परिचय

बिरुवाको वृद्धि प्रक्रियामा प्रकाशले प्रमुख भूमिका खेल्छ। यो बिरुवाको क्लोरोफिलको अवशोषण र क्यारोटिन जस्ता विभिन्न बिरुवाको वृद्धि गुणहरूको अवशोषणलाई बढावा दिनको लागि उत्तम मल हो। यद्यपि, बिरुवाको वृद्धि निर्धारण गर्ने निर्णायक कारक एक व्यापक कारक हो, जुन प्रकाशसँग मात्र सम्बन्धित छैन, तर पानी, माटो र मल, वृद्धि वातावरण अवस्था र व्यापक प्राविधिक नियन्त्रणको कन्फिगरेसनबाट पनि अविभाज्य छ।

विगत दुई वा तीन वर्षमा, त्रि-आयामिक बिरुवा कारखाना वा बिरुवाको वृद्धिको सम्बन्धमा अर्धचालक प्रकाश प्रविधिको प्रयोगको बारेमा अनगिन्ती रिपोर्टहरू आएका छन्। तर यसलाई ध्यानपूर्वक पढेपछि, सधैं केही असहज महसुस हुन्छ। सामान्यतया, बिरुवाको वृद्धिमा प्रकाशले कस्तो भूमिका खेल्नुपर्छ भन्ने बारेमा 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 दृश्य प्रकाश स्पेक्ट्रम ३८० देखि ७८० एनएम सम्म हुन्छ। प्रकृतिमा जीवहरूको वृद्धि स्पेक्ट्रमको तीव्रतासँग सम्बन्धित छ। उदाहरणका लागि, भूमध्य रेखा नजिकैको क्षेत्रमा धेरैजसो बोटबिरुवाहरू धेरै छिटो बढ्छन्, र एकै समयमा, तिनीहरूको वृद्धिको आकार अपेक्षाकृत ठूलो हुन्छ। तर सूर्यको विकिरणको उच्च तीव्रता सधैं राम्रो हुँदैन, र जनावरहरू र बोटबिरुवाहरूको वृद्धिको लागि एक निश्चित डिग्री चयनशीलता हुन्छ।

चित्र १, सौर्य वर्णक्रम र यसको दृश्य प्रकाश वर्णक्रमका विशेषताहरू

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

चित्र २, बिरुवाको वृद्धिमा धेरै अक्सिनहरूको अवशोषण स्पेक्ट्रा

चित्र २ बाट देख्न सकिन्छ कि बिरुवाको वृद्धिलाई असर गर्ने धेरै प्रमुख सहायकहरूको प्रकाश अवशोषण स्पेक्ट्रा उल्लेखनीय रूपमा फरक छ। त्यसकारण, एलईडी बिरुवा वृद्धि बत्तीहरूको प्रयोग साधारण कुरा होइन, तर धेरै लक्षित छ। यहाँ दुई सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण प्रकाश संश्लेषक बिरुवा वृद्धि तत्वहरूको अवधारणाहरू परिचय गराउन आवश्यक छ।

• क्लोरोफिल

क्लोरोफिल प्रकाश संश्लेषणसँग सम्बन्धित सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण पिग्मेन्टहरू मध्ये एक हो। यो हरियो बिरुवाहरू, प्रोकारियोटिक नीलो-हरियो शैवाल (साइनोब्याक्टेरिया) 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 प्रकाश अवशोषित गर्दछ, र क्लोरोफिल b ले मुख्यतया नीलो-बैजनी प्रकाश अवशोषित गर्दछ, मुख्यतया छायादार बिरुवाहरू सूर्य बिरुवाहरूबाट छुट्याउन। छायादार बिरुवाहरूको क्लोरोफिल b र क्लोरोफिल a को अनुपात सानो हुन्छ, त्यसैले छायादार बिरुवाहरूले नीलो प्रकाशलाई बलियो रूपमा प्रयोग गर्न सक्छन् र छायादारमा बढ्न अनुकूलन गर्न सक्छन्। क्लोरोफिल a नीलो-हरियो हुन्छ, र क्लोरोफिल b पहेंलो-हरियो हुन्छ। क्लोरोफिल a र क्लोरोफिल b का दुई बलियो अवशोषणहरू छन्, एउटा रातो क्षेत्रमा ६३०-६८० एनएमको तरंगदैर्ध्यको साथ, र अर्को नीलो-बैजनी क्षेत्रमा ४००-४६० एनएमको तरंगदैर्ध्यको साथ।

