1. Uredba o kakovosti svetlobe: kršitev kodeksa rastlinske svetlobe
Rastline so precej izbirčne glede uporabe svetlobe. Rastline lahko za fotosintezo absorbirajo le vidno svetlobo v območju 400–700 nm (kar predstavlja približno 43–52,5 % sončnega sevanja). Glavni absorpcijski vrhovi so rdeča svetloba (610–720 nm) in modra svetloba (400–510 nm). LED luči za rastline uporabljajo fotoelektrične zmogljivosti polprevodniških materialov za oddajanje svetlobe samo ene barve naenkrat. Prav tako lahko dosežejo fino kontrolo spektra s kombiniranjem čipov.
660nm rdeča svetloba lahko vklopi rastlinske fotosenzitivne pigmente, kar rastlinam pomaga proizvesti več klorofila in shraniti več ogljikovih hidratov. Ko se količina rdeče svetlobe v rastlinah paradižnika poveča na 60 %, se vsebnost topnega sladkorja v sadju poveča za 18 %, vsebnost vitamina C pa za 25 %. Študija kmetijske univerze v Nanjingu je pokazala, da so se segmenti stebel krizanteme ukoreninili 100 % časa, ko so bili izpostavljeni rdeči svetlobi, kar je bilo 40 % več korenin, kot če so bili izpostavljeni naravni svetlobi.
Pravila za modro svetlobo: 450 nm modra svetloba je najpomembnejša za tvorbo klorofila ter rast stebel in listov. V okolju s 30 % modre svetlobe so imeli listi solate 22 % več klorofila, njena stebla pa so bila 15 % debelejša. Modra svetloba lahko prepreči tudi, da bi rastline preveč rasle, zaradi česar so bolj kompaktne in jim pomaga bolje izkoristiti prostor.
730 nm daleč rdeča svetloba deluje z rastlinskim fotosenzibilizatorjem B (PhyB) za modulacijo raztezanja celic in časa cvetenja. Če rastlinam jagod dodamo 10 % daleč rdeče svetlobe, lahko internodije plazečih stebel skrajšamo za 20 % in pospešimo zorenje plodov za 5 dni.
Simulacija celotnega-spektra: vrhunski-sistemi LED lahko kopirajo sončni spekter, ki vključuje ultravijolično svetlobo (380–400 nm) in infrardečo svetlobo (700–1000 nm). Rastline lahko tvorijo več sekundarnih presnovkov, vključno z likopenom in antocianini, ko so izpostavljene UV svetlobi. Infrardeča svetloba pomaga rastlinam dihati in ohranjati pravo temperaturo.
2. Nadzor jakosti svetlobe in fotoperiode: zagotavljanje, da so razvojne potrebe natančno izpolnjene
Pri rastlinski fotosintezi obstajajo svetlobne kompenzacijske točke (kjer je stopnja fotosinteze enaka stopnji dihanja) in točke nasičenosti s svetlobo (kjer se stopnja fotosinteze ne poveča z več svetlobe). Sistem LED uporablja tehnologijo pametnega zatemnitve za samodejno prilagajanje potrebam rastlin v različnih fazah rasti.
V fazi sadike uporabite mešanico 40 % modre svetlobe in 50 % rdeče svetlobe, da pomagate koreninam pri rasti in razširitvi listov. Na kmetiji Yuntai v Lianyungangu, v inteligentni sobi za gojenje Phalaenopsis, dodatna LED lučka skrajša čas ukoreninjenja tkiv-vzgojenih sadik za 7 dni in poveča stopnjo visoko-kakovostnih sadik za 30 %.
V obdobju prehranske rasti povečajte količino rdeče svetlobe (60–70 %), da pospešite fotosintezo v listih. Ta spektralna formula skrajša cikel rasti solate v tovarni s 60 dni na 45 dni in poveča donos na enoto površine za 40 %.
Reproduktivno obdobje rasti: Za cvetenje rastlin spremenite razmerje med rdečo in daleč rdečo svetlobo (5:1). Da ne bodo preveč zrasli, dodajte modro svetlobo. Ta predlog zvišuje vsebnost sladkorja v jagodah za 15 % in premakne tržni čas za 10 dni naprej.
