Bubuka

Cahaya maénkeun peran konci dina prosés tumuwuhna pepelakan. Éta mangrupikeun pupuk anu pangsaéna pikeun ningkatkeun panyerepan klorofil pepelakan sareng panyerepan rupa-rupa kualitas kamekaran pepelakan sapertos karoten. Nanging, faktor anu nangtukeun kamekaran pepelakan nyaéta faktor anu komprehensif, henteu ngan ukur aya hubunganana sareng cahaya, tapi ogé teu tiasa dipisahkeun tina konfigurasi cai, taneuh sareng pupuk, kaayaan lingkungan kamekaran sareng kontrol téknis anu komprehensif.

Dina dua atawa tilu taun ka tukang, geus loba laporan ngeunaan aplikasi téknologi lampu semikonduktor ngeunaan pabrik tutuwuhan tilu diménsi atawa kamekaran tutuwuhan. Tapi sanggeus maca kalawan saksama, sok aya waé rasa teu nyaman. Sacara umum, teu aya pamahaman anu nyata ngeunaan peran cahaya dina kamekaran tutuwuhan.

Mimitina, hayu urang pahami spéktrum panonpoé, sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 1. Éta tiasa katingali yén spéktrum surya mangrupikeun spéktrum anu kontinyu, dimana spéktrum biru sareng héjo langkung kuat tibatan spéktrum beureum, sareng spéktrum cahaya anu katingali aya dina rentang ti 380 dugi ka 780 nm. Tumuwuhna organisme di alam aya hubunganana sareng inténsitas spéktrum. Salaku conto, kalolobaan pepelakan di daérah caket khatulistiwa tumuh gancang pisan, sareng dina waktos anu sami, ukuran tumuhna relatif ageung. Tapi inténsitas iradiasi panonpoé anu luhur henteu salawasna langkung saé, sareng aya tingkat selektivitas anu tangtu pikeun tumuhna sasatoan sareng pepelakan.

Gambar 1, Ciri-ciri spéktrum surya sareng spéktrum cahaya anu katingali

Kadua, diagram spéktrum kadua tina sababaraha unsur panyerepan konci tina kamekaran pepelakan dipidangkeun dina Gambar 2.

Gambar 2, Spéktrum serapan sababaraha auksin dina kamekaran tutuwuhan

Ti Gambar 2 bisa katitén yén spéktra panyerepan cahaya tina sababaraha auksin konci anu mangaruhan kamekaran pepelakan béda pisan. Ku kituna, aplikasi lampu kamekaran pepelakan LED sanés perkara anu saderhana, tapi ditujulkeun pisan. Di dieu perlu ngenalkeun konsép dua unsur kamekaran pepelakan fotosintétik anu paling penting.

• Klorofil

Klorofil nyaéta salah sahiji pigmén anu paling penting anu aya hubunganana sareng fotosintésis. Klorofil aya dina sadaya organisme anu tiasa nyiptakeun fotosintésis, kalebet pepelakan héjo, ganggang biru-héjo prokariotik (sianobaktéri) sareng ganggang eukariotik. Klorofil nyerep énergi tina cahaya, anu teras dianggo pikeun ngarobih karbon dioksida janten karbohidrat.

Klorofil a utamina nyerep cahaya beureum, sareng klorofil b utamina nyerep cahaya biru-ungu, utamina pikeun ngabédakeun pepelakan anu ngiuhan tina pepelakan panonpoé. Babandingan klorofil b sareng klorofil a pepelakan anu ngiuhan leutik, janten pepelakan anu ngiuhan tiasa nganggo cahaya biru kalayan kuat sareng adaptasi pikeun tumbuh di tempat anu ngiuhan. Klorofil a warnana biru-héjo, sareng klorofil b warnana konéng-héjo. Aya dua panyerepan anu kuat tina klorofil a sareng klorofil b, hiji di daérah beureum kalayan panjang gelombang 630-680 nm, sareng anu sanésna di daérah biru-ungu kalayan panjang gelombang 400-460 nm.

• Karotenoid

Karotenoid nyaéta istilah umum pikeun kelas pigmén alami anu penting, anu umumna kapanggih dina pigmén konéng, oranyeu-beureum atanapi beureum dina sasatoan, tutuwuhan tingkat luhur, jamur, sareng ganggang. Nepi ka ayeuna, langkung ti 600 karotenoid alami parantos kapanggih.

