Giriş

İşıq bitkilərin böyüməsi prosesində əsas rol oynayır.Bitki xlorofilinin udulmasını və karotin kimi müxtəlif bitki böyümə keyfiyyətlərinin udulmasını təşviq etmək üçün ən yaxşı gübrədir.Bununla belə, bitkilərin böyüməsini şərtləndirən həlledici amil təkcə işıqla bağlı deyil, həm də suyun, torpağın və gübrənin konfiqurasiyası, böyümə mühiti şəraitindən və hərtərəfli texniki nəzarətdən ayrılmaz hərtərəfli amildir.

Son iki və ya üç il ərzində üçölçülü zavod fabrikləri və ya bitki böyüməsi ilə bağlı yarımkeçirici işıqlandırma texnologiyasının tətbiqi ilə bağlı sonsuz hesabatlar var.Amma diqqətlə oxuduqdan sonra hər zaman bəzi narahatlıq hissi yaranır.Ümumiyyətlə, işığın bitki böyüməsində hansı rolu oynaması barədə heç bir real anlayış yoxdur.

Əvvəlcə Şəkil 1-də göstərildiyi kimi günəşin spektrini anlayaq.Görünür ki, günəş spektri fasiləsiz spektrdir, bu spektrdə mavi və yaşıl spektr qırmızı spektrdən daha güclüdür və görünən işıq spektri 1-dən fərqlidir. 380 - 780 nm.Təbiətdə orqanizmlərin böyüməsi spektrin intensivliyi ilə bağlıdır.Məsələn, ekvatora yaxın ərazidəki əksər bitkilər çox sürətlə böyüyür və eyni zamanda, onların böyüməsinin ölçüsü nisbətən böyükdür.Lakin günəş şüalarının yüksək intensivliyi həmişə daha yaxşı deyil və heyvanların və bitkilərin böyüməsi üçün müəyyən dərəcədə seçicilik var.

Şəkil 1, Günəş spektrinin və onun görünən işıq spektrinin xüsusiyyətləri

İkincisi, bitki böyüməsinin bir neçə əsas udma elementlərinin ikinci spektr diaqramı Şəkil 2-də göstərilmişdir.

Şəkil 2, Bitki böyüməsində bir neçə auksinin udma spektrləri

Şəkil 2-dən görünür ki, bitkilərin böyüməsinə təsir edən bir neçə əsas auksinlərin işıq udma spektrləri əhəmiyyətli dərəcədə fərqlidir.Buna görə də, LED bitki artım işıqlarının tətbiqi sadə bir məsələ deyil, çox məqsədyönlüdür.Burada iki ən mühüm fotosintetik bitki artım elementi anlayışlarını təqdim etmək lazımdır.

• Xlorofil

Xlorofil fotosintezlə əlaqəli ən vacib piqmentlərdən biridir.Yaşıl bitkilər, prokaryotik mavi-yaşıl yosunlar (siyanobakteriyalar) və eukaryotik yosunlar da daxil olmaqla, fotosintez yarada bilən bütün orqanizmlərdə mövcuddur.Xlorofil işığın enerjisini udur və daha sonra karbon dioksidi karbohidratlara çevirmək üçün istifadə olunur.

Xlorofil a əsasən qırmızı işığı, xlorofil b isə əsasən mavi-bənövşəyi işığı udur, əsasən kölgə bitkilərini günəş bitkilərindən fərqləndirir.Kölgə bitkilərində xlorofil b-nin xlorofil a nisbəti kiçikdir, buna görə də kölgə bitkiləri mavi işıqdan güclü istifadə edə və kölgədə böyüməyə uyğunlaşa bilər.Xlorofil a mavi-yaşıl, xlorofil b isə sarı-yaşıldır.Xlorofil a və xlorofil b-nin iki güclü udulması var, biri 630-680 nm dalğa uzunluğuna malik qırmızı bölgədə, digəri isə 400-460 nm dalğa uzunluğu ilə mavi-bənövşəyi bölgədə.

• Karotenoidlər

Karotenoidlər ümumiyyətlə heyvanlarda, yüksək bitkilərdə, göbələklərdə və yosunlarda sarı, narıncı-qırmızı və ya qırmızı piqmentlərdə olan mühüm təbii piqmentlər sinfi üçün ümumi termindir.İndiyə qədər 600-dən çox təbii karotenoid aşkar edilmişdir.

