परिचय

बिरुवाको बृद्धिको प्रक्रियामा प्रकाशले प्रमुख भूमिका खेल्छ।यो बिरुवाको क्लोरोफिलको अवशोषण र क्यारोटिन जस्ता विभिन्न बिरुवाको वृद्धि गुणहरूको अवशोषणलाई बढावा दिनको लागि उत्तम उर्वरक हो।यद्यपि, बिरुवाहरूको वृद्धि निर्धारण गर्ने निर्णायक कारक एक व्यापक कारक हो, प्रकाशसँग मात्र सम्बन्धित छैन, तर पानी, माटो र मलको कन्फिगरेसन, विकास वातावरण अवस्था र व्यापक प्राविधिक नियन्त्रणबाट पनि अविभाज्य छ।

विगत दुई वा तीन वर्षमा, त्रि-आयामी बिरुवा कारखाना वा बिरुवाको वृद्धिको सन्दर्भमा अर्धचालक प्रकाश प्रविधिको प्रयोगमा अनन्त रिपोर्टहरू छन्।तर यसलाई ध्यानपूर्वक पढेपछि, त्यहाँ सधैं केही असहज भावना हुन्छ।सामान्यतया भन्नुपर्दा, बिरुवाको बृद्धिमा प्रकाशले के भूमिका खेल्नुपर्छ भन्ने कुनै वास्तविक बुझाइ छैन।

पहिले, चित्र १ मा देखाइए अनुसार सूर्यको स्पेक्ट्रम बुझौं। यो देख्न सकिन्छ कि सौर्य स्पेक्ट्रम एक निरन्तर स्पेक्ट्रम हो, जसमा नीलो र हरियो स्पेक्ट्रम रातो स्पेक्ट्रम भन्दा बलियो हुन्छ, र देखिने प्रकाश स्पेक्ट्रमको दायरा 380 देखि 780 एनएम।प्रकृतिमा जीवहरूको वृद्धि स्पेक्ट्रमको तीव्रतासँग सम्बन्धित छ।उदाहरणका लागि, भूमध्य रेखा नजिकको क्षेत्रमा धेरै बिरुवाहरू धेरै छिटो बढ्छन्, र एकै समयमा, तिनीहरूको वृद्धिको आकार अपेक्षाकृत ठूलो छ।तर सूर्यको विकिरणको उच्च तीव्रता सधैं राम्रो हुँदैन, र त्यहाँ जनावर र बिरुवाहरूको वृद्धिको लागि चयनशीलताको एक निश्चित डिग्री छ।

चित्र १, सौर्य स्पेक्ट्रम र यसको देखिने प्रकाश स्पेक्ट्रमका विशेषताहरू

दोस्रो, बिरुवाको वृद्धिका धेरै प्रमुख अवशोषण तत्वहरूको दोस्रो स्पेक्ट्रम रेखाचित्र चित्र २ मा देखाइएको छ।

चित्र २, बिरुवाको वृद्धिमा धेरै अक्सिनहरूको अवशोषण स्पेक्ट्रा

यो चित्र 2 बाट देख्न सकिन्छ कि बिरुवाको वृद्धिलाई असर गर्ने धेरै प्रमुख अक्सिनहरूको प्रकाश अवशोषण स्पेक्ट्रा उल्लेखनीय रूपमा फरक छ।तसर्थ, एलईडी बिरुवा वृद्धि रोशनी को आवेदन एक साधारण कुरा होइन, तर धेरै लक्षित छ।यहाँ यो दुई सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण प्रकाश संश्लेषक बिरुवा वृद्धि तत्वहरूको अवधारणा परिचय गर्न आवश्यक छ।