Nyerep cahaya karotenoid ngawengku rentang OD303 ~ 505 nm, anu nyayogikeun warna dahareun sareng mangaruhan asupan dahareun ku awak. Dina ganggang, pepelakan, sareng mikroorganisme, warnana katutupan ku klorofil sareng henteu tiasa katingali. Dina sél pepelakan, karotenoid anu dihasilkeun henteu ngan ukur nyerep sareng mindahkeun énergi pikeun ngabantosan fotosintésis, tapi ogé gaduh fungsi pikeun ngajaga sél tina karusakan ku molekul oksigén beungkeut éléktron tunggal anu tereksitasi.

Sababaraha kasalahpahaman konseptual

Sanajan aya pangaruh ngahémat énergi, selektivitas cahaya sareng koordinasi cahaya, cahaya semikonduktor parantos nunjukkeun kaunggulan anu ageung. Nanging, tina kamekaran anu gancang dina dua taun ka pengker, urang ogé ningali seueur kasalahpahaman dina desain sareng aplikasi cahaya, anu utamina katingali dina aspék-aspék ieu.

①Salami chip beureum sareng biru kalayan panjang gelombang anu tangtu digabungkeun dina babandingan anu tangtu, éta tiasa dianggo dina budidaya pepelakan, contona, babandingan beureum sareng biru nyaéta 4:1, 6:1, 9:1 sareng saterasna.

②Salami éta cahaya bodas, éta tiasa ngagentos cahaya panonpoé, sapertos tabung lampu bodas tilu primér anu seueur dianggo di Jepang, jsb. Panggunaan spéktrum ieu gaduh pangaruh anu tangtu kana kamekaran pepelakan, tapi pangaruhna henteu saé sapertos sumber cahaya anu dihasilkeun ku LED.

③Salami PPFD (kapadetan fluks kuantum cahaya), parameter penting pikeun iluminasi, ngahontal indéks anu tangtu, contona, PPFD langkung ageung tibatan 200 μmol·m-2·s-1. Nanging, nalika nganggo indikator ieu, anjeun kedah merhatikeun naha éta pepelakan anu teduh atanapi pepelakan anu panonpoé. Anjeun kedah naroskeun atanapi mendakan titik jenuh kompensasi cahaya pepelakan ieu, anu ogé disebut titik kompensasi cahaya. Dina aplikasi anu saleresna, bibit sering kaduruk atanapi layu. Ku alatan éta, desain parameter ieu kedah dirancang numutkeun spésiés pepelakan, lingkungan kamekaran sareng kaayaan.

Ngeunaan aspék anu kahiji, sakumaha anu diwanohkeun dina bubuka, spéktrum anu diperyogikeun pikeun kamekaran pepelakan kedah janten spéktrum anu kontinyu kalayan lébar distribusi anu tangtu. Jelas teu pantes ngagunakeun sumber cahaya anu didamel tina dua chip panjang gelombang khusus beureum sareng biru kalayan spéktrum anu sempit pisan (sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 3(a)). Dina ékspérimén, kapanggih yén pepelakan condong konéng, gagang daunna hampang pisan, sareng gagang daunna ipis pisan.

Pikeun tabung fluoresensi kalayan tilu warna primér anu umum dianggo dina taun-taun sateuacana, sanaos bodas disintésis, spéktra beureum, héjo, sareng biru dipisahkeun (sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 3(b)), sareng lébar spéktrumna sempit pisan. Inténsitas spéktral bagian kontinyu salajengna relatif lemah, sareng kakuatanna masih relatif ageung dibandingkeun sareng LED, 1,5 dugi ka 3 kali konsumsi énergi. Ku alatan éta, pangaruh panggunaanana henteu saé sapertos lampu LED.