• क्यारोटिनोइड्स

क्यारोटीनोइडहरू महत्त्वपूर्ण प्राकृतिक रङ्गद्रव्यहरूको वर्गलाई जनाउने सामान्य शब्द हो, जुन सामान्यतया जनावरहरू, उच्च बिरुवाहरू, फङ्गाहरू र शैवालहरूमा पहेंलो, सुन्तला-रातो वा रातो रङ्गद्रव्यहरूमा पाइन्छ। अहिलेसम्म, ६०० भन्दा बढी प्राकृतिक क्यारोटीनोइडहरू पत्ता लगाइएका छन्।

क्यारोटीनोइडहरूको प्रकाश अवशोषणले OD303~505 nm को दायरा समेट्छ, जसले खानाको रंग प्रदान गर्दछ र शरीरको खानाको सेवनलाई असर गर्छ। शैवाल, बिरुवाहरू र सूक्ष्मजीवहरूमा, यसको रंग क्लोरोफिलले ढाकिएको हुन्छ र देखा पर्न सक्दैन। बिरुवा कोषहरूमा, उत्पादित क्यारोटीनोइडहरूले प्रकाश संश्लेषणलाई मद्दत गर्न ऊर्जा अवशोषित र स्थानान्तरण मात्र गर्दैन, तर उत्तेजित एकल-इलेक्ट्रोन बन्धन अक्सिजन अणुहरूद्वारा कोषहरूलाई नष्ट हुनबाट जोगाउने कार्य पनि गर्दछ।

केही अवधारणात्मक गलतफहमीहरू

ऊर्जा बचत प्रभाव, प्रकाशको चयनशीलता र प्रकाशको समन्वयको पर्वाह नगरी, अर्धचालक प्रकाशले ठूलो फाइदा देखाएको छ। यद्यपि, विगत दुई वर्षको द्रुत विकासबाट, हामीले प्रकाशको डिजाइन र प्रयोगमा धेरै गलतफहमीहरू पनि देखेका छौं, जुन मुख्यतया निम्न पक्षहरूमा प्रतिबिम्बित हुन्छन्।

①जबसम्म निश्चित तरंगदैर्ध्यको रातो र नीलो चिप्स निश्चित अनुपातमा मिलाइन्छ, तिनीहरूलाई बिरुवा खेतीमा प्रयोग गर्न सकिन्छ, उदाहरणका लागि, रातो र नीलोको अनुपात ४:१, ६:१, ९:१ र यस्तै हुन्छ।

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 बनाइएको प्रकाश स्रोत जत्तिकै राम्रो हुँदैन।

③जबसम्म PPFD (प्रकाश क्वान्टम फ्लक्स घनत्व), रोशनीको एक महत्त्वपूर्ण प्यारामिटर, एक निश्चित सूचकांकमा पुग्छ, उदाहरणका लागि, PPFD २०० μmol·m-2·s-1 भन्दा बढी हुन्छ। यद्यपि, यो सूचक प्रयोग गर्दा, तपाईंले यो छायादार बिरुवा हो वा सूर्यको बिरुवा हो भन्ने कुरामा ध्यान दिनुपर्छ। तपाईंले यी बिरुवाहरूको प्रकाश क्षतिपूर्ति संतृप्ति बिन्दु सोध्नु वा फेला पार्नु पर्छ, जसलाई प्रकाश क्षतिपूर्ति बिन्दु पनि भनिन्छ। वास्तविक अनुप्रयोगहरूमा, बिरुवाहरू प्रायः जल्छन् वा सुक्छन्। त्यसकारण, यो प्यारामिटरको डिजाइन बिरुवाको प्रजाति, वृद्धि वातावरण र अवस्था अनुसार डिजाइन गरिनुपर्छ।

