باعتباره فرعًا مهمًا من فروع الزراعة الحديثة ، أصبح مفهوم المصانع النباتية شائعًا للغاية. في بيئة الزراعة الداخلية ، تعد إضاءة النبات مصدرًا أساسيًا للطاقة لعملية التمثيل الضوئي. تتمتع مصابيح LED النباتية بمزايا ساحقة لا تمتلكها المصابيح التكميلية التقليدية ، وستصبح بالتأكيد الخيار الأول للأضواء الرئيسية أو التكميلية في التطبيقات التجارية الكبيرة مثل المزارع العمودية والصوبات الزراعية.
النباتات هي واحدة من أكثر أشكال الحياة تعقيدًا على هذا الكوكب. زراعة النباتات بسيطة للغاية ولكنها صعبة ومعقدة أيضًا. بالإضافة إلى إضاءة المصنع ، هناك العديد من المتغيرات التي تؤثر على بعضها البعض ، وتحقيق التوازن بين هذه المتغيرات هو فن رائع يحتاج المزارعون إلى فهمه وإتقانه. ولكن فيما يتعلق بإضاءة المصنع ، لا تزال هناك العديد من العوامل التي يجب مراعاتها بعناية.
أولاً ، دع&يفهم طيف الشمس وامتصاص النباتات لهذا الطيف. كما يتضح من الشكل أدناه ، فإن الطيف الشمسي هو طيف مستمر ، حيث يكون الطيف الأزرق والأخضر أقوى من الطيف الأحمر ، ويتراوح طيف الضوء المرئي من 380 إلى 780 نانومتر. هناك العديد من عوامل الامتصاص الرئيسية لنمو النبات ، وتختلف أطياف امتصاص الضوء للعديد من الأكسينات الرئيسية التي تؤثر على نمو النبات بشكل كبير. لذلك ، فإن تطبيق مصابيح نمو النبات LED ليس بالأمر السهل ، ولكنه مستهدف للغاية. من الضروري هنا تقديم مفاهيم أهم عنصرين لنمو نبات التمثيل الضوئي.
يعتمد التمثيل الضوئي للنباتات على الكلوروفيل في البلاستيدات الخضراء ، والتي تعد واحدة من أهم الأصباغ المتعلقة بعملية التمثيل الضوئي. إنه موجود في جميع الكائنات الحية التي يمكنها إنشاء عملية التمثيل الضوئي ، بما في ذلك النباتات الخضراء والنباتات بدائية النواة. الطحالب الخضراء المزرقة (البكتيريا الزرقاء) والطحالب حقيقية النواة. يمتص الكلوروفيل طاقة الضوء ويصنع ثاني أكسيد الكربون والماء في هيدروكربونات.
الكلوروفيل أ أخضر مزرق ويمتص الضوء الأحمر بشكل أساسي ؛ الكلوروفيل ب أصفر وأخضر ويمتص بشكل أساسي الضوء الأزرق البنفسجي. بشكل أساسي لتمييز نباتات الظل عن نباتات الشمس. نسبة الكلوروفيل ب إلى الكلوروفيل أ في نباتات الظل صغيرة ، لذلك يمكن لنباتات الظل استخدام الضوء الأزرق بقوة والتكيف مع النمو في الظل. هناك نوعان من الامتصاص القوي للكلوروفيل أ والكلوروفيل ب: المنطقة الحمراء ذات الطول الموجي من 630 ~ 680 نانومتر ، والمنطقة الزرقاء البنفسجية بطول موجة من 400 ~ 460 نانومتر.