Gambar 3, Lampu tutuwuhan LED chip beureum sareng biru sareng spéktrum lampu fluoresensi tilu warna primér

PPFD nyaéta kapadetan fluks kuantum cahaya, anu nujul kana kapadetan fluks cahaya radiasi efektif cahaya dina fotosintésis, anu ngagambarkeun jumlah total kuanta cahaya anu datang dina batang daun tutuwuhan dina rentang panjang gelombang 400 dugi ka 700 nm per unit waktos sareng unit lega. Unitna nyaéta μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). Radiasi aktif fotosintésis (PAR) nujul kana total radiasi panonpoé kalayan panjang gelombang dina rentang 400 dugi ka 700 nm. Éta tiasa dikedalkeun boh ku kuanta cahaya atanapi ku énergi radiasi.

Baheula, inténsitas cahaya anu dipantulkeun ku illuminometer nyaéta kacaangan, tapi spéktrum kamekaran pepelakan robih kusabab jangkungna lampu tina pepelakan, panutup cahaya sareng naha cahaya tiasa nembus daun. Ku kituna, henteu akurat pikeun nganggo par salaku indikator inténsitas cahaya dina ulikan fotosintésis.

Sacara umum, mékanisme fotosintésis tiasa dimimitian nalika PPFD pepelakan anu resep panonpoé langkung ageung tibatan 50 μmol·m-2·s-1, sedengkeun PPFD pepelakan anu rindang ngan ukur peryogi 20 μmol·m-2·s-1. Ku alatan éta, nalika mésér lampu tanam LED, anjeun tiasa milih jumlah lampu tanam LED dumasar kana nilai rujukan ieu sareng jinis pepelakan anu anjeun tanam. Salaku conto, upami PPFD tina hiji lampu LED nyaéta 20 μmol·m-2·s-1, langkung ti 3 bohlam pepelakan LED diperyogikeun pikeun melak pepelakan anu resep panonpoé.

Sababaraha solusi desain pikeun lampu semikonduktor

Lampu semikonduktor dianggo pikeun tumuwuhna atawa melak pepelakan, sarta aya dua métode rujukan dasar.

• Ayeuna, modél penanaman jero ruangan keur rame pisan di Cina. Modél ieu mibanda sababaraha ciri:

①Peran lampu LED nyaéta pikeun nyayogikeun spéktrum lengkep cahaya pepelakan, sareng sistem cahaya diperyogikeun pikeun nyayogikeun sadaya énergi cahaya, sareng biaya produksi relatif luhur;
②Desain lampu tanam LED kedah merhatoskeun kontinuitas sareng integritas spéktrum;
③Perlu pikeun ngontrol waktos cahaya sareng inténsitas cahaya sacara efektif, sapertos ngantepkeun pepelakan istirahat salami sababaraha jam, inténsitas iradiasi henteu cekap atanapi kuat teuing, jsb.;
④Sakabéh prosésna kedah niru kaayaan anu diperyogikeun ku lingkungan pertumbuhan optimal pepelakan di luar ruangan, sapertos kalembaban, suhu sareng konsentrasi CO2.

• Modeu melak di luar ruangan kalayan pondasi melak rumah kaca di luar ruangan anu saé. Ciri-ciri modél ieu nyaéta:

①Kalungguhan lampu LED nyaéta pikeun nambahan cahaya. Anu kahiji nyaéta pikeun ningkatkeun inténsitas cahaya di daérah biru sareng beureum dina iradiasi sinar panonpoé beurang pikeun ngamajukeun fotosintésis pepelakan, sareng anu kadua nyaéta pikeun ngimbangan nalika teu aya sinar panonpoé peuting pikeun ngamajukeun laju kamekaran pepelakan.
②Cahaya tambahan kedah merhatoskeun tahap kamekaran pepelakan éta, sapertos periode bibit atanapi periode kembangan sareng buah.

Ku kituna, desain lampu tanam pepelakan LED kedah ngagaduhan dua modeu desain dasar, nyaéta, cahaya 24 jam (jero ruangan) sareng cahaya suplement pertumbuhan pepelakan (luar ruangan). Pikeun budidaya pepelakan jero ruangan, desain lampu tanam LED kedah mertimbangkeun tilu aspék, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 4. Teu mungkin pikeun ngabungkus chip kalayan tilu warna primér dina proporsi anu tangtu.

Gambar 4, Ideu desain ngagunakeun lampu LED pikeun pepelakan jero ruangan pikeun cahaya 24 jam

Contona, pikeun spéktrum dina tahap pembibitan, kumargi éta perlu nguatkeun kamekaran akar sareng batang, nguatkeun cabang daun, sareng sumber cahaya dianggo di jero rohangan, spéktrumna tiasa didesain sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 5.