• क्लोरोफिल

क्लोरोफिल प्रकाश संश्लेषणसँग सम्बन्धित सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण पिग्मेन्टहरू मध्ये एक हो।यो हरियो बिरुवा, प्रोकारियोटिक नीलो-हरियो शैवाल (सायनोब्याक्टेरिया) र युकेरियोटिक शैवाल सहित प्रकाश संश्लेषण सिर्जना गर्न सक्ने सबै जीवहरूमा अवस्थित छ।क्लोरोफिलले प्रकाशबाट ऊर्जा अवशोषित गर्दछ, जुन त्यसपछि कार्बन डाइअक्साइडलाई कार्बोहाइड्रेटमा रूपान्तरण गर्न प्रयोग गरिन्छ।

क्लोरोफिल a ले मुख्यतया रातो बत्ती अवशोषित गर्दछ, र क्लोरोफिल बी ले मुख्यतया नीलो-बैंगनी प्रकाशलाई अवशोषित गर्दछ, मुख्यतया सूर्य बिरुवाहरूबाट छाया बिरुवाहरू छुट्याउन।क्लोरोफिल b र क्लोरोफिल ए को छाया बिरुवाहरूको अनुपात सानो छ, त्यसैले छाया बिरुवाहरूले नीलो प्रकाशलाई कडा रूपमा प्रयोग गर्न सक्छन् र छायामा बढ्नको लागि अनुकूलन गर्न सक्छन्।क्लोरोफिल ए नीलो-हरियो छ, र क्लोरोफिल बी पहेंलो-हरियो छ।त्यहाँ क्लोरोफिल ए र क्लोरोफिल बी को दुई बलियो अवशोषणहरू छन्, एउटा 630-680 एनएमको तरंग लम्बाइको रातो क्षेत्रमा, र अर्को 400-460 एनएमको तरंग लम्बाइको साथ नीलो-बैंगनी क्षेत्रमा।

• क्यारोटीनोइड्स

क्यारोटेनोइडहरू महत्त्वपूर्ण प्राकृतिक रङ्गद्रव्यहरूको वर्गको लागि सामान्य शब्द हो, जुन सामान्यतया पहेंलो, सुन्तला-रातो वा रातो रङ्गहरूमा जनावरहरू, उच्च बिरुवाहरू, फङ्गीहरू र शैवालहरूमा पाइन्छ।हालसम्म, 600 भन्दा बढी प्राकृतिक carotenoids पत्ता लगाइएको छ।

क्यारोटीनोइडको प्रकाश अवशोषणले OD303 ~ 505 nm को दायरालाई समेट्छ, जसले खानाको रंग प्रदान गर्दछ र शरीरको खानाको सेवनलाई असर गर्छ।शैवाल, बोटबिरुवा र सूक्ष्मजीवहरूमा, यसको रंग क्लोरोफिलले ढाक्छ र देखा पर्दैन।बिरुवाको कोशिकाहरूमा, क्यारोटिनोइडहरूले प्रकाश संश्लेषणमा मद्दत गर्न ऊर्जालाई अवशोषित र स्थानान्तरण मात्र गर्दैन, तर उत्तेजित एकल-इलेक्ट्रोन बन्ड अक्सिजन अणुहरूद्वारा नष्ट हुनबाट कोशिकाहरूलाई बचाउने कार्य पनि गर्दछ।

केही वैचारिक गलतफहमीहरू

ऊर्जा-बचत प्रभावको बावजुद, प्रकाशको चयन र प्रकाशको समन्वय, अर्धचालक प्रकाशले ठूलो फाइदाहरू देखाएको छ।यद्यपि, विगत दुई वर्षको द्रुत विकासबाट, हामीले प्रकाशको डिजाइन र प्रयोगमा धेरै गलतफहमीहरू पनि देखेका छौं, जुन मुख्य रूपमा निम्न पक्षहरूमा झल्किन्छ।

①जबसम्म एक निश्चित तरंगदैर्ध्यको रातो र निलो चिपहरू एक निश्चित अनुपातमा जोडिन्छन्, तिनीहरू बिरुवा खेतीमा प्रयोग गर्न सकिन्छ, उदाहरणका लागि, रातो र नीलोको अनुपात 4:1, 6:1, 9:1 र यस्तै हो। मा।

