一, Grundlæggende om fotobiologi: Hvordan planter absorberer og reagerer på lys
Kloroplaster i planter inkluderer fotosyntetiske pigmenter, der lader dem absorbere visse bølgelængder af lys. De vigtigste bånd, der driver fotosyntesen, er rødt lys (600-700 nm) og blåt lys (400-500 nm). Rødt lys styrer lysmorfogenesen ved at bruge lysfølsomme pigmenter til at få stilkene til at vokse længere og lave kulhydrater; blåt lys forhindrer stængler i at vokse for meget, får klorofyl og protein til at akkumulere gennem kryptokrom og får stængler til at vokse længere. Når forholdet mellem rødt og blåt lys er 4:1, har forsøg vist, at tørstofophobningen af salat stiger med 30 % sammenlignet med monokromatisk lys, og klorofylindholdet stiger med 22 %.
Forholdet mellem langt rødt lys (700-800 nm) og rødt lys (R/FR) er også meget vigtigt for, hvordan planter vokser. Planter vil forlænge stængelknuder og udvide bladarealet gennem "skyggeundgåelsesresponset" for at konkurrere om lysressourcer, når R/FR-forholdet falder. Denne teknik er meget vigtig for afgrøder, der plantes tæt sammen, såsom tomater dyrket lodret, hvor ændring af R/FR-forholdet kan sænke plantehøjden med 18 % og øge frugtproduktionen med 15 %.
2, Fordele ved LED-teknologi: Nøjagtig kontrol og en revolution i energieffektivitet
1. Spektral tunability: et stort skridt fremad fra monokromatisk lys til hele spektret
Konventionelle lyskilder, såsom-højtryksnatriumlamper (HPS), fokuserer deres spektre på gult-grønt lys (550-600 nm). Planter absorberer derimod kun mindre end 5 % af grønt lys. LED-teknologi kan ændre lysspektret meget præcist ved at styre røde, blå og hvide lyschips separat. FloraFlex-seriens LED vækstlampe bruger for eksempel 660nm dybt rødt lys, 450nm blåt lys og 5000K hvidt lys. Den har en fotosyntetisk fotonfluxtæthed (PPFD) på 1200 μ mol/m ²/s, hvilket er 40 % mere energieffektivt- end HPS-lamper.
2. Egenskaber ved en kold lyskilde: At komme forbi geografiske grænser
LED'er er mere end 200 lm/W lysstærke, og de laver kun 1/5 så meget varme som HPS-lamper. På grund af denne funktion kan LED-lyspladen placeres tæt på plantekronen (10-30 cm væk), hvilket gør lysintensiteten pr. arealenhed 3-5 gange stærkere. Et flerlags LED tre--dyrkningssystem bruges i en vertikal gård i Shenzhen. Denne teknologi bruger jorden 8 gange mere effektivt end typiske gårde og bruger 92 % mindre vand.
3. Styring af et dynamisk lysmiljø, der efterligner naturlige rytmer
LED kan ændre lysstyrken, farven og varigheden af lyset dynamisk ved hjælp af et smart kontrolsystem. For eksempel kan en 16-timers blåt lys og 8-timers rød lys-cyklus under salatfrøplantestadiet øge spirehastigheden af frø fra 78% til 92%. Også i løbet af blomstringsinduktionsperioden kan en forøgelse af mængden af langt rødt lys fra 5% til 15% få krysantemum til at blomstre 7 dage tidligere.
3, Use cases i industrien: fra laboratoriet til kommerciel produktion
1. Plantefabrik: en standard for fremstilling af ting på fabrikker
Mirai Corporation driver verdens største plantefabrik i Japan, som dækker et areal på 23000 kvadratmeter og kun anvender LED-lys. Den laver 30.000 kg grøntsager om året. Systemet kan automatisk ændre spektralformlen ved at holde øje med miljøfaktorer i realtid. Rødt og blåt lys er f.eks. hovedfarverne i næringsvækstperioden (forhold 3:1), og langt rødt lys tilføjes i den reproduktive vækstperiode (R/FR=0.8). Dette resulterer i et VC-indhold, der er 1,8 gange højere end ved udendørs plantning i salat.
2. Vertikalt landbrug: en ændring i den måde, byer bruger rummet på
Sky Greens i Singapore designede et A-formet tre--dyrkningsstativ med LED-lysstrimler på hvert lag, der kan justeres til forskellige vinkler. "Rødt morgenlys + eftermiddagsblåt lys"-tids-deling af lysforsyningstilgang bruges til at dyrke bladgrøntsager. Dette øger udbyttet pr. arealenhed med fire gange sammenlignet med typisk fladt landbrug. Denne teknologi er blevet skubbet til steder, hvor vand er svært at få, som Dubai, hvor den kun bruger 2,5 liter vand pr. kilogram grøntsager.
3. Havearbejde i hjemmet: gør personlig plantning mere populær
LED plantekasser med justerbart spektrum fås nu til altanplanter. For eksempel har AeroGarden-serien røde, blå og hvide LED-lys, der kan reguleres ved hjælp af en app til at reducere vækstcyklussen for vaniljeplanter med 30 % i forhold til, hvor længe og hvor lyse lysene er. Tilføjelse af LED-lys til steder med begrænset lys, såsom balkoner, der vender mod nord, kan få stænglerne af grøn vedbend til at vokse 44 % længere og bladene 15 % bredere.
4, Problemer og tendenser i branchen
1. Teknisk vejspærring: optimering af spektret og holde omkostningerne nede
Omkostningerne ved at købe LED vækstlys er stadig 2 til 3 gange højere end HPS-lamper. Selvom en lang levetid (over 50.000 timer) kan spare langsigtede-driftsudgifter, skal spektral tilpasningsteknologi stadig gøre fremskridt. "Lette formel"-databasen for forskellige afgrøder er stadig ikke færdig og har brug for mange flere marktest for at få nok data.
2. Ingen standarder: smuthuller i markedsregulering
Det globale marked for LED-plantebelysning har ikke nogen konsekvente standarder, og nogle produkter har vanskeligheder som f.eks. falsk spektrummærkning og svindel med energieffektivitet. Den "tekniske specifikation for LED-lamper til plantevækst" er skrevet af Kinas ministerium for landbrug og landdistrikter. Det vil specificere nødvendige standarder for vigtige faktorer, herunder PPFD og R/FR-forhold.
3. Innovationsbanen går mod intelligens og multifunktionel integration.
LED vækstlys vil i fremtiden kunne styre "lystemperatur fugtighed luft" på én gang. Philips' GrowWise-system i Holland anvender for eksempel LED-lystavler med sensorer til at holde øje med, hvor hurtigt planter transpirerer, og automatisk ændre lysets intensitet. Dette gør en bedre udnyttelse af vandressourcerne med 60 %.
