1. Reglementarea calității luminii: încălcarea codului luminii plantei
Plantele sunt destul de pretențioase cu privire la modul în care folosesc lumina. Plantele pot absorbi doar lumina vizibilă în intervalul 400–700 nm (care reprezintă aproximativ 43%–52,5% din radiația solară) pentru fotosinteză. Principalele vârfuri de absorbție sunt lumina roșie (610–720nm) și lumina albastră (400–510nm). Luminile cu LED-uri pentru instalații folosesc capacitățile fotoelectrice ale materialelor semiconductoare pentru a trimite lumină de o singură culoare la un moment dat. De asemenea, pot realiza un control fin al spectrului prin combinarea cipurilor.
Lumina roșie de 660 nm poate activa pigmenții fotosensibili ai plantelor, ceea ce ajută plantele să producă mai multă clorofilă și să stocheze mai mulți carbohidrați. Când cantitatea de lumină roșie din plantele de tomate crește până la 60%, conținutul de zahăr solubil al fructelor crește cu 18%, iar conținutul de vitamina C crește cu 25%. Un studiu de la Universitatea Agricolă Nanjing a constatat că segmentele de tulpină de crizantemă s-au înrădăcinat 100% din timp atunci când au fost expuse la lumină roșie, ceea ce a reprezentat cu 40% mai multe rădăcini decât atunci când au fost expuse la lumină naturală.
Reguli pentru lumina albastră: lumina albastră de 450 nm este cea mai importantă pentru producerea clorofilei și creșterea tulpinilor și a frunzelor. Într-un cadru cu 30% lumină albastră, frunzele de salată aveau cu 22% mai multă clorofilă, iar tulpinile sale erau cu 15% mai groase. De asemenea, lumina albastră poate opri plantele să crească prea mult, făcându-le mai compacte și le poate ajuta să utilizeze mai bine spațiul.
Lumina roșie de departe de 730 nm funcționează cu fotosensibilizatorul B (PhyB) pentru plante pentru a modula alungirea celulelor și timpul de înflorire. Adăugarea de 10% lumină roșie îndepărtată la plantele de căpșuni poate face ca internodurile tulpinilor târâtoare să fie cu 20% mai scurte și să accelereze coacerea fructelor cu 5 zile.
Simulare cu-spectru complet: sistemele LED-de ultimă generație pot copia spectrul solar, care include lumina ultravioletă (380–400 nm) și lumină infraroșie (700–1000 nm). Plantele pot produce mai mulți metaboliți secundari, inclusiv licopen și antociani, atunci când sunt expuse la lumina UV. Lumina infraroșie ajută plantele să respire și să rămână la temperatura potrivită.
2. Controlul intensității luminii și fotoperioadei: asigurați-vă că nevoile de dezvoltare sunt satisfăcute exact
În fotosinteza plantelor, există puncte de compensare a luminii (unde rata fotosintetică este egală cu rata respirației) și puncte de saturație a luminii (unde rata fotosintetică nu crește cu mai multă lumină). Sistemul LED folosește tehnologia de reglare inteligentă pentru a se adapta automat la nevoile plantelor în diferite stadii de creștere.
În timpul etapei de răsad, utilizați un amestec de 40% lumină albastră și 50% lumină roșie pentru a ajuta rădăcinile să crească și frunzele să se extindă. La Ferma Yuntai din Lianyungang, în camera de cultivare inteligentă pentru Phalaenopsis, lumina suplimentară LED reduce timpul de înrădăcinare a răsadurilor-de țesut-cultivate cu 7 zile și crește rata de răsad-de înaltă calitate cu 30%.
În timpul perioadei de creștere nutrițională, creșteți cantitatea de lumină roșie (60%–70%) pentru a accelera fotosinteza în frunze. Această formulă spectrală scurtează ciclul de creștere al salatei într-o fabrică de la 60 de zile la 45 de zile și crește randamentul pe unitate de suprafață cu 40%.
Perioada de creștere a reproducerii: Pentru a face plantele să înflorească, schimbați raportul dintre lumina roșie și roșie îndepărtată (5:1). Pentru a le împiedica să crească prea mult, adăugați lumină albastră. Această propunere crește conținutul de zahăr al căpșunilor cu 15% și avansează timpul de piață cu 10 zile.