②जबसम्म यो सेतो प्रकाश हुन्छ, यसले सूर्यको प्रकाशलाई प्रतिस्थापन गर्न सक्छ, जस्तै जापानमा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने तीन-प्राथमिक सेतो प्रकाश ट्यूब, आदि। यी स्पेक्ट्रमहरूको प्रयोगले बिरुवाहरूको वृद्धिमा निश्चित प्रभाव पार्छ, तर प्रभाव LED द्वारा बनाईएको प्रकाश स्रोत जत्तिकै राम्रो छैन।

③जबसम्म PPFD (प्रकाश क्वान्टम फ्लक्स घनत्व), प्रकाशको एक महत्त्वपूर्ण प्यारामिटर, एक निश्चित अनुक्रमणिकामा पुग्छ, उदाहरणका लागि, PPFD २०० μmol·m-2·s-1 भन्दा बढी हुन्छ।यद्यपि, यो सूचक प्रयोग गर्दा, तपाईंले ध्यान दिनुपर्छ कि यो छाया बिरुवा हो वा सूर्य बिरुवा हो।तपाईंले यी बिरुवाहरूको प्रकाश क्षतिपूर्ति संतृप्ति बिन्दुलाई सोध्नु वा फेला पार्न आवश्यक छ, जसलाई प्रकाश क्षतिपूर्ति बिन्दु पनि भनिन्छ।वास्तविक अनुप्रयोगहरूमा, बिरुवाहरू प्रायः जलाइन्छ वा सुकाइन्छ।तसर्थ, यस प्यारामिटरको डिजाइन बिरुवाको प्रजाति, विकास वातावरण र अवस्था अनुसार डिजाइन गरिनु पर्छ।

पहिलो पक्षको सन्दर्भमा, परिचयमा प्रस्तुत गरिए अनुसार, बिरुवाको वृद्धिको लागि आवश्यक स्पेक्ट्रम निश्चित वितरण चौडाइको साथ निरन्तर स्पेक्ट्रम हुनुपर्छ।धेरै साँघुरो स्पेक्ट्रमको साथ रातो र नीलोको दुई विशिष्ट तरंगदैर्ध्य चिपहरूबाट बनेको प्रकाश स्रोत प्रयोग गर्न यो स्पष्ट रूपमा अनुपयुक्त छ (चित्र 3(a) मा देखाइएको छ)।प्रयोगहरूमा, यो पत्ता लाग्यो कि बिरुवाहरू पहेंलो हुन्छन्, पातका डाँठहरू धेरै हल्का हुन्छन्, र पातका डाँठहरू धेरै पातलो हुन्छन्।

अघिल्लो वर्षहरूमा सामान्यतया प्रयोग हुने तीनवटा प्राथमिक रङहरू भएका फ्लोरोसेन्ट ट्यूबहरूका लागि, सेतो संश्लेषित भए तापनि, रातो, हरियो र नीलो स्पेक्ट्रा छुट्याइन्छ (चित्र 3(b) मा देखाइए अनुसार), र स्पेक्ट्रमको चौडाइ धेरै साँघुरो छ।निम्न निरन्तर भागको वर्णक्रमीय तीव्रता अपेक्षाकृत कमजोर छ, र शक्ति अझै पनि LEDs को तुलनामा अपेक्षाकृत ठूलो छ, ऊर्जा खपत 1.5 देखि 3 गुणा।त्यसैले, प्रयोग प्रभाव एलईडी बत्ती जत्तिकै राम्रो छैन।

चित्र ३, रातो र निलो चिप एलईडी प्लान्ट लाइट र तीन-प्राथमिक रंग फ्लोरोसेन्ट प्रकाश स्पेक्ट्रम