الكاروتينات (الكاروتينات) مصطلح عام لفئة من الأصباغ الطبيعية المهمة ، والتي توجد عادة في الأصباغ الصفراء أو البرتقالية أو الحمراء في الحيوانات والنباتات العليا والفطريات والطحالب. حتى الآن ، تم اكتشاف أكثر من 600 كاروتينات طبيعية. لا تقوم الكاروتينات المنتجة في الخلايا النباتية بامتصاص الطاقة ونقلها للمساعدة في تقدم عملية التمثيل الضوئي فحسب ، بل لها أيضًا وظيفة حماية الخلايا من التدمير بواسطة جزيئات أكسجين رابطة الإلكترون المفرد. تمتص الكاروتينات الضوء في حدود 303 ~ 505 نانومتر. أنها توفر لون الطعام وتؤثر على جسم الإنسان&تناول الطعام ؛ في الطحالب والنباتات والكائنات الحية الدقيقة ، لا يمكن عرض لونها بسبب تغطيتها بالكلوروفيل.
في عملية تصميم واختيار مصابيح LED النباتية ، هناك العديد من سوء الفهم الذي يجب تجنبه ، خاصة في الجوانب التالية.
1.نسبة الطول الموجي الأحمر والأزرق لطول موجة الضوء
نظرًا لأن منطقتي الامتصاص الرئيسيتين لعملية التمثيل الضوئي لمصنعين ، يجب أن يكون الطيف المنبعث من مصابيح LED للنباتات هو الضوء الأحمر والضوء الأزرق بشكل أساسي. لكن لا يمكن قياسه ببساطة بنسبة الأحمر إلى الأزرق. على سبيل المثال ، نسبة الأحمر إلى الأزرق هي 4: 1 ، 6: 1 ، 9: 1 وهكذا.
الأنواع النباتية متنوعة للغاية ولها عادات مختلفة ، ومراحل النمو المختلفة لها أيضًا احتياجات مختلفة للتركيز على الضوء. يجب أن يكون الطيف المطلوب لنمو النبات طيفًا مستمرًا بعرض توزيع معين. من الواضح أنه من غير المناسب استخدام مصدر ضوء مصنوع من شريحتين محددتين بطول موجة من الأحمر والأزرق مع طيف ضيق للغاية. في التجارب ، وجد أن النباتات تميل إلى أن تكون صفراء ، وسيقان الأوراق خفيفة جدًا ، وسيقانها رقيقة جدًا. كان هناك عدد كبير من الدراسات حول استجابة النباتات للأطياف المختلفة في البلدان الأجنبية ، مثل تأثير جزء الأشعة تحت الحمراء على الفترة الضوئية ، وتأثير الجزء الأصفر والأخضر على تأثير التظليل ، وتأثير الجزء الأرجواني على مقاومة الآفات والأمراض والمغذيات وهلم جرا.
في التطبيقات الفعلية ، غالبًا ما يتم حرق الشتلات أو ذبلها. لذلك ، يجب تصميم هذه المعلمة وفقًا لأنواع النباتات وبيئة النمو وظروفه.
2. الضوء الأبيض العادي والطيف الكامل
تأثير الضوء&مثل ؛ ينظر&مثل ؛ بواسطة النباتات تختلف عن العين البشرية. لا يمكن لمصابيح الضوء الأبيض المستخدمة لدينا أن تحل محل ضوء الشمس&، مثل أنابيب الضوء الأبيض الثلاثة الأساسية المستخدمة على نطاق واسع في اليابان. استخدام هذه الأطياف له تأثير معين على نمو النباتات ، لكن التأثير ليس جيدًا مثل مصدر الضوء الذي تصنعه مصابيح LED. .
بالنسبة للأنابيب الفلورية ذات الثلاثة ألوان الأساسية المستخدمة بشكل شائع في السنوات السابقة ، على الرغم من تصنيع الأبيض ، يتم فصل أطياف الأحمر والأخضر والأزرق ، وعرض الطيف ضيق جدًا ، والجزء المستمر من الطيف ضعيف نسبيًا. في الوقت نفسه ، لا تزال الطاقة كبيرة نسبيًا مقارنة بمصابيح LED ، من 1.5 إلى 3 أضعاف استهلاك الطاقة. تعمل مجموعة كاملة من مصابيح LED المصممة خصيصًا لإضاءة المصنع على تحسين الطيف. على الرغم من أن التأثير البصري لا يزال أبيضًا ، إلا أنه يحتوي على الجزء المهم من الضوء المطلوب لعملية التمثيل الضوئي للنبات.
