1. Znanstveni kodeks fotosinteze: kvantni dialog med rastlinami in svetlobo
Klorofil in karotenoidi so pigmenti, ki absorbirajo določene valovne dolžine svetlobe med fotosintezo v rastlinah. Klorofil a/b absorbira največ svetlobe v območju rdeče svetlobe 620–680 nm in modre svetlobe 430–460 nm. Karotenoidi pomagajo absorbirati svetlobo v modro-vijoličnem svetlobnem območju 400–500 nm. Ta naravni izbor izhaja iz tega, kako je sončni spekter razpršen po površini Zemlje: rdeča svetloba predstavlja približno 42 % vidne svetlobe, modra svetloba pa približno 10 %. Ravno to rastline potrebujejo za zajemanje svetlobe.
Sistem zaznavanja svetlobe rastline sestavljata fitokrom in kriptokrom. 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). Rastline lahko spremenijo svoj razvoj glede na to, koliko svetlobe dobijo, zahvaljujoč temu sistemu za uravnavanje svetlobe-na molekularni ravni.
Kvantitativna analiza PPFD (gostota toka fotosintetskih fotonov) in YPFD (gostota pretoka fotonov pri izkoristku) pojasnjuje temeljno naravo učinkovitosti osvetlitve. PPFD 1 μmol/m²/s pomeni, da vsak kvadratni meter prejme 1 mikromolarni foton na sekundo. YPFD pa na drugi strani kaže, kako dobro se uporablja svetlobna energija z upoštevanjem fotosintetskih prispevkov različnih valovnih dolžin. 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 "Light Formula" v rastlinskih tovarnah01)(1)Tovarna rastlin Yangling uporablja tri-dimenzionalni 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 1:1 rdeča modra svetloba "sitnega lahkega obroka" 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.
(2) 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.
(3) "Revolucija svetlobne učinkovitosti" v kmetijstvu
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
(1) 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 %.
(2) 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.
(3) 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 %.
