소개

빛은 식물 성장 과정에서 중요한 역할을합니다. 식물 엽록소의 흡수와 카로틴과 같은 다양한 식물 성장 품질의 흡수를 촉진하는 것이 가장 좋은 비료입니다. 그러나 식물의 성장을 결정하는 결정적인 요인은 조명뿐만 아니라 물, 토양 및 비료의 구성, 성장 환경 조건 및 포괄적 인 기술 제어와 관련이없는 포괄적 인 요소입니다.

지난 2 ~ 3 년 동안, 3 차원 식물 공장 또는 식물 성장에 관한 반도체 조명 기술의 적용에 대한 끝없는보고가있었습니다. 그러나 그것을주의 깊게 읽은 후에는 항상 불안한 느낌이 있습니다. 일반적으로 말하면, 식물 성장에서 어떤 역할 조명이 작용 해야하는지에 대한 진정한 이해가 없습니다.

먼저, 그림 1과 같이 태양의 스펙트럼을 이해합시다. 태양 스펙트럼은 연속 스펙트럼이며, 파란색과 녹색 스펙트럼이 적색 스펙트럼보다 강하고 가시 광선 스펙트럼의 범위라는 것을 알 수있다. 380 ~ 780 nm. 자연에서 유기체의 성장은 스펙트럼의 강도와 관련이 있습니다. 예를 들어, 적도 근처의 지역의 대부분의 식물은 매우 빠르게 자랍니다. 동시에 성장의 크기는 비교적 큽니다. 그러나 태양 조사의 높은 강도가 항상 더 나은 것은 아니며 동물과 식물의 성장에 어느 정도의 선택성이 있습니다.

그림 1, 태양 스펙트럼의 특성 및 가시 광선 스펙트럼

둘째, 식물 성장의 여러 주요 흡수 요소의 두 번째 스펙트럼 다이어그램이도 2에 도시되어있다.

그림 2, 식물 성장에서 몇몇 옥신의 흡수 스펙트럼

그림 2에서 식물 성장에 영향을 미치는 몇몇 주요 옥신의 광 흡수 스펙트럼이 상당히 다르다는 것을 알 수있다. 따라서 LED 식물 성장 조명의 적용은 단순한 문제가 아니라 매우 목표입니다. 여기서 가장 중요한 두 개의 광합성 식물 성장 요소의 개념을 소개해야합니다.

• 엽록소

엽록소는 광합성과 관련된 가장 중요한 안료 중 하나입니다. 녹색 식물, 원핵 생물 청색 조류 (시아 노 박테리아) 및 진핵 생식 조류를 포함하여 광합성을 생성 할 수있는 모든 유기체에 존재합니다. 엽록소는 빛의 에너지를 흡수 한 다음, 이산화탄소를 탄수화물로 전환시키는 데 사용됩니다.

엽록소 A는 주로 붉은 빛을 흡수하고 엽록소 B는 주로 청색 산 식물을 흡수하여 주로 그늘 식물을 태양 식물과 구별합니다. 엽록소 B 대 엽록소 A의 비율은 그늘 식물의 비율이 작기 때문에 그늘 식물은 푸른 빛을 강하게 사용하고 그늘에서 자라는 데 적응할 수 있습니다. 엽록소 A는 청록색이고 엽록소 B는 황록색입니다. 엽록소 A와 엽록소 B의 두 가지 강한 흡수가 있으며, 하나는 적색 영역에 630-680 nm, 다른 하나는 파장 영역에서 400-460 nm의 파장을 갖는다.

• 카로티노이드

카로티노이드는 동물, 고등 식물, 곰팡이 및 조류에서 일반적으로 발견되는 중요한 천연 안료 종류의 일반적인 용어입니다. 지금까지 600 개가 넘는 천연 카로티노이드가 발견되었습니다.

카로티노이드의 빛 흡수는 OD303 ~ 505 nm의 범위를 포함하여 음식의 색을 제공하고 신체의 음식 섭취에 영향을 미칩니다. 조류, 식물 및 미생물에서 그 색은 엽록소로 덮여 있으며 나타날 수 없습니다. 식물 세포에서, 카로티노이드는 광합성을 돕기 위해 에너지를 흡수하고 전달했을뿐만 아니라, 단일 전자 결합 산소 분자에 의해 세포가 파괴되는 것을 방지하는 기능을 가지고있다.