पहिलो पक्षको सन्दर्भमा, परिचयमा प्रस्तुत गरिएझैं, बिरुवाको वृद्धिको लागि आवश्यक स्पेक्ट्रम निश्चित वितरण चौडाइ भएको निरन्तर स्पेक्ट्रम हुनुपर्छ। धेरै साँघुरो स्पेक्ट्रम भएको रातो र नीलो रंगका दुई विशिष्ट तरंगदैर्ध्य चिप्सबाट बनेको प्रकाश स्रोत प्रयोग गर्नु स्पष्ट रूपमा अनुपयुक्त छ (चित्र ३(क) मा देखाइएझैं)। प्रयोगहरूमा, यो पत्ता लाग्यो कि बिरुवाहरू पहेंलो रंगका हुन्छन्, पातका डाँठहरू धेरै हल्का हुन्छन्, र पातका डाँठहरू धेरै पातला हुन्छन्।

अघिल्ला वर्षहरूमा सामान्यतया प्रयोग हुने तीन प्राथमिक रङहरू भएका फ्लोरोसेन्ट ट्यूबहरूका लागि, यद्यपि सेतो संश्लेषित गरिएको छ, रातो, हरियो र नीलो स्पेक्ट्रा छुट्याइएको छ (चित्र 3(b) मा देखाइए अनुसार), र स्पेक्ट्रमको चौडाइ धेरै साँघुरो छ। निम्न निरन्तर भागको स्पेक्ट्रल तीव्रता अपेक्षाकृत कमजोर छ, र शक्ति अझै पनि LED को तुलनामा अपेक्षाकृत ठूलो छ, ऊर्जा खपत 1.5 देखि 3 गुणा। त्यसैले, प्रयोग प्रभाव LED बत्तीहरू जत्तिकै राम्रो छैन।

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

PPFD भनेको प्रकाश क्वान्टम फ्लक्स घनत्व हो, जसले प्रकाश संश्लेषणमा प्रकाशको प्रभावकारी विकिरण प्रकाश फ्लक्स घनत्वलाई जनाउँछ, जसले प्रति एकाइ समय र एकाइ क्षेत्रफल ४०० देखि ७०० nm तरंगदैर्ध्य दायरामा बिरुवाको पातको डाँठमा हुने प्रकाश क्वान्टा घटनाको कुल संख्यालाई प्रतिनिधित्व गर्दछ। यसको एकाइ μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1) हो। प्रकाशसंश्लेषणात्मक रूपमा सक्रिय विकिरण (PAR) ले ४०० देखि ७०० nm को दायरामा तरंगदैर्ध्य भएको कुल सौर्य विकिरणलाई जनाउँछ। यसलाई प्रकाश क्वान्टा वा विकिरण ऊर्जाद्वारा व्यक्त गर्न सकिन्छ।

विगतमा, इलुमिनोमिटरले प्रतिबिम्बित गर्ने प्रकाशको तीव्रता चमक थियो, तर बिरुवाबाट प्रकाश फिक्स्चरको उचाइ, प्रकाश कभरेज र प्रकाश पातहरूबाट जान सक्छ कि सक्दैन भन्ने कारणले गर्दा बिरुवाको वृद्धिको स्पेक्ट्रम परिवर्तन हुन्छ। त्यसैले, प्रकाश संश्लेषणको अध्ययनमा प्रकाशको तीव्रताको सूचकको रूपमा पार प्रयोग गर्नु सही होइन।

सामान्यतया, सूर्य-मायालु बिरुवाको PPFD ५० μmol·m-2·s-1 भन्दा ठूलो हुँदा प्रकाश संश्लेषण संयन्त्र सुरु गर्न सकिन्छ, जबकि छायादार बिरुवाको PPFD लाई केवल २० μmol·m-2·s-1 चाहिन्छ। त्यसकारण, LED ग्रो लाइटहरू खरिद गर्दा, तपाईंले यो सन्दर्भ मान र तपाईंले रोप्नुभएको बिरुवाहरूको प्रकारको आधारमा LED ग्रो लाइटहरूको संख्या छनौट गर्न सक्नुहुन्छ। उदाहरणका लागि, यदि एकल LED lght को PPFD २० μmol·m-2·s-1 छ भने, सूर्य-मायालु बिरुवाहरू उब्जाउन ३ भन्दा बढी LED प्लान्ट बल्बहरू आवश्यक पर्दछ।