Karotenoidlərin işığın udulması OD303~505 nm diapazonunu əhatə edir ki, bu da qidanın rəngini təmin edir və orqanizmin qida qəbuluna təsir göstərir.Yosunlarda, bitkilərdə və mikroorqanizmlərdə onun rəngi xlorofillə örtülüdür və görünə bilməz.Bitki hüceyrələrində istehsal olunan karotenoidlər yalnız fotosintezə kömək etmək üçün enerji udmaq və ötürmək deyil, həm də hüceyrələri həyəcanlanmış tək elektron rabitəli oksigen molekulları tərəfindən məhv olmaqdan qorumaq funksiyasına malikdir.

Bəzi konseptual anlaşılmazlıqlar

Enerji qənaət effektindən asılı olmayaraq, işığın seçiciliyi və işığın koordinasiyası, yarımkeçirici işıqlandırma böyük üstünlüklər göstərmişdir.Bununla belə, son iki ildəki sürətli inkişafdan işığın dizaynı və tətbiqi ilə bağlı çoxlu anlaşılmazlıqların da şahidi olduq ki, bu da əsasən aşağıdakı aspektlərdə öz əksini tapır.

①Müəyyən dalğa uzunluğunun qırmızı və mavi çipləri müəyyən nisbətdə birləşdirildiyi müddətcə bitki becərməsində istifadə oluna bilər, məsələn, qırmızı ilə mavinin nisbəti 4:1, 6:1, 9:1 və s. haqqında.

②Ağ işıq olduğu müddətcə günəş işığını əvəz edə bilər, məsələn, Yaponiyada geniş istifadə olunan üç əsaslı ağ işıq borusu və s. Bu spektrlərin istifadəsi bitkilərin böyüməsinə müəyyən təsir göstərir, lakin təsiri LED tərəfindən hazırlanmış işıq mənbəyi kimi yaxşı deyil.

③İşıqlandırmanın mühüm parametri olan PPFD (işıq kvant axınının sıxlığı) müəyyən bir indeksə çatdıqca, məsələn, PPFD 200 μmol·m-2·s-1-dən böyükdür.Ancaq bu göstəricidən istifadə edərkən kölgə bitkisi və ya günəş bitkisi olduğuna diqqət yetirməlisiniz.Bu bitkilərin işıq kompensasiyasının doyma nöqtəsini sorğulamaq və ya tapmaq lazımdır ki, bu da işıq kompensasiya nöqtəsi adlanır.Faktiki tətbiqlərdə fidanlar tez-tez yandırılır və ya quruyur.Buna görə də, bu parametrin dizaynı bitki növlərinə, böyümə mühitinə və şərtlərinə uyğun olaraq tərtib edilməlidir.

Birinci aspektə gəldikdə, girişdə təqdim edildiyi kimi, bitki böyüməsi üçün tələb olunan spektr müəyyən paylanma genişliyinə malik davamlı spektr olmalıdır.Çox dar spektrli (Şəkil 3(a)-da göstərildiyi kimi) qırmızı və mavi rəngli iki spesifik dalğa uzunluğuna malik çipdən hazırlanmış işıq mənbəyindən istifadə etmək açıq şəkildə yersizdir.Təcrübələrdə bitkilərin sarımtıl rəngə meylli olduğu, yarpaq gövdələrinin çox yüngül, yarpaq gövdələrinin isə çox nazik olduğu müəyyən edilmişdir.

Əvvəlki illərdə tez-tez istifadə olunan üç əsas rəngə malik flüoresan borular üçün ağ sintez edilsə də, qırmızı, yaşıl və mavi spektrlər ayrılır (Şəkil 3(b)-də göstərildiyi kimi) və spektrin eni çox dardır.Aşağıdakı davamlı hissənin spektral intensivliyi nisbətən zəifdir və güc hələ də LED-lərlə müqayisədə nisbətən böyükdür, enerji istehlakından 1,5-3 dəfə çoxdur.Buna görə istifadə effekti LED işıqları qədər yaxşı deyil.

Şəkil 3, Qırmızı və mavi çip LED bitki işığı və üç əsas rəngli flüoresan işıq spektri

PPFD fotosintezdə işığın effektiv şüalanma işıq axını sıxlığına istinad edən işıq kvant axını sıxlığıdır, bu da bitki yarpaqlarının gövdələrinə düşən işıq kvantlarının ümumi vaxt vahidi üçün 400-700 nm dalğa uzunluğu diapazonunda və vahid sahəni təmsil edir. .Onun vahidi μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1).Fotosintetik cəhətdən aktiv şüalanma (PAR) dalğa uzunluğu 400 ilə 700 nm arasında olan ümumi günəş radiasiyasına aiddir.O, həm işıq kvantları, həm də şüa enerjisi ilə ifadə oluna bilər.