개념적 오해

에너지 절약 효과에 관계없이, 빛의 선택성과 빛의 조정, 반도체 조명은 큰 이점을 보여 주었다. 그러나 지난 2 년간의 빠른 발전으로 인해 우리는 빛의 설계 및 적용에 대한 많은 오해를 보았으며, 이는 주로 다음 측면에 반영됩니다.

rest 특정 파장의 빨간색과 파란색 칩이 특정 비율로 결합 된 한, 식물 재배에 사용할 수 있습니다. 예를 들어 빨강 대 파란색의 비율은 4 : 1, 6 : 1, 9 : 1 등입니다. 에.

right 흰색 빛인 한 일본에서 널리 사용되는 3 차례의 백색광 튜브 등과 같은 태양의 빛을 대체 할 수 있습니다. 이러한 스펙트럼의 사용은 식물의 성장에 특정한 영향을 미칩니다. LED가 만든 광원만큼 좋지 않습니다.

gilemination 조명의 중요한 매개 변수 인 PPFD (광자수 플럭스 밀도)가 특정 지수에 도달하는 한, PPFD는 200 μmol · M-2 · S-1보다 큽니다. 그러나이 지표를 사용할 때는 그늘 식물인지 태양 식물인지에주의를 기울여야합니다. 이 플랜트의 조명 보상 포화 점을 쿼리하거나 찾아야합니다. 실제 응용 분야에서 묘목은 종종 연소되거나 시들어집니다. 따라서이 매개 변수의 설계는 식물 종, 성장 환경 및 조건에 따라 설계되어야합니다.

첫 번째 측면과 관련하여, 소개에 도입 된 바와 같이, 식물 성장에 필요한 스펙트럼은 특정 분포 너비의 연속 스펙트럼이어야한다. 매우 좁은 스펙트럼으로 빨간색과 청색의 두 개의 특정 파장 칩으로 만든 광원을 사용하는 것은 분명히 부적절합니다 (그림 3 (a)에 표시). 실험에서 식물은 황색을 앓고있는 경향이 있고 잎 줄기는 매우 가볍고 잎 줄기는 매우 얇습니다.

전년도에 일반적으로 사용 된 3 가지 1 차 색상의 형광성 튜브의 경우 흰색이 합성되었지만 빨간색, 녹색 및 청색 스펙트럼은 분리되어 있으며 (그림 3 (b)와 같이), 스펙트럼의 폭은 매우 좁습니다. 다음 연속 부분의 스펙트럼 강도는 상대적으로 약하고, 전력은 에너지 소비의 1.5 ~ 3 배 LED에 비해 상대적으로 크다. 따라서 사용 효과는 LED 조명만큼 좋지 않습니다.

그림 3, 빨간색 및 블루칩 LED 플랜트 조명 및 3 차적 형광등 스펙트럼

PPFD는 광합성에서의 효과적인 방사선 광 플럭스 조명 밀도를 나타내며, 이는 단위 시간 및 단위 영역 당 400 ~ 700 nm의 파장 범위에서 식물 잎 줄기에 사고의 총 광자 수를 나타냅니다. . 그 단위는 μe · m-2 · s-1 (μmol · m-2 · s-1)입니다. 광합성 활성 방사선 (PAR)은 400 내지 700 nm 범위의 파장을 갖는 총 태양 방사선을 나타냅니다. 그것은 빛 Quanta 또는 빛나는 에너지로 표현할 수 있습니다.

과거에는 일루미노 미터에 의해 반사 된 빛의 강도는 밝기 였지만, 식물의 빛의 높이, 빛 커버리지 및 빛이 잎을 통과 할 수 있는지 여부로 인해 식물 성장 스펙트럼이 변합니다. 따라서, 광합성 연구에서 PAR을 빛의 강도의 지표로 사용하는 것은 정확하지 않다.

일반적으로, 광합성 메커니즘은 태양을 좋아하는 식물의 PPFD가 50 μmol · M-2 · S-1보다 클 때 시작될 수 있으며, 그늘진 식물의 PPFD는 20 μmol · m-2 · S-1 만 필요합니다. . 따라서 LED를 구매할 때이 기준 값과 심은 식물의 유형에 따라 LED 성장 조명의 수를 선택할 수 있습니다. 예를 들어, 단일 LED LGHT의 PPFD가 20 μmol · M-2 · S-1 인 경우, 태양을 좋아하는 식물을 재배하려면 3 개 이상의 LED 식물 전구가 필요합니다.

반도체 조명의 여러 설계 솔루션

반도체 조명은 식물 성장 또는 심기에 사용되며 두 가지 기본 기준 방법이 있습니다.

• 현재 실내 심기 모델은 중국에서 매우 뜨겁습니다. 이 모델에는 몇 가지 특성이 있습니다.

LED 조명의 역할은 전체 스펙트럼의 플랜트 조명을 제공하는 것이며, 조명 시스템은 모든 조명 에너지를 제공하기 위해 필요하며 생산 비용은 비교적 높습니다.
LED 성장 조명의 설계는 스펙트럼의 연속성과 무결성을 고려해야합니다.
plants 식물이 몇 시간 동안 휴식을 취하게하는 등 조명 시간과 조명 강도를 효과적으로 제어해야합니다. 조사의 강도는 충분하지 않거나 너무 강하지 않습니다. 등;
전체 공정은 습도, 온도 및 CO2 농도와 같은 야외 식물의 실제 최적 성장 환경에 필요한 조건을 모방해야합니다.