3. معامل شدة الإضاءة PPFD
تعد كثافة تدفق التمثيل الضوئي (PPFD) معلمة مهمة لقياس شدة الضوء للنباتات. يمكن التعبير عنها إما بالكميات الضوئية أو بالطاقة المشعة. يشير إلى كثافة تدفق الإشعاع الفعال للضوء في عملية التمثيل الضوئي ، والتي تمثل العدد الإجمالي للكميات الضوئية التي تقع على سيقان أوراق النبات في نطاق الطول الموجي من 400 إلى 700 نانومتر لكل وحدة زمنية ووحدة مساحة. وحدتها هي μE · m-2 · s-1 (μmol · m-2 · s-1). يشير الإشعاع النشط ضوئيًا (PAR) إلى إجمالي الإشعاع الشمسي بطول موجة في حدود 400 إلى 700 نانومتر.
تعني نقطة تعويض الضوء للنباتات ، والتي تسمى أيضًا نقطة تعويض الضوء ، أن PPFD يجب أن يكون أعلى من هذه النقطة حتى يكون التمثيل الضوئي أكبر من التنفس ، ونمو النبات أكبر من الاستهلاك قبل أن تنمو النباتات. النباتات المختلفة لها نقاط مختلفة لتعويض الضوء ، ولا يمكن اعتبارها مجرد وصول إلى مؤشر معين ، مثل PPFD أكبر من 200 ميكرولتر · م 2 · ث -1.
شدة ضوء مقياس الإنارة المستخدم في الماضي هو السطوع ، لكن بسبب تغير طيف نمو النبات بسبب ارتفاع مصدر الضوء من النبات ، وتغطية الضوء ، وما إذا كان الضوء يمكن أن يمر عبر الأوراق ، وما إلى ذلك ، يتم استخدامه كضوء عند دراسة التمثيل الضوئي. المؤشرات القوية ليست دقيقة بما فيه الكفاية ، ويستخدم PAR الآن في الغالب.
بشكل عام ، يمكن بدء آلية التمثيل الضوئي بواسطة النبات الإيجابي PPFD> ؛ 50 ميكرومول · م -2 · ث -1 ؛ بينما يحتاج مصنع التظليل PPFD فقط إلى 20 ميكرولتر م. لذلك ، عند تثبيت مصباح مصنع LED ، يمكنك تثبيته وتعيينه وفقًا لهذه القيمة المرجعية ، وتحديد ارتفاع التثبيت المناسب ، وتحقيق قيمة PPFD المثالية والتوحيد على سطح الورقة.
4. صيغة خفيفة
صيغة الضوء هي مفهوم جديد تم اقتراحه مؤخرًا ، والذي يتضمن بشكل أساسي ثلاثة عوامل: جودة الضوء وكمية الضوء ومدته. افهم ببساطة أن جودة الضوء هي الطيف الأكثر ملاءمة لعملية التمثيل الضوئي للنبات ؛ كمية الضوء هي قيمة PPFD المناسبة والتوحيد ؛ المدة هي القيمة التراكمية للإشعاع ونسبة النهار إلى الليل. اكتشف المزارعون الهولنديون أن النباتات تستخدم نسبة الأشعة تحت الحمراء إلى الضوء الأحمر للحكم على التغيير بين النهار والليل. تزداد نسبة الأشعة تحت الحمراء بشكل كبير عند غروب الشمس ، وتستجيب النباتات بسرعة للنوم. بدون هذه العملية ، سيستغرق المصنع عدة ساعات لإكمال هذه العملية.
في التطبيقات العملية ، من الضروري تجميع الخبرة من خلال الاختبار واختيار أفضل مجموعة.