Əvvəllər illuminometrin əks etdirdiyi işıq intensivliyi parlaqlıq idi, lakin bitkidən gələn işıq qurğusunun hündürlüyü, işığın əhatə dairəsi və işığın yarpaqlardan keçib-keçməməsinə görə bitki böyüməsinin spektri dəyişir.Buna görə də, fotosintezin tədqiqində işığın intensivliyinin göstəricisi kimi pardan istifadə etmək düzgün deyil.

Ümumiyyətlə, fotosintez mexanizmi günəşi sevən bitkinin PPFD-si 50 μmol·m-2·s-1-dən böyük olduqda başlaya bilər, kölgəli bitkinin PPFD isə yalnız 20 μmol·m-2·s-1 tələb edir. .Buna görə də, LED böyüyən işıqlar alarkən, bu istinad dəyərinə və əkdiyiniz bitkilərin növünə əsasən LED böyüyən işıqların sayını seçə bilərsiniz.Məsələn, tək bir LED işığının PPFD-si 20 μmol·m-2·s-1 olarsa, günəşi sevən bitkilərin yetişdirilməsi üçün 3-dən çox LED bitki lampası tələb olunur.

Yarımkeçirici işıqlandırmanın bir neçə dizayn həlli

Yarımkeçirici işıqlandırma bitki böyüməsi və ya əkilməsi üçün istifadə olunur və iki əsas istinad üsulu var.

• Hazırda Çində qapalı əkin modeli çox istidir.Bu model bir sıra xüsusiyyətlərə malikdir:

①LED işıqlarının rolu bitki işıqlandırmasının tam spektrini təmin etməkdir və işıqlandırma sistemi bütün işıqlandırma enerjisini təmin etmək üçün tələb olunur və istehsal dəyəri nisbətən yüksəkdir;
②LED işıq lampalarının dizaynı spektrin davamlılığını və bütövlüyünü nəzərə almalıdır;
③İşıqlandırma vaxtına və işıqlandırma intensivliyinə effektiv nəzarət etmək lazımdır, məsələn, bitkilərin bir neçə saat dincəlməsinə icazə vermək, şüalanmanın intensivliyi kifayət deyil və ya çox güclüdür və s.;
④Bütün proses rütubət, temperatur və CO2 konsentrasiyası kimi açıq havada bitkilərin faktiki optimal böyümə mühitinin tələb etdiyi şərtləri təqlid etməlidir.

• Yaxşı açıq istixana əkin təməli ilə açıq havada əkin rejimi.Bu modelin xüsusiyyətləri bunlardır:

①LED işıqlarının rolu işığı əlavə etməkdir.Bunlardan biri bitkilərin fotosintezini təşviq etmək üçün gün ərzində günəş işığının şüalanması altında mavi və qırmızı bölgələrdə işıq intensivliyini artırmaq, digəri isə Bitkilərin böyümə sürətini artırmaq üçün gecə günəş işığı olmadıqda kompensasiya etməkdir.
②Əlavə işıqlandırma bitkinin hansı böyümə mərhələsində olduğunu, məsələn, cücərmə dövrü və ya çiçəkləmə və barvermə dövrü kimi nəzərə almalıdır.

Buna görə də, LED bitki böyüyən işıqların dizaynı əvvəlcə iki əsas dizayn rejiminə malik olmalıdır, yəni 24 saat işıqlandırma (qapalı) və bitki böyüməsi üçün əlavə işıqlandırma (açıq).Bağlı bitkilərin becərilməsi üçün, Şəkil 4-də göstərildiyi kimi, LED böyüyən işıqların dizaynı üç aspekti nəzərə almalıdır. Çipləri müəyyən nisbətdə üç əsas rənglə qablaşdırmaq mümkün deyil.

Şəkil 4, 24 saat işıqlandırma üçün qapalı LED bitki gücləndirici işıqlardan istifadə dizayn ideyası

Məsələn, cücərmə mərhələsindəki spektr üçün köklərin və gövdələrin böyüməsini gücləndirmək, yarpaqların budaqlarını gücləndirmək lazım olduğunu və işıq mənbəyinin qapalı şəraitdə istifadə edildiyini nəzərə alsaq, spektri Şəkil 5-də göstərildiyi kimi tərtib etmək olar.

