1. Регулиране на качеството на светлината: Нарушаване на кодекса за осветление на растенията
Растенията са доста придирчиви по отношение на това как използват светлината. Растенията могат да абсорбират само видима светлина в диапазона 400–700 nm (което прави около 43%–52,5% от слънчевата радиация) за фотосинтеза. Основните пикове на абсорбция са червена светлина (610–720 nm) и синя светлина (400–510 nm). Светодиодните осветителни тела за растения използват фотоелектричните способности на полупроводниковите материали, за да изпращат светлина само от един цвят наведнъж. Те могат също така да постигнат фин контрол на спектъра чрез комбиниране на чипове.
Червената светлина от 660 nm може да включи растителните фоточувствителни пигменти, което помага на растенията да произвеждат повече хлорофил и да съхраняват повече въглехидрати. Когато количеството червена светлина в доматените растения се повиши до 60%, съдържанието на разтворима захар в плодовете се повишава с 18%, а съдържанието на витамин С се повишава с 25%. Проучване от Нанкинския селскостопански университет установи, че сегментите на стъблото на хризантемата се вкореняват 100% от времето, когато са изложени на червена светлина, което е 40% повече корени, отколкото когато са изложени на естествена светлина.
Правила за синя светлина: Синята светлина от 450 nm е най-важната за производството на хлорофил и отглеждането на стъбла и листа. В среда с 30% синя светлина листата на марулята имат 22% повече хлорофил, а стъблата й са с 15% по-дебели. Синята светлина също може да попречи на растенията да растат твърде много, което ги прави по-компактни и им помага да използват пространството по-добре.
730nm далечна червена светлина работи с растителен фотосенсибилизатор B (PhyB), за да модулира клетъчното удължаване и времето на цъфтеж. Добавянето на 10% далечна червена светлина към ягодовите растения може да направи междувъзлията на пълзящите стъбла с 20% по-къси и да ускори узряването на плодовете с 5 дни.
Симулация на пълен-спектър: LED системите от висок-клас могат да копират слънчевия спектър, който включва ултравиолетова светлина (380–400 nm) и инфрачервена светлина (700–1000 nm). Растенията могат да произвеждат повече вторични метаболити, включително ликопен и антоцианини, когато са изложени на UV светлина. Инфрачервената светлина помага на растенията да дишат и да поддържат правилната температура.
2. Контролиране на интензитета на светлината и фотопериода: гарантиране, че нуждите за развитие са точно изпълнени
При фотосинтезата на растенията има точки на светлинна компенсация (където скоростта на фотосинтеза е равна на скоростта на дишане) и точки на насищане на светлина (където скоростта на фотосинтеза не се повишава с повече светлина). LED системата използва интелигентна технология за затъмняване, за да се адаптира автоматично към нуждите на растенията в различни етапи на растеж.
По време на етапа на разсад, използвайте смес от 40% синя светлина и 50% червена светлина, за да помогнете на корените да растат и листата да се разширят. Във фермата Yuntai в Lianyungang, в стаята за интелигентно култивиране на Phalaenopsis, допълнителната LED светлина съкращава времето за вкореняване на тъканно-култивираните разсади със 7 дни и повишава скоростта на високо-качествените разсади с 30%.
По време на хранителния период на растеж, увеличете количеството червена светлина (60%–70%), за да ускорите фотосинтезата в листата. Тази спектрална формула съкращава цикъла на растеж на марулята във фабрика от 60 дни на 45 дни и повишава добива от единица площ с 40%.
Репродуктивен период на растеж: За да накарате растенията да цъфтят, променете съотношението на червената към далечната червена светлина (5:1). За да не растат твърде много, добавете синя светлина. Това предложение повишава съдържанието на захар в ягодите с 15% и измества пазарното време с 10 дни напред.
Регулиране на фотоцикъла: Използвайте таймер, за да накарате времето на цъфтежа на растенията да следва циркаден цикъл. При условия на 12 часа светлина и 12 часа тъмнина растенията с къс ден като хризантемите цъфтят 20 дни по-рано, отколкото биха цъфнали в родната си среда.
3. Интелигентна система за управление: създаване на светлинна среда, която е затворен-контур
Новата LED система за осветление на растенията използва IoT сензори, AI алгоритми и задвижващи механизми за регулиране на светлинната среда в затворен цикъл.
Слой за възприемане на околната среда: Използвайте светлинни квантови сензори (за измерване на PPFD), спектрални анализатори и оборудване за наблюдение на фенотипа на растенията, за да получите-данни в реално време за интензитета на светлината, спектралното разпределение и растежните фактори на растенията.
Слой за вземане на решения: AI алгоритмите променят спектралните формули и продължителността на светлината в реално време въз основа на модели за това как растенията растат. Например, ако концентрацията на хлорофил в листата на доматите намалее, системата автоматично увеличава количеството червена светлина и държи светлините включени за по-дълго време.
Изпълнителен слой: Използване на димируем светодиоден драйверен модул за получаване на безстепенно затъмняване от 0% до 100%. В много-система за култивиране на няколко слоя можете да регулирате всеки слой осветление отделно, за да сте сигурни, че светлината е равномерна.
Екип, отговарящ за управлението на енергията: Използване на фотоволтаични устройства за генериране на енергия и съхранение на енергия заедно, за да се използва максимално енергията. Модерната зона за развитие на селското стопанство в Шанхай Sunqiao използва интегрирана технология за съхранение на светлина, която намалява потреблението на енергия от LED системата с 30% и въглеродните емисии с 45%.
4. Технологичен пробив: От лабораторията до фабриката
LED светлините за растения са се променили по три начина през времето:
Първото поколение (2000–2010) се състои предимно от червени и сини светодиоди, които работят само в един цвят. Те имаха светлинна ефективност от около 50lm/W и не пасваха много добре на спектъра. Те са били използвани най-вече за научноизследователска дейност.
Второ поколение (2010–2020): Създаде комбиниран светодиод с много-дължини на вълната с по-добра светлинна ефективност (150lm/W), включи функция за интелигентно затъмняване и започна да се използва широко в оранжерийното производство.
Трето поколение (от 2020 г. до сега): Светлинната ефективност е надхвърлила 250 lm/W благодарение на светодиодите с квантови точки и перовскитните материали, които позволяват динамичен контрол на пълния спектър. Аграрният университет в Нанкин произведе LED лампа за тъканни култури, която издържа 50 000 часа, използва 69,7% по-малко електроенергия от флуоресцентните лампи и се изплаща за 1,5 години.
5. Случай на приложение: подобряване на селскостопанското производство
Фермата Lianyungang Yuntai използва LED светлини за растения в 10-слойна, триизмерна стойка за отглеждане. Това прави гъстотата на засаждане на Phalaenopsis три пъти по-висока, добивът от единица площ десет пъти по-висок, отколкото в стандартните оранжерии, а потреблението на вода е с 90% по-малко.
Оранжерията Beijing Xiaotangshan разполага със система за допълнително осветление с двоен режим на топ+между растенията, която се включва автоматично, когато интензитетът на светлината падне под 200 μ mol/m²/s. Това съкращава цикъла на растеж на зелените зеленчуци с 15 дни и отговаря на критериите за качество на Европейския съюз.
Първият в света демонстрационен проект "Plant Factory 5.0" е изграден в университета Wageningen в Холандия. Той използва регулиране на околната среда с LED светлина, за да отглежда 100 килограма домати на квадратен метър годишно и използва 92% от светлинната енергия на повърхността на Земята.
