Ro-ràdh

Tha àite cudromach aig solas ann am pròiseas fàs planntrais. Is e an todhar as fheàrr a bhith a’ brosnachadh gabhail a-steach clorophyll planntrais agus gabhail a-steach grunn fheartan fàs planntrais leithid carotene. Ach, tha am bàillidh cinnteach a tha a’ dearbhadh fàs planntrais na fheart coileanta, chan ann a-mhàin co-cheangailte ri solas, ach cuideachd neo-sgaraichte bho rèiteachadh uisge, ùir agus todhar, suidheachadh àrainneachd fàis agus smachd teignigeach coileanta.

Anns an dà no trì bliadhna a dh’ fhalbh, tha aithisgean gun chrìoch air a bhith ann mu bhith a’ cleachdadh teicneòlas solais semiconductor a thaobh factaraidhean planntrais trì-thaobhach no fàs planntrais. Ach às deidh a leughadh gu faiceallach, tha an-còmhnaidh faireachdainn mì-chofhurtail ann. San fharsaingeachd, chan eil fìor thuigse ann air dè a’ phàirt a bu chòir a bhith aig solas ann am fàs planntrais.

An toiseach, tuigidh sinn speactram na grèine, mar a chithear ann am Figear 1. Chithear gu bheil an speactram grèine na speactram leantainneach, anns a bheil an speactram gorm is uaine nas làidire na an speactram dearg, agus tha an speactram solais faicsinneach a’ dol bho 380 gu 780 nm. Tha fàs fàs-bheairtean ann an nàdar co-cheangailte ri dian an speactram. Mar eisimpleir, bidh a 'mhòr-chuid de lusan anns an sgìre faisg air a' chrios-meadhain a 'fàs gu math luath, agus aig an aon àm, tha meud an fhàs aca gu math mòr. Ach chan eil dian irradachadh na grèine an-còmhnaidh nas fheàrr, agus tha ìre sònraichte de roghainn ann airson fàs bheathaichean is lusan.

Figear 1, Feartan speactram na grèine agus an speactram solais faicsinneach aige

San dàrna h-àite, tha an dàrna diagram speactram de ghrunn phrìomh eileamaidean in-ghabhail de fhàs planntrais air a shealltainn ann am Figear 2.

Figear 2, Spectra gabhail a-steach grunn uinneanan ann am fàs planntrais

Chithear bho Figear 2 gu bheil an speactra in-ghabhail solais de ghrunn phrìomh uinneanan a bheir buaidh air fàs planntrais gu math eadar-dhealaichte. Mar sin, chan e cuspair sìmplidh a th’ ann an cleachdadh solais fàs planntrais LED, ach gu math cuimsichte. An seo feumar bun-bheachdan an dà eileamaid fàs planntrais photosynthetic as cudromaiche a thoirt a-steach.

• Clorophyll

Is e clorophyll aon de na pigmentan as cudromaiche co-cheangailte ri photoynthesis. Tha e ann anns a h-uile fàs-bheairt as urrainn photoynthesis a chruthachadh, a’ toirt a-steach lusan uaine, lìonanaich ghorm-uaine prokaryotic (cyanobacteria) agus lìonanaich eukaryotic. Bidh clorophyll a’ gabhail a-steach lùth bho sholas, a tha an uairsin air a chleachdadh gus carbon dà-ogsaid a thionndadh gu gualaisg.

Bidh clorophyll a gu ìre mhòr a’ gabhail a-steach solas dearg, agus bidh clorophyll b sa mhòr-chuid a’ gabhail a-steach solas gorm-bhiorach, gu h-àraidh airson eadar-dhealachadh a dhèanamh air lusan dubhar bho lusan grèine. Tha an co-mheas de chlorophyll b gu clorophyll a de lusan dubhar beag, agus mar sin faodaidh planntaichean dubhar solas gorm a chleachdadh gu làidir agus atharrachadh gu bhith a’ fàs fo sgàil. Tha clorophyll a gorm-uaine, agus clorophyll b buidhe-uaine. Tha dà in-ghabhail làidir de chlorophyll a agus clorophyll b, aon anns an roinn dhearg le tonn-tonn de 630-680 nm, agus am fear eile anns an roinn gorm-bhiorach le tonn-tonn de 400-460 nm.

• Carotenoids

Is e carotenoids an teirm coitcheann airson clas de pigmentan nàdarra cudromach, a lorgar gu cumanta ann am pigmentan buidhe, orains-dearg no dearg ann am beathaichean, lusan nas àirde, fungasan agus lìonanaich. Gu ruige seo, chaidh còrr air 600 carotenoids nàdarra a lorg.