• 좋은 야외 온실 식재 재단이있는 야외 심기 모드. 이 모델의 특성은 다음과 같습니다.

LED 조명의 역할은 조명을 보충하는 것입니다. 하나는 식물의 광합성을 촉진하기 위해 낮에는 햇빛의 조사하에 파란색과 빨간색 영역의 빛 강도를 향상시키는 것이며, 다른 하나는 밤에 햇빛이 없을 때 식물 성장률을 촉진하기 위해 보상하는 것입니다.
epupplementary 보충 조명은 묘목 기간이나 개화 및 과일 기간과 같이 식물이 어떤 성장 단계에 있는지 고려해야합니다.

따라서 LED 플랜트 재배 조명의 설계에는 먼저 24 시간 조명 (실내)과 식물 성장 보충 조명 (실외)의 두 가지 기본 설계 모드가 있어야합니다. 실내 식물 재배의 경우, LED 성장 조명의 설계는 그림 4와 같이 세 가지 측면을 고려해야합니다. 특정 비율로 칩을 세 가지 기본 색상으로 포장 할 수 없습니다.

그림 4, 24 시간 조명에 실내 LED 플랜트 부스터 조명을 사용하는 설계 아이디어

예를 들어, 보육 단계의 스펙트럼의 경우, 뿌리와 줄기의 성장을 강화하고 잎의 분지를 강화하고 광원이 실내에서 사용되며, 스펙트럼은 그림 5와 같이 설계 될 수 있습니다.

그림 5, LED 실내 보육 기간에 적합한 스펙트럼 구조

두 번째 유형의 LED Grow Light의 설계를 위해, 주로 야외 온실의 기저부에 심기를 촉진하기 위해 빛을 보충하는 설계 솔루션을 목표로합니다. 설계 아이디어는 그림 6에 나와 있습니다.

그림 6, 야외 재배 조명의 설계 아이디어 

저자는 더 많은 심기 회사가 두 번째 옵션을 채택하여 LED 조명을 사용하여 식물의 성장을 촉진한다고 제안합니다.

우선, 중국의 야외 온실 재배는 남쪽과 북쪽에서 수십 년과 광범위한 경험을 가지고 있습니다. 온실 재배 기술의 좋은 기초가 있으며 주변 도시를 위해 시장에 많은 신선한 과일과 채소를 제공합니다. 특히 토양과 물 및 비료 심기 분야에서 풍부한 연구 결과가 이루어졌습니다.

둘째, 이러한 종류의 보충 조명 솔루션은 불필요한 에너지 소비를 크게 줄일 수 있으며 동시에 과일과 채소의 수율을 효과적으로 증가시킬 수 있습니다. 또한 중국의 광대 한 지리적 영역은 승진에 매우 편리합니다.

LED 식물 조명의 과학적 연구로서, 그것은 또한 더 넓은 실험 기반을 제공합니다. 그림 7 은이 연구 팀이 개발 한 일종의 LED 성장 광으로 온실에서 자라는 데 적합하며 스펙트럼은 그림 8에 나와 있습니다.

그림 7, 일종의 LED가 빛을 키 웁니다

그림 8, 일종의 LED의 스펙트럼은 빛을 성장합니다.

위의 디자인 아이디어에 따르면, 연구팀은 일련의 실험을 수행했으며 실험 결과는 매우 중요합니다. 예를 들어, 보육원에서 조명이 자라는 경우, 사용 된 원래의 램프는 32W의 전력과 40 일의 보육주기의 형광등입니다. 우리는 12W LED 조명을 제공하여 묘목주기를 30 일로 단축하고 묘목 워크샵에서 램프의 온도의 영향을 효과적으로 줄이고 에어컨의 전력 소비를 절약합니다. 묘목의 두께, 길이 및 색상은 원래 묘목 재배 용액보다 낫습니다. 일반적인 야채의 묘목의 경우, 다음 표에 요약 된 좋은 검증 결론도 얻었습니다.

그중, 보충 광 그룹 PPFD : 70-80 μmol · M-2 · S-1 및 적색 블루 비율 : 0.6-0.7. 천연 그룹의 주간 PPFD 값의 범위는 40 ~ 800 μmol · M-2 · S-1이었고, 빨간색과 청색의 비율은 0.6 ~ 1.2였다. 위의 지표는 자연적으로 재배 된 묘목의 지표보다 낫다는 것을 알 수 있습니다.

결론

이 기사는 식물 재배에 LED 성장 조명을 적용하는 최신 개발을 소개하고 식물 재배에서 LED 성장 조명을 적용하는 데있어서 몇 가지 오해를 지적합니다. 마지막으로, 식물 재배에 사용되는 LED 재배 조명의 개발을위한 기술적 아이디어와 계획이 도입됩니다. 빛과 식물 사이의 거리, 램프의 방사선 조사 범위 및 빛을 정상적인 물, 비료 및 토양.

저자 : Yi Wang et al. 출처 : CNKI