1. Den spektrale kode for fotosyntese i planter
Kloroplaster har fotosystem I og II, som er ret kræsne med hensyn til de spektre, de bruger til at omdanne lysenergi til kemisk energi. Klorofyl a/b absorberer lys bedst i de 660 nm røde og 450 nm blå lysbånd. Disse bånd tegner sig for mere end 90 % af lysenergiomdannelsen. Carotenoider hjælper med at absorbere blåt-violet lys mellem 400 og 500 nm, hvilket skaber et system, der fanger to typer lys. Når mængden af rødt lys er 80 %, viser eksperimenter, at fotosyntesehastigheden i tomater kan stige med 50 %, og vægten af en enkelt frugt kan stige med 14 % til 30 %. Yunnan rosenplantningsbasen bruger blåt lys for at gøre stilkene 20 % tykkere og kronbladene 35 % mere ensartede i farven.
Planter kan reflektere op til 60 % af grønt lys (520–610 nm), men dette lys kan øge den fotosyntetiske effektivitet af de nederste blade med 18 %, når det passerer gennem baldakinen. Mitsubishi Chemicals forsøg i Japan afslørede, at tilføjelse af 5 % grønt lys til det røde blå kompositlys øgede salatproduktionen med 12 %. Dette løste problemet med lystab ved plantning med høj-densitet. "Skyggeeffekten" af langt rødt lys (730nm) forhindrer stængler i at vokse længere og tilskynder blomsterknopper til at differentiere sig. Dette kan få frugtfasen i jordbærproduktionen til at vare 7 til 10 dage længere.
2. LED-teknologiens spektrale revolution
Tre store problemer med traditionelle lyskilder er, at-højtryksnatriumlamper kun omdanner 12 % af den elektriske energi til fotosyntetisk aktiv stråling, fluorescerende lampespektre er op til 40 % lavere end hvad planter har brug for, og metalhalogenlamper afgiver for meget-infrarød stråling, hvilket får planter til at vokse for hurtigt. Og LED har gjort nøjagtig spektrumtilpasning mulig ved at komme med nye halvledermaterialer:
Monokromatisk optisk chipteknologi: den kan udsende uberørte spektre med en maksimal bølgelængdefejl på ± 2nm takket være InGaN/GaN materialekombinationen. Osram i Tyskland laver chipsene i OSLON Square-serien, som er 300 % mere effektive end almindelige lyskilder i det 660nm røde lysbånd.
Dynamisk spektralstyring: Ved hjælp af IoT-teknologi ændrer Philips GrowWise-systemet de spektrale forhold baseret på planternes vækststadier. For at stoppe hypokotylforlængelse hæves mængden af blåt lys til 30% i frøplantestadiet. For at hjælpe blomsterknopper med at differentiere sig hæves mængden af rødt lys til 85% i blomstringsfasen. Brug af langt rødt lys i frugtperioden får frugten til at vokse sig større.
Gennembrud i håndtering af varme: Brug af keramiske substrater og flydende køleteknikker til at holde temperaturen på LED'er under 45 grader. Den producerer 60 % mindre varme end almindelige lyskilder, så lys kan placeres kun 15 cm væk fra plantekronen, og den udnytter pladsen 4 gange bedre.
3. Landbrugets "Lyskontrollerede æra".
Det intelligente drivhus i Shouguang, Shandong, bruger LED-lys til at hjælpe med at dyrke tomater. Denne teknologi producerer 60 kg/m² tomater om året, hvilket er tre gange mere end traditionelle metoder. Plantning af "tre-dimensionelle hylder" er muliggjort ved at bruge et 6:1-forhold mellem rødt og blåt lys. Dette øger outputeffektiviteten pr. arealenhed med 500 %. Ørkendrivhuset i Indre Mongoliet giver agurker 4 til 6 ekstra timers lys hver dag på overskyede og snedækkede dage (med en intensitet på 200 μ mol/m ² · s). Det får agurkerne til at vokse 25 % mere, end de normalt ville, hvilket løser problemet med lav produktivitet i dårligt vejr.