Gambar 5, Struktur spéktral anu cocog pikeun période pembibitan LED di jero ruangan

Pikeun desain lampu LED tipe kadua, ieu utamina ditujukeun pikeun solusi desain pikeun nambihan cahaya pikeun ngamajukeun penanaman di dasar rumah kaca luar ruangan. Ide desainna dipidangkeun dina Gambar 6.

Gambar 6, Ideu desain lampu tanam luar ruangan 

Panulis ngusulkeun supados langkung seueur perusahaan penanaman ngadopsi pilihan kadua pikeun nganggo lampu LED pikeun ningkatkeun kamekaran pepelakan.

Anu mimiti, budidaya rumah kaca luar ruangan Cina parantos puluhan taun sareng seueur pangalaman, boh di kidul boh di kalér. Nagara ieu ngagaduhan pondasi téknologi budidaya rumah kaca anu saé sareng nyayogikeun seueur buah sareng sayuran seger di pasar pikeun kota-kota sakurilingna. Utamana dina widang taneuh, cai, sareng penanaman pupuk, hasil panilitian anu beunghar parantos dilakukeun.

Kadua, solusi lampu tambahan sapertos kieu tiasa ngirangan konsumsi énergi anu teu perlu sacara signifikan, sareng dina waktos anu sami tiasa ningkatkeun hasil buah sareng sayuran sacara efektif. Salian ti éta, daérah géografis Cina anu lega pisan merenah pikeun promosi.

Salaku panalungtikan ilmiah ngeunaan lampu pepelakan LED, éta ogé nyayogikeun dasar ékspérimén anu langkung lega pikeun éta. Gambar 7 mangrupikeun jinis lampu tanam LED anu dikembangkeun ku tim panalungtikan ieu, anu cocog pikeun dipelak di rumah kaca, sareng spéktrumna dipidangkeun dina Gambar 8.

Gambar 7, Sajenis lampu LED pikeun tumuwuh

Gambar 8, spéktrum tina hiji jenis lampu LED pikeun tumuwuh

Numutkeun ideu desain di luhur, tim panalungtikan ngalaksanakeun runtuyan ékspérimén, sareng hasil ékspériménna penting pisan. Salaku conto, pikeun lampu tanam nalika pembibitan, lampu asli anu dianggo nyaéta lampu fluoresensi kalayan kakuatan 32 W sareng siklus pembibitan 40 dinten. Kami nyayogikeun lampu LED 12 W, anu ngirangan siklus pembibitan janten 30 dinten, sacara efektif ngirangan pangaruh suhu lampu di bengkel pembibitan, sareng ngahémat konsumsi daya AC. Kandel, panjang sareng warna bibit langkung saé tibatan solusi budidaya bibit asli. Pikeun bibit sayuran umum, kacindekan verifikasi anu saé ogé parantos diala, anu diringkeskeun dina tabel di handap ieu.

Di antarana, gugus cahaya tambahan PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, sareng babandingan beureum-biru: 0,6-0,7. Kisaran nilai PPFD siang gugus alami nyaéta 40 ~ 800 μmol·m-2·s-1, sareng babandingan beureum ka biru nyaéta 0,6 ~ 1,2. Bisa katingali yén indikator di luhur leuwih hadé tibatan bibit anu dipelak sacara alami.

Kacindekan

Artikel ieu ngenalkeun kamajuan panganyarna dina aplikasi lampu tanam LED dina budidaya pepelakan, sareng nunjukkeun sababaraha kasalahpahaman dina aplikasi lampu tanam LED dina budidaya pepelakan. Pamungkas, ideu téknis sareng skéma pikeun pamekaran lampu tanam LED anu dianggo pikeun budidaya pepelakan diwanohkeun. Perlu diémutan yén aya ogé sababaraha faktor anu kedah dipertimbangkeun dina pamasangan sareng panggunaan lampu, sapertos jarak antara lampu sareng pepelakan, rentang iradiasi lampu, sareng kumaha nerapkeun lampu nganggo cai, pupuk, sareng taneuh normal.

Panulis: Yi Wang et al. Sumber: CNKI