האם נורות לד יכולים לגדל צמחים?

一, יסודות הפוטוביולוגיה: כיצד צמחים סופגים ומגיבים לאור
כלורופלסטים בצמחים כוללים פיגמנטים פוטוסינתטיים המאפשרים להם לספוג אורכי גל מסוימים של אור. הרצועות העיקריות המניעות את הפוטוסינתזה הן אור אדום (600-700 ננומטר) ואור כחול (400-500 ננומטר). אור אדום שולט במורפוגנזה של האור על ידי שימוש בפיגמנטים רגישים לאור כדי לגרום לגבעולים להתארך וליצור פחמימות; האור הכחול עוצר נובעים מגדילה רבה מדי, גורם לכלורופיל וחלבון להצטבר באמצעות קריפטוכרום, וגורם לגבעולים להתארך. כאשר היחס בין אור אדום לכחול הוא 4:1, ניסויים הראו כי הצטברות החומר היבש של חסה עולה ב-30% בהשוואה לאור מונוכרומטי, ותכולת הכלורופיל עולה ב-22%.
היחס בין אור אדום רחוק (700-800 ננומטר) לאור אדום (R/FR) חשוב מאוד גם לאופן גדילת הצמחים. צמחים יאריכו את צמתי הגבעולים וירחבו את שטח העלים באמצעות "תגובת הימנעות מצל" כדי להתחרות על משאבי האור כאשר יחס ה-R/FR יורד. טכניקה זו חיונית מאוד לגידולים שנשתלים קרוב זה לזה, עגבניות כאלה הגדלות בצורה אנכית, כאשר שינוי היחס R/FR יכול להוריד את גובה הצמח ב-18% ולהעלות את תפוקת הפירות ב-15%.

2, היתרונות של טכנולוגיית LED: שליטה מדויקת ומהפכה ביעילות אנרגטית
1. כוונון ספקטרלי: צעד גדול קדימה מאור מונוכרומטי לכל הספקטרום
מקורות אור קונבנציונליים, -מנורות נתרן בלחץ גבוה (HPS), ממקדים את הספקטרום שלהם באור צהוב-ירוק (550–600 ננומטר). צמחים, לעומת זאת, סופגים רק פחות מ-5% מהאור הירוק. טכנולוגיית LED יכולה לשנות את ספקטרום האור בצורה מדויקת מאוד על ידי שליטה בשבבי אור אדום, כחול ולבן בנפרד. מנורת גידול LED מסדרת FloraFlex, למשל, משתמשת באור אדום עמוק של 660 ננומטר, אור כחול 450 ננומטר ואור לבן של 5000K. יש לו צפיפות שטף פוטון פוטוסינתטי (PPFD) של 1200 מיקרומטר מול/מ"ר לשנייה, שזה 40% יותר יעיל באנרגיה-מנורות HPS.

2. תכונות של מקור אור קר: מעבר למגבלות גיאוגרפיות
נוריות LED בהירות יותר מ-200 lm/W והן מייצרות רק 1/5 חום מאשר מנורות HPS. בגלל תכונה זו, ניתן לשים את לוח תאורת ה-LED קרוב לחופת הצמח (מרחק של 10-30 ס"מ), מה שהופך את עוצמת האור ליחידת שטח לחזקה פי 3-5. בחווה אנכית בשנג'ן נעשה שימוש במערכת גידול תלת-ממדית- רב-שכבתית. טכנולוגיה זו משתמשת בקרקע פי 8 יותר ביעילות מחוות טיפוסיות ומשתמשת ב-92% פחות מים.

3. שליטה בסביבת אור דינמית המחקה מקצבים טבעיים
LED יכול לשנות את הבהירות, הצבע ומשך האור באופן דינמי בעזרת מערכת בקרה חכמה. לדוגמה, במהלך שלב שתיל החסה, מחזור אור כחול של 16 שעות ומחזור אור אדום של 8 שעות יכול להעלות את קצב הנביטה של ​​זרעים מ-78% ל-92%. כמו כן, במהלך תקופת השראת הפריחה, הגדלת כמות האור האדום הרחוק מ-5% ל-15% יכולה לגרום לפריחת החרציות 7 ימים קודם לכן.