PPFD प्रकाश क्वान्टम फ्लक्स घनत्व हो, जसले प्रकाश संश्लेषणमा प्रकाशको प्रभावकारी विकिरण प्रकाश प्रवाह घनत्वलाई जनाउँछ, जसले 400 देखि 700 nm प्रति एकाइ समय र एकाइ क्षेत्रको तरंग दैर्ध्य दायरामा बिरुवाको पातको काण्डमा हुने प्रकाश क्वान्टा घटनाको कुल संख्यालाई प्रतिनिधित्व गर्दछ। ।यसको एकाइ μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1) हो।Photosynthetically सक्रिय विकिरण (PAR) ले 400 देखि 700 nm को दायरा मा एक तरंग लम्बाइ संग कुल सौर विकिरण को संदर्भित गर्दछ।यो या त प्रकाश क्वान्टा वा उज्ज्वल ऊर्जा द्वारा व्यक्त गर्न सकिन्छ।

विगतमा, इल्युमिनोमिटरले प्रतिबिम्बित प्रकाशको तीव्रता चमक थियो, तर बिरुवाबाट प्रकाश फिक्स्चरको उचाइ, प्रकाश कभरेज र प्रकाश पातहरूबाट जान सक्छ कि छैन भनेर बिरुवाको वृद्धिको स्पेक्ट्रम परिवर्तन हुन्छ।तसर्थ, प्रकाश संश्लेषण को अध्ययन मा प्रकाश तीव्रता को एक सूचक को रूप मा पार को प्रयोग गर्न को लागी सही छैन।

सामान्यतया, सूर्यलाई माया गर्ने बिरुवाको PPFD ५० μmol·m-2·s-1 भन्दा ठुलो हुँदा प्रकाश संश्लेषण संयन्त्र सुरु गर्न सकिन्छ, जबकि छायादार बोटको PPFD लाई २० μmol·m-2·s-1 मात्र चाहिन्छ। ।त्यसकारण, LED ग्रोथ लाइटहरू खरिद गर्दा, तपाईंले यस सन्दर्भ मूल्य र तपाईंले रोप्ने बिरुवाहरूको प्रकारको आधारमा एलईडी ग्रोथ लाइटहरूको सङ्ख्या छनोट गर्न सक्नुहुन्छ।उदाहरणका लागि, यदि एकल LED lght को PPFD २० μmol·m-2·s-1 छ भने, घामलाई माया गर्ने बिरुवाहरू उब्जाउन ३ भन्दा बढी LED प्लान्ट बल्बहरू आवश्यक पर्दछ।

अर्धचालक प्रकाश को धेरै डिजाइन समाधान

अर्धचालक प्रकाश बिरुवा वृद्धि वा रोपण लागि प्रयोग गरिन्छ, र त्यहाँ दुई आधारभूत सन्दर्भ विधिहरू छन्।

• हाल, चीनमा भित्री रोपण मोडेल धेरै तातो छ।यो मोडेल धेरै विशेषताहरु छ:

① LED बत्तीहरूको भूमिका बिरुवाको प्रकाशको पूर्ण स्पेक्ट्रम प्रदान गर्नु हो, र प्रकाश प्रणालीले सबै प्रकाश ऊर्जा प्रदान गर्न आवश्यक छ, र उत्पादन लागत अपेक्षाकृत उच्च छ;
② एलईडी ग्रो लाइटको डिजाइनले स्पेक्ट्रमको निरन्तरता र अखण्डतालाई विचार गर्न आवश्यक छ;
③ प्रकाशको समय र प्रकाशको तीव्रतालाई प्रभावकारी रूपमा नियन्त्रण गर्न आवश्यक छ, जस्तै बिरुवाहरूलाई केही घण्टा आराम गर्न दिनुहोस्, विकिरणको तीव्रता पर्याप्त वा धेरै बलियो छैन, आदि।
④ सम्पूर्ण प्रक्रियाले बाहिरी बिरुवाहरूको वास्तविक इष्टतम वृद्धि वातावरण, जस्तै आर्द्रता, तापक्रम र CO2 एकाग्रता द्वारा आवश्यक अवस्थाहरूको नक्कल गर्न आवश्यक छ।