Regulacija fotocikla: Uporabite časovnik, da čas cvetenja rastlin sledi cirkadianemu ciklu. V pogojih 12 ur svetlobe in 12 ur teme rastline kratkega dneva, kot so krizanteme, zacvetijo 20 dni prej, kot bi v svojem domačem okolju.
3. Pametni nadzorni sistem: ustvarjanje svetlobnega okolja, ki je zaprt-krog
Novi sistem osvetlitve rastlin LED uporablja senzorje IoT, algoritme AI in aktuatorje za uravnavanje svetlobnega okolja v zaprti zanki.
Plast okoljskega zaznavanja: uporabite svetlobne kvantne senzorje (za merjenje PPFD), spektralne analizatorje in opremo za spremljanje fenotipa rastlin, da pridobite-časovne podatke o intenzivnosti svetlobe, spektralni porazdelitvi in rastnih faktorjih rastlin.
Plast za sprejemanje odločitev: Algoritmi umetne inteligence spreminjajo spektralne formule in trajanje svetlobe v realnem času na podlagi modelov rasti rastlin. Na primer, če se koncentracija klorofila v listih paradižnika zmanjša, sistem samodejno poveča količino rdeče svetlobe in luči ostanejo prižgane dlje časa.
Izvršni sloj: uporaba zatemnjenega gonilnega modula LED za brezstopenjsko zatemnitev od 0 % do 100 %. Pri več-sistemu gojenja lahko prilagodite vsako plast osvetlitve posebej, da zagotovite enakomerno svetlobo.
Skupina, zadolžena za upravljanje z energijo: Skupna uporaba fotonapetostnih naprav za proizvodnjo energije in naprav za shranjevanje energije, da kar najbolje izkoristijo energijo. Shanghai Sunqiao Modern Agricultural Development Zone uporablja integrirano tehnologijo za shranjevanje svetlobe, ki zmanjša porabo energije sistema LED za 30 % in emisije ogljika za 45 %.
4. Tehnološki preboj: od laboratorija do tovarne
LED luči za rastline so se skozi čas spreminjale na tri načine:
Prva generacija (2000–2010) je bila večinoma sestavljena iz rdečih in modrih LED, ki so delovale samo v eni barvi. Imeli so svetlobni izkoristek približno 50 lm/W in se niso dobro ujemali s spektrom. Večinoma so jih uporabljali za znanstvenoraziskovalno dejavnost.
Druga generacija (2010–2020): Ustvarjena več-kombinacija LED z več-valovno dolžino z boljšo svetlobno učinkovitostjo (150 lm/W), vključena funkcija inteligentnega zatemnitve in začela se je široko uporabljati v proizvodnji v rastlinjakih.
Tretja generacija (2020 do zdaj): svetlobna učinkovitost je presegla 250 lm/W zahvaljujoč LED s kvantnimi pikami in perovskitnimi materiali, ki omogočajo dinamični nadzor celotnega spektra. Kmetijska univerza v Nanjingu je izdelala LED svetilko za tkivne kulture, ki deluje 50.000 ur, porabi 69,7 % manj električne energije kot fluorescenčne sijalke in se povrne v 1,5 letih.
5. Primer uporabe: izboljšanje kmetijske proizvodnje
Kmetija Lianyungang Yuntai uporablja LED luči za rastline v 10-plastnem tridimenzionalnem stojalu za gojenje. Zaradi tega je gostota sajenja Phalaenopsis trikrat večja, pridelek na enoto površine desetkrat večji kot v standardnih rastlinjakih, poraba vode pa za 90 % manjša.
Pekinški rastlinjak Xiaotangshan ima sistem dodatne osvetlitve z dvojnim načinom top+inter plant, ki se samodejno vklopi, ko intenzivnost svetlobe pade pod 200 μmol/m²/s. To skrajša rastni cikel zelene zelenjave za 15 dni in izpolnjuje merila kakovosti Evropske unije.
Na univerzi Wageningen na Nizozemskem je bil zgrajen prvi predstavitveni projekt "Plant Factory 5.0" na svetu. Uporablja LED svetlobno regulacijo okolja za pridelavo 100 kilogramov paradižnika na kvadratni meter na leto in porabi 92 % svetlobne energije Zemljine površine.