अर्धचालक प्रकाशको धेरै डिजाइन समाधानहरू

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

• हाल, चीनमा भित्री रोपण मोडेल धेरै लोकप्रिय छ। यस मोडेलमा धेरै विशेषताहरू छन्:

①एलईडी 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;
②एलईडी ग्रो लाइटको डिजाइनमा स्पेक्ट्रमको निरन्तरता र अखण्डतालाई विचार गर्न आवश्यक छ;
③प्रकाशको समय र प्रकाशको तीव्रतालाई प्रभावकारी रूपमा नियन्त्रण गर्न आवश्यक छ, जस्तै बिरुवाहरूलाई केही घण्टा आराम गर्न दिनु, विकिरणको तीव्रता पर्याप्त वा धेरै बलियो नभएको, आदि;
④सम्पूर्ण प्रक्रियाले बाहिरी बिरुवाहरूको वास्तविक इष्टतम वृद्धि वातावरण, जस्तै आर्द्रता, तापक्रम र CO2 सांद्रता द्वारा आवश्यक अवस्थाहरूको नक्कल गर्न आवश्यक छ।

• राम्रो बाहिरी ग्रीनहाउस रोपण जगको साथ बाहिरी रोपण मोड। यस मोडेलका विशेषताहरू यस प्रकार छन्:

① LED बत्तीहरूको भूमिका प्रकाशलाई पूरक बनाउनु हो। एउटा भनेको दिनको समयमा सूर्यको किरणको विकिरण अन्तर्गत नीलो र रातो क्षेत्रहरूमा प्रकाशको तीव्रता बढाउनु हो जसले गर्दा बिरुवाहरूको प्रकाश संश्लेषणलाई बढावा दिन सकिन्छ, र अर्को भनेको रातमा सूर्यको प्रकाश नभएको बेला बिरुवाको वृद्धि दरलाई बढावा दिन क्षतिपूर्ति दिनु हो।
②पूरक प्रकाशले बिरुवा कुन वृद्धि चरणमा छ भनेर विचार गर्न आवश्यक छ, जस्तै बिरुवा अवधि वा फूल फुल्ने र फल्ने अवधि।

त्यसकारण, LED प्लान्ट ग्रो लाइटको डिजाइनमा पहिले दुई आधारभूत डिजाइन मोडहरू हुनुपर्छ, अर्थात्, २४ घण्टा प्रकाश (घर भित्र) र बिरुवा वृद्धि पूरक प्रकाश (बाहिरी)। भित्री बिरुवा खेतीको लागि, LED ग्रो लाइटको डिजाइनमा चित्र ४ मा देखाइए अनुसार तीन पक्षहरूलाई विचार गर्न आवश्यक छ। चिपहरूलाई निश्चित अनुपातमा तीन प्राथमिक रङहरूसँग प्याकेज गर्न सम्भव छैन।

चित्र ४, २४ घण्टा प्रकाशको लागि इनडोर एलईडी प्लान्ट बूस्टर लाइटहरू प्रयोग गर्ने डिजाइन विचार

उदाहरणका लागि, नर्सरी चरणमा स्पेक्ट्रमको लागि, जरा र डाँठहरूको वृद्धिलाई बलियो बनाउन, पातहरूको हाँगाहरूलाई बलियो बनाउन र प्रकाश स्रोत घर भित्र प्रयोग गर्न आवश्यक छ भन्ने कुरालाई ध्यानमा राख्दै, स्पेक्ट्रमलाई चित्र ५ मा देखाइए अनुसार डिजाइन गर्न सकिन्छ।

चित्र ५, एलईडी इनडोर नर्सरी अवधिको लागि उपयुक्त स्पेक्ट्रल संरचनाहरू

दोस्रो प्रकारको एलईडी ग्रो लाइटको डिजाइनको लागि, यो मुख्यतया बाहिरी हरितगृहको आधारमा रोपणलाई प्रवर्द्धन गर्न प्रकाश पूरकको डिजाइन समाधानको उद्देश्य हो। डिजाइन विचार चित्र ६ मा देखाइएको छ।