LED-teknologien ændrer måden, tingene fremstilles på i plantefabrikkernes rige. Mirai Company i Japan anvender fuldspektrum LED-lys (inklusive UV-A 380nm og langt rødt lys 730nm) for at øge indholdet af C-vitamin i salat med 18 % og anthocyaninniveauet med 25 %. Ved at kontrollere fotoperioden (16 timers rødt lys og 8 timers mørke), reduceres den tid, det tager for jordbær at modne, til en tredjedel af den tid, det tager for almindelig plantning. Det betyder, at jordbær er tilgængelige hele året rundt.
4. Ændringer i teknologi og trends i industrien
Den nuværende LED-plantebelysning er nu i sin tredje iteration af udvikling:
Quantum dot LED: Brug af nanokrystallinske materialer til at opnå kontinuerlig spektral afstemning over hele området af bølgelængder fra 380 til 850 nm, med en lyseffektivitet på mere end 4 μ mol/J.
Biofeedback-system: en indbygget klorofylfluorescenssensor, realtidsovervågning af den faktiske fotokemiske effektivitet af PSII og dynamisk optimering af lysformlen.
AI Light Environment Modeling: Brug dyb læringsteknikker til at skabe en digital tvillingmodel af plantevækstspektrummiljøet, så du kan foretage præcise forudsigelser og kontrol.
MarketsandMarkets siger, at det globale plantebelysningsmarked vil stige med en hastighed på 22,5 % om året og nå 18,6 milliarder dollars i 2027. Kina er den største producent og har bygget en komplet industriel kæde, der går fra at lave chips til at sætte systemer sammen. Virksomheder som Huawei og Sanan Optoelectronics presser på for brugen af 5G+LED smarte landbrugsløsninger.
5. Problemer og hvad du skal gøre næste gang
Selvom teknologien hele tiden bliver bedre, har sektoren stadig tre store problemer at håndtere:
Startomkostninger: Små og mellemstore-virksomheder er mindre tilbøjelige til at bruge fuldspektrum LED-systemer, fordi det tager 3 til 5 år at betale sig.
Ingen standarder: Der er ikke noget globalt certificeringssystem for let formel, hvilket fører til forskellige resultater, når det bruges.
Energieffektivitetsflaskehals: Den fotoelektriske konverteringseffektivitet i det fjerne røde lysbånd (700–800 nm) er mindre end 60 % af den i rødt lys. Det betyder, at materialevidenskaben skal gøre store fremskridt.
Industrien vil fokusere på tre hovedområder for innovation over de næste fem år:
Spektrumgenredigering: Brug af CRISPR-teknologi til at dyrke afgrødetyper, der reagerer bedre på bestemte spektre.
Foto-CO₂ Collaborative Regulation: Oprettelse af et system, der forbinder mængden af lys og kuldioxid i luften for at udnytte lysenergien bedre.
Rumlandbrugsapplikationer: Skab en unik spektrumløsning til Mars' atmosfære, som er 95 % CO₂, for at sikre fødevaresikkerhed til udforskning af det dybe rum.
6. Eksempler fra det virkelige-liv og økonomiske gevinster
Tomatplantning i Shandong Shouguang: Med et LED-system, der havde et rødt-blåt lysforhold på 8:1, steg antallet af frugter pr. plante fra 12 til 18, sukkerindholdet steg med 1,5 grader, og outputværdien pr. acre var mere end 500.000 yuan.
Yunnan Flower Base: Ved at bruge blåt lys til at ændre tykkelsen af rosenstængler er procentdelen af blomster på -niveau steget fra 65 % til 82 %, og prisen pr. enhed for eksport er steget med 30 %.
Midt i Mongoliets ørkendrivhus: Når det er -20 grader om vinteren, hjælper LED-lys agurker med at vokse 2,3 gange mere end i almindelige drivhuse og udnytter vand og gødning bedre med 40 %.