• राम्रो आउटडोर ग्रीनहाउस रोपण फाउन्डेशनको साथ बाहिरी रोपण मोड।यस मोडेलको विशेषताहरू निम्न हुन्:

① LED बत्तीहरूको भूमिका प्रकाशको पूरक हो।एउटा बिरुवाको प्रकाश संश्लेषण प्रवर्द्धन गर्न दिनको समयमा घामको विकिरण अन्तर्गत नीलो र रातो क्षेत्रहरूमा प्रकाशको तीव्रता बढाउनु हो, र अर्को बिरुवाको वृद्धि दरलाई बढावा दिन रातमा घाम नहुँदा क्षतिपूर्ति गर्नु हो।
②पूरक प्रकाशले बिरुवा कुन बृद्धिको चरणमा छ, जस्तै बिरुवाको अवधि वा फूल फुल्ने र फल्ने अवधिलाई विचार गर्न आवश्यक छ।

तसर्थ, एलईडी प्लान्ट ग्रो लाइटको डिजाइन पहिले दुई आधारभूत डिजाइन मोडहरू हुनुपर्छ, अर्थात्, 24 घण्टा प्रकाश (इनडोर) र बिरुवाको वृद्धि पूरक प्रकाश (आउटडोर)।इनडोर बिरुवाको खेतीका लागि, चित्र 4 मा देखाइए अनुसार एलईडी ग्रोथ लाइटको डिजाइनले तीनवटा पक्षहरूलाई विचार गर्न आवश्यक छ। एक निश्चित अनुपातमा तीनवटा प्राथमिक रङहरूसँग चिप्स प्याकेज गर्न सम्भव छैन।

चित्र 4, 24 घण्टा प्रकाशको लागि इनडोर एलईडी प्लान्ट बूस्टर लाइटहरू प्रयोग गर्ने डिजाइन विचार

उदाहरणका लागि, नर्सरी चरणमा स्पेक्ट्रमको लागि, यसले जरा र डाँठहरूको वृद्धिलाई बलियो बनाउन, पातहरूको शाखाहरूलाई बलियो बनाउन र प्रकाशको स्रोत घर भित्र प्रयोग गरिन्छ भन्ने कुरालाई ध्यानमा राखेर, चित्र 5 मा देखाइएको रूपमा स्पेक्ट्रम डिजाइन गर्न सकिन्छ।

चित्र 5, एलईडी इनडोर नर्सरी अवधिको लागि उपयुक्त स्पेक्ट्रल संरचना

दोस्रो प्रकारको एलईडी ग्रो लाइटको डिजाइनको लागि, यो मुख्यतया बाहिरी ग्रीनहाउसको आधारमा रोपण प्रवर्द्धन गर्न प्रकाशको पूरकको डिजाइन समाधानको उद्देश्य हो।डिजाइन विचार चित्र 6 मा देखाइएको छ।

चित्र 6, आउटडोर ग्रो लाइटहरूको डिजाइन विचारहरू 

लेखकले सुझाव दिन्छ कि अधिक रोपण कम्पनीहरूले बिरुवाको वृद्धिलाई बढावा दिन एलईडी बत्तीहरू प्रयोग गर्ने दोस्रो विकल्प अपनाउछन्।

सबैभन्दा पहिले, चीनको बाहिरी हरितगृह खेतीले दक्षिण र उत्तर दुवैतिर दशकौंको ठूलो मात्रा र अनुभवको विस्तृत श्रृंखला छ।यसमा हरितगृह खेती प्रविधिको राम्रो आधार छ र वरपरका शहरहरूको लागि बजारमा ताजा फलफूल र तरकारीहरूको ठूलो संख्या प्रदान गर्दछ।विशेष गरी माटो र पानी र मल रोपणको क्षेत्रमा, समृद्ध अनुसन्धान परिणामहरू बनाइएको छ।