Şəkil 5, LED qapalı uşaq bağçası dövrü üçün uyğun spektral strukturlar

İkinci növ LED böyüyən işığın dizaynı üçün, əsasən açıq istixananın bazasında əkilməsini təşviq etmək üçün əlavə işıqlandırmanın dizayn həllinə yönəldilmişdir.Dizayn ideyası Şəkil 6-da göstərilmişdir.

Şəkil 6, Xarici işıqlandırmaların dizayn fikirləri 

Müəllif daha çox əkin şirkətlərinin bitki böyüməsini təşviq etmək üçün LED işıqlarından istifadə etmək üçün ikinci variantı qəbul etdiyini təklif edir.

Hər şeydən əvvəl, Çinin açıq istixana becərilməsi həm cənubda, həm də şimalda onilliklər boyu böyük bir miqdar və geniş təcrübəyə malikdir.O, istixana becərmə texnologiyasının yaxşı təməlinə malikdir və ətraf şəhərlər üçün bazarda çoxlu sayda təzə meyvə və tərəvəz təqdim edir.Xüsusilə torpaq-su və gübrə əkilməsi sahəsində zəngin tədqiqat nəticələri əldə edilmişdir.

İkincisi, bu cür əlavə işıq məhlulu lazımsız enerji istehlakını əhəmiyyətli dərəcədə azalda bilər və eyni zamanda meyvə və tərəvəzlərin məhsuldarlığını effektiv şəkildə artıra bilər.Bundan əlavə, Çinin geniş coğrafi ərazisi təbliğat üçün çox əlverişlidir.

LED bitki işıqlandırmasının elmi tədqiqatı olaraq, bunun üçün daha geniş eksperimental baza təmin edir.Şəkil 7, bu tədqiqat qrupu tərəfindən hazırlanmış, istixanalarda yetişdirmək üçün uyğun olan bir növ LED böyüyən işıqdır və onun spektri Şəkil 8-də göstərilmişdir.

Şəkil 7, bir növ LED böyüyən işıq

Şəkil 8, bir növ LED böyüyən işıq spektri

Yuxarıdakı dizayn ideyalarına əsasən, tədqiqat qrupu bir sıra eksperimentlər aparıb və eksperimental nəticələr çox əhəmiyyətlidir.Məsələn, körpələr evi zamanı işıq yetişdirmək üçün istifadə edilən orijinal lampa 32 Vt gücündə və 40 günlük körpələr evi dövrü olan flüoresan lampadır.Fidan dövriyyəsini 30 günə qədər qısaldan, fidan emalatxanasında lampaların temperaturunun təsirini effektiv şəkildə azaldan və kondisionerin enerji sərfiyyatına qənaət edən 12 Vt gücündə LED işığı təqdim edirik.Fidanların qalınlığı, uzunluğu və rəngi orijinal fidan yetişdirmə məhlulundan daha yaxşıdır.Ümumi tərəvəzlərin fidanları üçün də aşağıdakı cədvəldə ümumiləşdirilmiş yaxşı yoxlama nəticələri əldə edilmişdir.

Onların arasında əlavə işıq qrupu PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1 və qırmızı-mavi nisbət: 0.6-0.7.Təbii qrupun gündüz PPFD dəyərinin diapazonu 40~800 μmol·m-2·s-1, qırmızı ilə mavinin nisbəti isə 0,6~1,2 olmuşdur.Görünür ki, yuxarıda göstərilən göstəricilər təbii yolla yetişdirilən tinglərdən daha yaxşıdır.

Nəticə

Bu məqalə bitki becərməsində LED böyüyən işıqların tətbiqi ilə bağlı ən son inkişafları təqdim edir və bitki becərməsində LED işıqlandırmasının tətbiqində bəzi anlaşılmazlıqlara işarə edir.Nəhayət, bitki becərilməsi üçün istifadə olunan LED böyüyən işıqların inkişafı üçün texniki fikirlər və sxemlər təqdim olunur.Qeyd etmək lazımdır ki, işığın quraşdırılması və istifadəsində nəzərə alınmalı olan bəzi amillər də var, məsələn, işıqla bitki arasındakı məsafə, lampanın şüalanma diapazonu və işığın necə tətbiq olunacağı kimi. normal su, gübrə və torpaq.

Müəllif: Yi Wang et al.Mənbə: CNKI