Tha in-ghabhail aotrom carotenoids a’ còmhdach an raon OD303 ~ 505 nm, a bheir seachad dath bìdh agus a bheir buaidh air na tha a’ chuirp a ’gabhail a-steach biadh. Ann an lìonanaich, lusan, agus meanbh-fhàs-bheairtean, tha a dath còmhdaichte le clorophyll agus chan urrainn dha nochdadh. Ann an ceallan planntrais, tha na carotenoids a chaidh a thoirt a-mach chan ann a-mhàin a’ gabhail a-steach agus a’ gluasad lùth gus foto-co-chur a chuideachadh, ach tha e mar dhleastanas orra cuideachd ceallan a dhìon bho bhith air an sgrios le moileciuilean ocsaidean bann aon-dealanach togarrach.

Cuid de mhì-thuigse bun-bheachdail

A dh'aindeoin a 'bhuaidh sàbhalaidh lùtha, tha taghadh solais agus co-òrdanachadh solais, solais leth-chonnsair air buannachdan mòra a nochdadh. Ach, bho leasachadh luath anns an dà bhliadhna a dh’ fhalbh, tha sinn cuideachd air mòran mì-thuigse fhaicinn ann an dealbhadh agus cleachdadh solais, a tha sa mhòr-chuid air an nochdadh anns na taobhan a leanas.

① Cho fad ‘s a tha na sgoltagan dearga is gorm de tonn-tonn sònraichte air an cur còmhla ann an co-mheas sònraichte, faodar an cleachdadh ann an àiteachadh planntrais, mar eisimpleir, is e an co-mheas de dhearg gu gorm 4: 1, 6: 1, 9: 1 agus mar sin air adhart.

② Cho fad 's gur e solas geal a th' ann, faodaidh e solas na grèine a chur an àite, leithid an tiùb solais geal trì-bhun-sgoile a thathar a 'cleachdadh gu farsaing ann an Iapan, msaa. Tha buaidh shònraichte aig cleachdadh nan speactraman sin air fàs lusan, ach tha a' bhuaidh chan eil e cho math ris an stòr solais a rinn LED.

③ Cho fad 's a ruigeas am PPFD (dùmhlachd flux cuantamach aotrom), paramadair soillseachaidh cudromach, clàr-amais sònraichte, mar eisimpleir, tha PPFD nas àirde na 200 μmol·m-2·s-1. Ach, nuair a bhios tu a 'cleachdadh a' chomharra seo, feumaidh tu aire a thoirt dha an e lus sgàil no lus grèine a th 'ann. Feumaidh tu ceasnachadh no lorg puing sùghaidh dìolaidh solais nan lusan sin, ris an canar cuideachd puing dìolaidh solais. Ann an tagraidhean fìor, bidh sìolaidhean gu tric air an losgadh no air an crìonadh. Mar sin, feumar dealbhadh a’ pharamadair seo a dhealbhadh a rèir gnè planntrais, àrainneachd fàis agus suidheachaidhean.

A thaobh a’ chiad taobh, mar a chaidh a thoirt a-steach san ro-ràdh, bu chòir gum biodh an speactram a tha a dhìth airson fàs planntrais na speactram leantainneach le leud cuairteachaidh sònraichte. Tha e follaiseach gu bheil e neo-iomchaidh stòr solais a chleachdadh air a dhèanamh de dhà chips tonn-tonn sònraichte de dhearg is gorm le speactram glè chumhang (mar a chithear ann am Figear 3(a)). Ann an deuchainnean, chaidh a lorg gu bheil lusan buailteach a bhith buidhe, tha gasan na duilleige gu math aotrom, agus tha gasan na duilleige gu math tana.

Airson pìoban flùraiseach le trì prìomh dhathan air an cleachdadh gu cumanta sna bliadhnaichean roimhe, ged a tha geal air a cho-chur, tha na speactram dearg, uaine is gorm air an sgaradh (mar a chithear ann am Figear 3(b)), agus tha leud an speactram glè chumhang. Tha dian speactram na pàirt leantainneach a leanas gu ìre mhath lag, agus tha an cumhachd fhathast an ìre mhath mòr an taca ri LEDs, 1.5 gu 3 tursan nas ìsle na caitheamh lùtha. Mar sin, chan eil a’ bhuaidh cleachdaidh cho math ri solais LED.

Figear 3, Solas planntrais LED dearg is gorm agus speactram solais flùraiseach trì-bun-dath

Is e PPFD an dùmhlachd flux cuantamach aotrom, a tha a’ toirt iomradh air an dùmhlachd solais solais rèididheachd èifeachdach ann am photoynthesis, a tha a ’riochdachadh an àireamh iomlan de thachartas quanta solais air gasan duilleag planntrais anns an raon tonn-tonn de 400 gu 700 nm gach aonad ùine agus raon aonad . 'S e an t-aonad aige μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). Tha an rèididheachd gnìomhach photoynthetically (PAR) a’ toirt iomradh air rèididheachd grèine iomlan le tonn-tonn anns an raon 400 gu 700 nm. Faodar a chuir an cèill an dàrna cuid le solas quanta no le lùth radanta.