चित्र ६, बाहिरी ग्रो लाइटहरूको डिजाइन विचारहरू 

लेखकले धेरै रोपण कम्पनीहरूले बिरुवाको वृद्धिलाई बढावा दिन एलईडी बत्तीहरू प्रयोग गर्ने दोस्रो विकल्प अपनाउन सुझाव दिन्छन्।

सर्वप्रथम, चीनको बाहिरी हरितगृह खेतीमा दक्षिण र उत्तर दुवैमा दशकौंदेखि ठूलो मात्रामा र विस्तृत अनुभव छ। यसमा हरितगृह खेती प्रविधिको राम्रो जग छ र वरपरका शहरहरूको बजारमा ठूलो संख्यामा ताजा फलफूल र तरकारीहरू प्रदान गर्दछ। विशेष गरी माटो, पानी र मल रोपणको क्षेत्रमा, समृद्ध अनुसन्धान परिणामहरू प्राप्त भएका छन्।

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

एलईडी प्लान्ट लाइटिङको वैज्ञानिक अनुसन्धानको रूपमा, यसले यसको लागि फराकिलो प्रयोगात्मक आधार पनि प्रदान गर्दछ। चित्र ७ यस अनुसन्धान टोलीद्वारा विकसित एक प्रकारको एलईडी ग्रो लाइट हो, जुन हरितगृहहरूमा बढ्नको लागि उपयुक्त छ, र यसको स्पेक्ट्रम चित्र ८ मा देखाइएको छ।

चित्र ७, एक प्रकारको एलईडी ग्रो लाइट

चित्र ८, एक प्रकारको एलईडी ग्रो लाइटको स्पेक्ट्रम

माथिका डिजाइन विचारहरू अनुसार, अनुसन्धान टोलीले प्रयोगहरूको श्रृंखला सञ्चालन गर्‍यो, र प्रयोगात्मक नतिजाहरू धेरै महत्त्वपूर्ण छन्। उदाहरणका लागि, नर्सरीको समयमा बढ्दो प्रकाशको लागि, प्रयोग गरिएको मूल बत्ती ३२ वाटको शक्ति र ४० दिनको नर्सरी चक्र भएको फ्लोरोसेन्ट बत्ती हो। हामी १२ वाटको एलईडी बत्ती प्रदान गर्छौं, जसले बिरुवा चक्रलाई ३० दिनमा छोटो बनाउँछ, बिरुवा कार्यशालामा बत्तीहरूको तापक्रमको प्रभावलाई प्रभावकारी रूपमा कम गर्छ, र एयर कन्डिसनरको बिरुवा खपत बचत गर्छ। बिरुवाको मोटाई, लम्बाइ र रंग मूल बिरुवा हुर्काउने समाधान भन्दा राम्रो छ। सामान्य तरकारीको बिरुवाको लागि, राम्रो प्रमाणिकरण निष्कर्षहरू पनि प्राप्त गरिएको छ, जुन निम्न तालिकामा संक्षेप गरिएको छ।

ती मध्ये, 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। माथिका सूचकहरू प्राकृतिक रूपमा उब्जाएको बिरुवाहरू भन्दा राम्रो छन् भन्ने देख्न सकिन्छ।

निष्कर्ष

यस लेखले बिरुवा खेतीमा एलईडी ग्रोथ लाइटको प्रयोगमा भएका पछिल्ला विकासहरूको परिचय दिन्छ, र बिरुवा खेतीमा एलईडी ग्रोथ लाइटको प्रयोगमा रहेका केही गलतफहमीहरूलाई औंल्याउँछ। अन्तमा, बिरुवा खेतीको लागि प्रयोग हुने एलईडी ग्रोथ लाइटको विकासको लागि प्राविधिक विचार र योजनाहरू प्रस्तुत गरिन्छ। यो कुरा औंल्याउनुपर्छ कि प्रकाशको स्थापना र प्रयोगमा केही कारकहरू पनि विचार गर्न आवश्यक छ, जस्तै प्रकाश र बिरुवा बीचको दूरी, बत्तीको विकिरण दायरा, र सामान्य पानी, मल र माटोसँग प्रकाश कसरी लागू गर्ने।

लेखक: यी वांग एट अल। स्रोत: CNKI