оид ба таҳияи чароғҳои рӯёнидани LED, ки барои парвариши растаниҳо истифода мешаванд, муаррифӣ карда мешаванд.Бояд тазаккур дод, ки дар насб ва истифодабарии рӯшноӣ ҳамчунин омилҳое ҳастанд, ки бояд ба инобат гирифта шаванд, аз қабили масофаи байни рӯшноӣ ва растанӣ, диапазони радиатсияи лампа ва чӣ гуна истифода бурдани нур бо об, нурихои маъданй ва хоки мукаррарй.

Муаллиф: Yi Wang et al.Манбаъ: CNKI