Reglarea fotociclului: Folosiți un cronometru pentru a face ca timpul de înflorire a plantelor să urmeze un ciclu circadian. În condiții de 12 ore de lumină și 12 ore de întuneric, plantele de zi scurtă precum crizantemele înfloresc cu 20 de zile mai devreme decât ar fi în mediul lor nativ.
3. Sistem de control inteligent: crearea unui mediu luminos care este în buclă-închisă
Noul sistem de iluminare cu LED-uri a instalației folosește senzori IoT, algoritmi AI și dispozitive de acționare pentru a regla mediul de lumină într-o buclă închisă.
Stratul de percepție a mediului: utilizați senzori cuantici de lumină (pentru a măsura PPFD), analizoare de spectru și echipamente pentru a monitoriza fenotipul plantelor pentru a obține date-în timp real despre intensitatea luminii, distribuția spectrală și factorii de creștere a plantelor.
Strat pentru luarea deciziilor: algoritmii AI modifică formulele spectrale și durata luminii în timp real, pe baza modelelor de creștere a plantelor. De exemplu, dacă concentrația de clorofilă din frunzele de roșii scade, sistemul crește automat cantitatea de lumină roșie și menține luminile aprinse mai mult timp.
Strat executiv: Folosind un modul driver LED reglabil pentru a obține o diminuare continuă de la 0% la 100%. Într-un sistem de cultivare cu mai multe-straturi, puteți regla fiecare strat de iluminare separat pentru a vă asigura că lumina este uniformă.
Echipa responsabilă cu managementul energiei: Folosind împreună dispozitive de generare a energiei fotovoltaice și de stocare a energiei pentru a utiliza cât mai mult energia. Zona de dezvoltare agricolă modernă Shanghai Sunqiao utilizează o tehnologie integrată de stocare a luminii care reduce consumul de energie al sistemului LED cu 30% și emisiile de carbon cu 45%.
4. Descoperire tehnologică: de la laborator la fabrică
Luminile LED pentru plante s-au schimbat în trei moduri de-a lungul timpului:
Prima generație (2000–2010) a fost compusă în mare parte din LED-uri roșii și albastre care funcționau doar într-o singură culoare. Aveau o eficiență luminoasă de aproximativ 50lm/W și nu se potriveau foarte bine cu spectrul. Acestea au fost utilizate în principal pentru activități de cercetare științifică.
A doua generație (2010–2020): a creat un LED combinat cu mai multe-lungimi de undă cu o eficiență mai bună a luminii (150lm/W), a inclus o funcție inteligentă de reglare a luminii și a început să fie utilizat pe scară largă în producția de seră.
A treia generație (2020 până în prezent): Eficiența luminii a depășit 250 lm/W datorită LED-urilor cu puncte cuantice și materialelor perovskite, care permit controlul dinamic al spectrului complet. Universitatea Agricolă din Nanjing a produs o lampă LED pentru cultură de țesuturi care durează 50.000 de ore, folosește cu 69,7% mai puțină energie electrică decât lămpile fluorescente și se amortiza în 1,5 ani.
5. Caz de aplicare: îmbunătățirea producției agricole
Ferma Lianyungang Yuntai folosește lumini LED pentru plante într-un raft de creștere tridimensional cu 10-straturi. Acest lucru face ca densitatea de plantare a Phalaenopsis să fie de trei ori mai mare, randamentul pe unitate de suprafață de zece ori mai mare decât în serele standard și consumul de apă cu 90% mai mic.
Sera Beijing Xiaotangshan are un sistem de iluminare suplimentară dublu mod superior și inter plantă, care se aprinde automat când intensitatea luminii scade sub 200 μ mol/m²/s. Acest lucru scurtează ciclul de creștere al legumelor verzi cu 15 zile și îndeplinește criteriile de calitate ale Uniunii Europene.
Primul proiect demonstrativ „Plant Factory 5.0” din lume a fost construit la Universitatea Wageningen din Olanda. Utilizează reglementarea mediului cu lumină LED pentru a crește 100 de kilograme de roșii pe metru pătrat pe an și utilizează 92% din energia luminoasă de suprafață a Pământului.
