一, Základy fotobiologie: Jak rostliny absorbují a reagují na světlo
Chloroplasty v rostlinách obsahují fotosyntetické pigmenty, které jim umožňují absorbovat určité vlnové délky světla. Hlavními pásy, které řídí fotosyntézu, jsou červené světlo (600–700 nm) a modré světlo (400–500 nm). Červené světlo řídí morfogenezi světla pomocí fotosenzitivních pigmentů, které prodlužují stonky a vytvářejí sacharidy; modré světlo zastaví přílišný růst stonků, způsobí akumulaci chlorofylu a bílkovin prostřednictvím kryptochromu a prodlouží stonky. Když je poměr červeného a modrého světla 4:1, experimenty ukázaly, že akumulace sušiny hlávkového salátu se ve srovnání s monochromatickým světlem zvýší o 30 % a obsah chlorofylu se zvýší o 22 %.
Poměr daleko červeného světla (700–800 nm) k červenému světlu (R/FR) je také velmi důležitý pro růst rostlin. Rostliny prodlouží uzliny stonku a rozšíří plochu listů prostřednictvím „odezvy vyhýbání se stínu“, aby soutěžily o světelné zdroje, když poměr R/FR klesne. Tato technika je velmi zásadní pro plodiny, které jsou sázeny blízko sebe, jako jsou rajčata pěstovaná vertikálně, kde změna poměru R/FR může snížit výšku rostliny o 18 % a zvýšit produkci plodů o 15 %.
2, Výhody technologie LED: Přesné ovládání a revoluce v energetické účinnosti
1. Spektrální laditelnost: velký krok vpřed od monochromatického světla k celému spektru
Konvenční světelné zdroje, jako jsou vysokotlaké sodíkové výbojky (HPS), zaměřují svá spektra na žluté-zelené světlo (550–600 nm). Na druhou stranu rostliny absorbují pouze méně než 5 % zeleného světla. Technologie LED dokáže velmi přesně měnit spektrum světla tím, že ovládá čipy červeného, modrého a bílého světla odděleně. Například LED růstová lampa FloraFlex používá 660nm tmavě červené světlo, 450nm modré světlo a 5000K bílé světlo. Má hustotu fotosyntetického toku fotonů (PPFD) 1200 μmol/m²/s, což je o 40 % energeticky{14}}účinnější než výbojky HPS.
2. Vlastnosti zdroje studeného světla: Překročení geografických limitů
LED diody mají jas více než 200 lm/W a produkují pouze 1/5 tepla než výbojky HPS. Díky této vlastnosti může být LED světelná deska umístěna blízko rostlinného baldachýnu (10–30 cm daleko), čímž je intenzita světla na jednotku plochy 3–5krát silnější. Na vertikální farmě v Shenzhenu se používá více-vrstvý trojrozměrný pěstební systém LED{10}}. Tato technologie využívá půdu 8krát efektivněji než typické farmy a využívá o 92 % méně vody.
3. Ovládání dynamického světelného prostředí, které napodobuje přirozené rytmy
LED dokáže dynamicky měnit jas, barvu a trvání světla pomocí chytrého řídicího systému. Například během fáze sazenice salátu může 16hodinový cyklus modrého světla a 8hodinového červeného světla zvýšit klíčivost semen ze 78 % na 92 %. Také během období indukce kvetení může zvýšení množství daleko červeného světla z 5 % na 15 % způsobit, že chryzantémy vykvetou o 7 dní dříve.
3, Případy použití v průmyslu: od laboratoře po komerční výrobu
1. Plant factory: standard pro výrobu věcí v továrnách
Mirai Corporation provozuje největší továrnu na světě v Japonsku, která se rozkládá na ploše 23 000 metrů čtverečních a používá pouze LED světla. Ročně vyrobí 30 000 kg zeleniny. Systém může automaticky měnit spektrální vzorec tím, že sleduje faktory prostředí v reálném čase. Například červené a modré světlo jsou hlavními barvami během období nutričního růstu (poměr 3:1) a daleko červené světlo se přidává během období reprodukčního růstu (R/FR=0.8). To má za následek obsah VC, který je 1,8krát vyšší než u venkovního pěstování salátu.
2. Vertikální zemědělství: změna ve způsobu, jakým města využívají prostor
Společnost Sky Greens v Singapuru navrhla -trojrozměrný rostoucí stojan ve tvaru A- se světelnými proužky LED na každé vrstvě, které lze nastavit do různých úhlů. K pěstování listové zeleniny se používá čas-sdílení dodávek světla „ranní červené světlo + odpolední modré světlo“. To zvyšuje výnos na jednotku plochy čtyřnásobně ve srovnání s typickým plochým hospodařením. Tato technologie byla protlačena do míst, kde je těžké se dostat k vodě, jako je Dubaj, kde se spotřebuje pouze 2,5 litru vody na kilogram zeleniny.
3. Domácí zahradničení: zvýšení popularity personalizované výsadby
Pro balkónové rostliny jsou nyní k dispozici LED truhlíky s nastavitelným spektrem. Například řada AeroGarden má červená, modrá a bílá LED světla, která lze regulovat pomocí aplikace a zkrátit tak růstový cyklus rostlin vanilky o 30 %, pokud jde o délku a intenzitu světla. Přidáním LED světel na místa s omezeným osvětlením, jako jsou balkóny směřující na sever, mohou stonky zeleného břečťanu prodloužit o 44 % a listy o 15 % širší.
4, Problémy a trendy v oboru
1. Technická překážka: optimalizace spektra a udržení nízkých nákladů
Náklady na nákup LED růstových světel jsou stále 2 až 3krát vyšší než u výbojek HPS. I když dlouhá životnost (přes 50 000 hodin) může ušetřit dlouhodobé-provozní náklady, technologie spektrálního přizpůsobení musí stále pokročit. Databáze "lehkého vzorce" pro různé plodiny stále není dokončena a potřebuje mnohem více polních testů, aby bylo možné získat dostatek dat.
2. Žádné standardy: mezery v regulaci trhu
Globální trh s LED osvětlením rostlin nemá žádné konzistentní standardy a některé produkty mají potíže, jako je falešné označování spektra a podvody s energetickou účinností. „Technickou specifikaci pro LED lampy pro růst rostlin“ připravuje čínské ministerstvo zemědělství a venkova. Bude specifikovat požadované standardy pro důležité faktory včetně PPFD a poměru R/FR.
3. Trajektorie inovací směřuje k inteligenci a multifunkční integraci.
V budoucnu budou LED růstová světla schopna ovládat „teplotu světla a vlhkost vzduchu“ najednou. Systém GrowWise společnosti Philips v Nizozemsku například využívá světelné panely LED se senzory, které sledují, jak rychle rostliny procházejí, a automaticky mění intenzitu světla. To umožňuje lepší využití vodních zdrojů o 60 %.