दोस्रो, यस प्रकारको पूरक प्रकाश समाधानले ऊर्जाको अनावश्यक खपतलाई धेरै कम गर्न सक्छ, र एकै समयमा फलफूल र तरकारीहरूको उत्पादनलाई प्रभावकारी रूपमा बढाउन सक्छ।साथै, चीनको विशाल भौगोलिक क्षेत्र प्रवर्द्धनका लागि धेरै सुविधाजनक छ।

एलईडी बिरुवा प्रकाश को वैज्ञानिक अनुसन्धान को रूप मा, यो पनि यसको लागि एक व्यापक प्रयोगात्मक आधार प्रदान गर्दछ।Fig. 7 यस अनुसन्धान टोलीले विकास गरेको LED ग्रोथ लाइटको एक प्रकार हो, जुन हरितगृहहरूमा बढ्नको लागि उपयुक्त छ, र यसको स्पेक्ट्रम चित्र 8 मा देखाइएको छ।

चित्र 7, एलईडी ग्रो लाइटको एक प्रकार

चित्र 8, LED ग्रो लाइटको एक प्रकारको स्पेक्ट्रम

माथिको डिजाइन विचारहरू अनुसार, अनुसन्धान टोलीले प्रयोगहरूको श्रृंखला सञ्चालन गर्यो, र प्रयोगात्मक परिणामहरू धेरै महत्त्वपूर्ण छन्।उदाहरणका लागि, नर्सरीमा उज्यालो बढ्नको लागि, प्रयोग गरिएको मूल बत्ती ३२ वाटको पावर भएको फ्लोरोसेन्ट बत्ती र ४० दिनको नर्सरी चक्र हो।हामी 12 W LED प्रकाश प्रदान गर्दछौं, जसले बिरुवाको चक्रलाई 30 दिनसम्म छोटो पार्छ, प्रभावकारी रूपमा बिरुवा कार्यशालामा बत्तीको तापक्रमको प्रभावलाई कम गर्छ, र एयर कन्डिसनरको पावर खपत बचत गर्छ।बिरुवाको मोटाई, लम्बाइ र रंग मूल बिरुवा उठाउने समाधान भन्दा राम्रो हुन्छ।साधारण तरकारीको बिरुवाको लागि, राम्रो प्रमाणिकरण निष्कर्ष पनि प्राप्त भएको छ, जसलाई निम्न तालिकामा संक्षेप गरिएको छ।

तिनीहरूमध्ये, पूरक प्रकाश समूह PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, र रातो-नीलो अनुपात: 0.6-0.7।प्राकृतिक समूहको दिनको PPFD मानको दायरा 40~800 μmol·m-2·s-1 थियो, र रातो र नीलोको अनुपात 0.6~1.2 थियो।यो देख्न सकिन्छ कि माथिका सूचकहरू प्राकृतिक रूपमा बढेको बिरुवाहरू भन्दा राम्रो छन्।

निष्कर्ष

यस लेखले बिरुवाको खेतीमा एलईडी ग्रोब लाइटको प्रयोगमा नवीनतम विकासहरू प्रस्तुत गर्दछ, र बिरुवा खेतीमा एलईडी ग्रो लाइटको प्रयोगमा केही गलतफहमीहरू औंल्याउँछ।अन्तमा, बिरुवा खेतीका लागि प्रयोग हुने एलईडी ग्रोथ लाइटको विकासका लागि प्राविधिक विचार र योजनाहरू प्रस्तुत गरियो।प्रकाश र बिरुवा बीचको दूरी, बत्तीको विकिरण दायरा, र प्रकाश कसरी प्रयोग गर्ने जस्ता प्रकाशको स्थापना र प्रयोगमा विचार गर्न आवश्यक पर्ने केही कारकहरू पनि छन् भनेर औंल्याउनुपर्छ। सामान्य पानी, मल र माटो।

लेखक: यी वांग एट अल।स्रोत: CNKI