1. Znanstvena osnova fotosinteze: kvantni dialog med rastlinami in svetlobo Spektralne potrebe za fotosintezo
Klorofil in karotenoidi so glavni deli rastlinske fotosinteze. Absorbirajo določene valovne dolžine svetlobe. V območju rdeče svetlobe 620–680 nm in modre svetlobe 430–460 nm klorofil a/b absorbira največ svetlobe. V območju modro vijolične svetlobe 400–500 nm karotenoidi pomagajo pri absorpciji. Ta naravni izbor izhaja iz tega, kako se je sončni spekter razširil, ko se je Zemlja razvijala. Rdeča svetloba predstavlja približno 42 % vidne svetlobe na površini, medtem ko modra svetloba predstavlja približno 10 %. Ravno to rastline potrebujejo za zajemanje svetlobe.
Regulacija fotoperiode in morfologije svetlobe
Kriptokrom in fitokrom sestavljata rastlinski sistem za opazovanje svetlobe. Rdeča svetloba (660 nm) spremeni obliko fotoobčutljivega pigmenta Pr v Pfr, kar povzroči fiziološke reakcije, kot sta kalitev semena in zaviranje raztezanja stebla. Daljnja rdeča svetloba (730 nm) deluje nasprotno. Kriptohrom nadzira odpiranje in zapiranje stomatov, cirkadiane ritme in proizvodnjo antocianinov z zaznavanjem modre svetlobe (450 nm). Ta mehanizem za uravnavanje svetlobe-na molekularni ravni omogoča rastlinam, da spremenijo svoj razvoj glede na to, koliko svetlobe dobijo.
Številke, ki kažejo, kako dobro deluje fotosinteza
PPFD (gostota pretoka fotosintetskih fotonov) in YPFD (gostota pretoka fotonov) sta dve pomembni številki, ki povesta, kako dobro deluje svetloba. PPFD 1 μ mol/m²/s pomeni pridobitev 1 mikromolarnega fotona na sekundo na kvadratni meter. YPFD po drugi strani daje boljšo sliko o tem, kako dobro se uporablja svetlobna energija, tako da upošteva, koliko k fotosintezi prispevajo različne valovne dolžine. Ko je solata izpostavljena spektru modre svetlobe 40 %, ima 20 % več vitamina C in 15 % debelejše liste. Ko rdeča svetloba predstavlja 60 % svetlobe, se količina suhe snovi poveča za 25 %.
2. Kmetijska revolucija tehnologije LED: prehod iz laboratorija v tovarno (1) Revolucija "formule svetlobe" v rastlinskih tovarnah
Tovarna rastlin Yangling uporablja-tridimenzionalni sistem gojenja s plastmi, vsaka plast pa ima svoj spektralni nadzorni modul. "Mehka lahka hrana" s 60 % modre svetlobe se uporablja za pomoč pri rasti korenin in odebeljenju stebel med fazo sadike. Med obdobjem prehranske rasti "lahek obrok sitosti" rdeče modre svetlobe 1:1 pospeši kopičenje fotosintetskih produktov. V obdobju reproduktivne rasti se poveča količina daleč rdeče svetlobe, da se nadzoruje čas cvetenja in kakovost plodov. To dinamično spektralno upravljanje omogoča, da solata proizvede 2500 semen na dan na 1469 kvadratnih metrov, kar je 50-krat več kot na običajnih kmetijah.
Motor, ki ga poganja svetloba za pospešitev razmnoževanja
Z upravljanjem fotoperiode lahko tehnološki center Yangling skupine Sinochem Syngenta na Kitajskem vsako leto pridela pet generacij koruze. Tehnologija LED v pametnem rastlinjaku posnema tropsko sončno svetlobo in skrajša reprodukcijski cikel s 120 dni na 48 dni. Metoda za uravnavanje kakovosti svetlobe je povečala aktivacijo cvetnega prahu moškega klasja za 30 %, stopnje oprašitve samic klasja za 25 %, mase 1000 zrn pa za 5 gramov na hektar. Sistem okoljskega nadzora IoT naredi vzrejo 2,5-krat bolj učinkovito kot stari terenski način.
"Revolucija svetlobne učinkovitosti" v kmetijskem gospodarstvu
Kmetijska zadruga Baoshihong v okrožju Yanggao v provinci Shanxi kaže, da je uporaba LED luči povečala število plasti sadja na rastlinah paradižnika s treh na pet in letni dohodek iz vsakega rastlinjaka za 20.000 juanov. 700 juanov na sezono za elektriko in 2000 juanov na sezono za prihranek gnojil je privedlo do velikih gospodarskih dobičkov. Glede na tržne podatke ima-zelenjava, pridelana v obratih, ki uporablja polnilno luč LED, 18 % več vitamina C, 22 % manj nitratov in 15 % večjo količino izdelka.
3. Tehnološki napredek in izboljšave v industriji: rast LED kmetijske razsvetljave
Natančnost v spektru
S kombiniranjem številnih čipov lahko tehnologija LED polnega spektra proizvede neprekinjen spektralni izhod 400–780 nm. Prav tako je 40 % učinkovitejša od običajnih fluorescentnih luči, s svetlobno učinkovitostjo 2,8 μmol/J. Navpična kmetija Qingdao uporablja lastniško spektralno zasnovo, ki skrajša čas, potreben za rast solate, za 15 dni in količino energije, ki jo porabi, za 35 %.
Revolucija v energetski učinkovitosti
Tretja generacija LED čipa poveča svetlobni izkoristek na 3,2 μ mol/J. Deluje z inteligentnim mehanizmom za zatemnitev, ki vam zagotavlja svetlobo, ko jo potrebujete. Podatki iz demonstracijskega parka Yangling kažejo, da je dinamični nadzor osvetlitve zmanjšal porabo energije na enoto proizvodnje z 0,35 kWh/kg na 0,22 kWh/kg, kar je zdaj na mednarodni napredni ravni.
Pametna integracija
Povezovalni sistem "vodnega gnojila pri lahki temperaturi" je nastal zaradi kombinacije umetne inteligence in interneta stvari. Inteligentni sistem upravljanja v Lanjian Intelligent Technology Plant Factory zbira podatke o okolju vsakih 30 sekund in jih uporablja za optimizacijo jakosti svetlobe, spektralnega razmerja in koncentracije CO₂. Preiskava je pokazala, da je ta tehnika omogočila 18 % hitrejšo rast solate in zmanjšanje škodljivcev in okužb za 40 %.