San àm a dh’ fhalbh, b ’e soilleireachd an dian solais a bha an illuminometer a’ nochdadh, ach tha an speactram de fhàs planntrais ag atharrachadh air sgàth àirde an tàmh-àirneis solais bhon phlannt, an còmhdach solais agus an urrainn don solas a dhol tro na duilleagan. Mar sin, chan eil e ceart par a chleachdadh mar thaisbeanair air dian solais ann a bhith a’ sgrùdadh photoynthesis.

San fharsaingeachd, faodar an uidheamachd foto-co-chur a thòiseachadh nuair a tha PPFD an lus a tha dèidheil air a’ ghrian nas motha na 50 μmol·m-2·s-1, fhad ‘s nach fheum PPFD an lus dubharach ach 20 μmol·m-2·s-1 . Mar sin, nuair a bhios tu a’ ceannach solais fàs LED, faodaidh tu an àireamh de sholais fàs LED a thaghadh stèidhichte air an luach iomraidh seo agus an seòrsa planntrais a chuireas tu. Mar eisimpleir, mas e 20 μmol·m-2·s-1 am PPFD de aon LED lght, tha feum air barrachd air 3 bholgan planntrais LED gus lusan a tha dèidheil air a’ ghrian fhàs.

Grunn fhuasglaidhean dealbhaidh de sholais semiconductor

Thathas a’ cleachdadh solais semiconductor airson fàs planntrais no planntachadh, agus tha dà dhòigh fiosrachaidh bunaiteach ann.

• Aig an àm seo, tha am modail planntachaidh a-staigh gu math teth ann an Sìona. Tha grunn fheartan aig a 'mhodail seo:

① Is e dleastanas solais LED an speactram iomlan de sholais planntrais a thoirt seachad, agus tha feum air an t-siostam solais gus an lùth solais gu lèir a thoirt seachad, agus tha a’ chosgais toraidh gu ìre àrd;
② Feumaidh dealbhadh solais fàs LED beachdachadh air leantainneachd agus ionracas an speactram;
③ Feumar smachd èifeachdach a chumail air an ùine solais agus dian solais, leithid leigeil leis na lusan a bhith fois airson beagan uairean a thìde, chan eil dian an irradachaidh gu leòr no ro làidir, msaa;
④ Feumaidh am pròiseas gu lèir atharrais a dhèanamh air na suidheachaidhean a tha riatanach leis an fhìor àrainneachd fàis as fheàrr de phlanntaichean a-muigh, leithid taiseachd, teòthachd agus dùmhlachd CO2.

• Modh planntachaidh a-muigh le bunait math airson planntachadh taigh-glainne a-muigh. Tha feartan a 'mhodail seo mar a leanas:

① 'S e dleastanas solais LED a bhith a' cur ri solas. Is e aon dhiubh an dian solais àrdachadh anns na raointean gorm is dearg fo irradachadh solas na grèine tron ​​​​latha gus photoynthesis de phlanntaichean adhartachadh, agus am fear eile gus dìoladh a dhèanamh nuair nach eil solas na grèine ann air an oidhche gus ìre fàis planntrais adhartachadh.
② Feumaidh an solas leasachail beachdachadh air dè an ìre fàis anns a bheil an lus, leithid àm an t-sìolachaidh no an ùine flùraidh is toraidh.

Mar sin, bu chòir dà dhòigh dealbhaidh bunaiteach a bhith aig dealbhadh solais fàs planntrais LED, is e sin, solais 24h (a-staigh) agus solais leasachail fàs planntrais (a-muigh). Airson àiteachadh planntrais a-staigh, feumaidh dealbhadh solais fàs LED beachdachadh air trì taobhan, mar a chithear ann am Figear 4. Chan urrainnear na sgoltagan a phacadh le trì prìomh dhathan ann an tomhas sònraichte.

Figear 4, Am beachd dealbhaidh a bhith a’ cleachdadh solais àrdachadh planntrais LED a-staigh airson solais 24h

Mar eisimpleir, airson speactram anns an sgoil-àraich, leis gu feum e fàs freumhan agus gasan a neartachadh, meuran nan duilleagan a neartachadh, agus an stòr solais a chleachdadh a-staigh, faodar an speactram a dhealbhadh mar a chithear ann am Figear 5.

Figear 5, Structaran speactra a tha freagarrach airson àm sgoil-àraich a-staigh LED

Airson dealbhadh an dàrna seòrsa de LED fàs solais, tha e gu sònraichte ag amas air an dealbhadh fuasgladh solas a bharrachd a bhrosnachadh planntachadh ann am bonn an taigh-glainne a-muigh. Tha am beachd dealbhaidh air a shealltainn ann am Figear 6.

Figear 6, Beachdan dealbhaidh airson solais fàs a-muigh 

Tha an t-ùghdar a’ moladh gum bi barrachd chompanaidhean planntachaidh a’ gabhail ris an dàrna roghainn solais LED a chleachdadh gus fàs planntrais a bhrosnachadh.

An toiseach, tha mòran deicheadan de dh 'àiteachadh taigh-glainne a-muigh ann an Sìona agus raon farsaing de eòlas, an dà chuid aig deas agus tuath. Tha bunait mhath aige de theicneòlas àiteachadh taigh-glainne agus tha e a’ toirt seachad àireamh mhòr de mheasan is ghlasraich ùra air a’ mhargaidh airson na bailtean-mòra mun cuairt. Gu sònraichte ann an raon ùir agus uisge agus planntachadh todhar, chaidh toraidhean rannsachaidh beairteach a dhèanamh.

San dàrna h-àite, faodaidh an seòrsa fuasgladh solais leasachail seo lùghdachadh mòr a thoirt air caitheamh lùtha neo-riatanach, agus aig an aon àm faodaidh e toradh measan is glasraich àrdachadh gu h-èifeachdach. A bharrachd air an sin, tha sgìre cruinn-eòlasach mòr Shìona gu math goireasach airson adhartachadh.

Mar an rannsachadh saidheansail air solais planntrais LED, tha e cuideachd a’ toirt bunait deuchainneach nas fharsainge dha. Tha Fig. 7 na sheòrsa de sholas fàs LED air a leasachadh leis an sgioba rannsachaidh seo, a tha freagarrach airson fàs ann an taighean-glainne, agus tha an speactram aige air a shealltainn ann am Fig. 8.

Figear 7, Seòrsa de LED a 'fàs solas

Figear 8, speactram de sheòrsa de LED fàs solais

A rèir nam beachdan dealbhaidh gu h-àrd, rinn an sgioba rannsachaidh sreath de dheuchainnean, agus tha na toraidhean deuchainneach glè chudromach. Mar eisimpleir, airson fàs aotrom san sgoil-àraich, is e an lampa tùsail a thathar a’ cleachdadh lampa flùraiseach le cumhachd 32 W agus cearcall sgoil-àraich de 40 latha. Bidh sinn a’ toirt seachad solas 12 W LED, a ghiorraicheas an cearcall sìolachaidh gu 30 latha, a lughdaicheas gu h-èifeachdach buaidh teòthachd nan lampaichean anns a’ bhùth-obrach sìolachaidh, agus a shàbhaileas caitheamh cumhachd an inneal-adhair. Tha tiugh, fad agus dath nan sìol-chraobhan nas fheàrr na am fuasgladh togail sìol tùsail. Airson sìolaidhean glasraich cumanta, chaidh co-dhùnaidhean dearbhaidh math fhaighinn cuideachd, a tha air an geàrr-chunntas sa chlàr a leanas.

Nam measg, tha am buidheann solais leasachail PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, agus an co-mheas dearg-gorm: 0.6-0.7. B’ e an raon de luach PPFD tron ​​latha sa bhuidheann nàdarrach 40 ~ 800 μmol·m-2·s-1, agus b’ e an co-mheas de dhearg gu gorm 0.6 ~ 1.2. Chìthear gu bheil na comharran gu h-àrd nas fheàrr na an fheadhainn a th 'ann an sìol-chraobhan fàs gu nàdarra.

Co-dhùnadh

Tha an artaigil seo a’ toirt a-steach na leasachaidhean as ùire ann an cleachdadh solais fàs LED ann an àiteachadh phlanntaichean, agus a’ comharrachadh cuid de mhì-thuigse ann a bhith a’ cleachdadh solas fàs LED ann an àiteachadh planntrais. Mu dheireadh, tha na beachdan teicnigeach agus na sgeamaichean airson leasachadh solais fàs LED air an cleachdadh airson àiteachadh planntrais air an toirt a-steach. Bu chòir a thoirt fa-near gu bheil cuid de nithean ann air am feumar beachdachadh cuideachd ann an stàladh agus cleachdadh an t-solais, leithid an astar eadar an solas agus an lus, raon irradachaidh an lampa, agus mar a chuireas tu an solas an sàs le uisge àbhaisteach, todhar, agus ùir.

Ùghdar: Yi Wang et al. Stòr: CNKI