3, מקרי שימוש בתעשייה: מהמעבדה ועד לייצור מסחרי
1. מפעל צמח: תקן לייצור דברים במפעלים
תאגיד מיראי מנהל את מפעל המפעלים הגדול בעולם ביפן, המשתרע על פני שטח של 23,000 מ"ר ומעסיק נורות לד בלבד. זה מייצר 30000 ק"ג של ירקות בכל שנה. המערכת יכולה לשנות באופן אוטומטי את הנוסחה הספקטרלית על ידי מעקב אחר גורמים סביבתיים בזמן אמת. לדוגמה, אור אדום וכחול הם הצבעים העיקריים בתקופת הצמיחה התזונתית (יחס 3:1), ואור אדום רחוק מתווסף במהלך תקופת הגדילה של הרבייה (R/FR=0.8). זה מביא לתכולת VC הגבוהה פי 1.8 מזו של שתילה בחוץ בחסה.

2. חקלאות אנכית: שינוי באופן שבו ערים משתמשות בחלל
Sky Greens בסינגפור תכננו מתלה גידול תלת-בצורת A-עם פסי תאורה LED בכל שכבה שניתן להתאים לזוויות שונות. הגישה של "אור אדום בבוקר + אור כחול אחר הצהריים" בזמן-שיתוף האור משמשת לגידול ירקות עלים. זה מגדיל את התשואה ליחידת שטח פי ארבעה בהשוואה לחקלאות שטוחה טיפוסית. הטכנולוגיה הזו נדחקה למקומות שבהם קשה להשיג מים, כמו דובאי, שם היא משתמשת רק ב-2.5 ליטר מים לכל קילוגרם של ירקות.

3. גינון ביתי: הפיכת שתילה אישית לפופולרית יותר
קופסאות שתילה לד עם ספקטרום מתכוונן זמינות כעת עבור צמחי מרפסת. לדוגמה, לסדרת AeroGarden יש נורות LED אדומות, כחולות ולבנות הניתנות לוויסות באמצעות אפליקציה כדי לחתוך את מחזור הצמיחה של צמחי וניל ב-30% במונחים של משך הזמן והבהירות של האורות. הוספת נורות LED למקומות עם אור מוגבל, כמו מרפסות הפונות צפונה, יכולה לגרום לגבעולים של קיסוס ירוק להתארך ב-44% ולעלים רחבים ב-15%.

4, בעיות ומגמות בתעשייה
1. מחסום דרכים טכני: ייעול הספקטרום והורדת עלויות
העלות של רכישת נורות LED לצמיחת היא עדיין פי 2 עד 3 מזו של מנורות HPS. למרות שתוחלת חיים ארוכה (מעל 50,000 שעות) יכולה לחסוך-הוצאות תפעול לטווח ארוך, טכנולוגיית ההתאמה האישית הספקטרלית עדיין צריכה להתקדם. מאגר "הנוסחה הקלה" לגידולים שונים עדיין לא גמור וזקוק להרבה יותר בדיקות שטח כדי לקבל מספיק נתונים.

2. אין תקנים: פרצות ברגולציה בשוק
לשוק העולמי של תאורת צמחי LED אין סטנדרטים עקביים, ולחלק מהמוצרים יש קשיים כגון תיוג כוזב בספקטרום והונאת יעילות אנרגטית. "המפרט הטכני של מנורות LED לגידול צמחים" נכתב על ידי משרד החקלאות והכפר של סין. הוא יפרט תקנים נדרשים עבור גורמים חשובים כולל PPFD ויחס R/FR.

3. מסלול החדשנות הוא לעבר אינטליגנציה ואינטגרציה רב תכליתית.
בעתיד, נורות גידול LED יוכלו לשלוט ב"אוויר לחות בטמפרטורת האור" בבת אחת. מערכת GrowWise של פיליפס בהולנד, למשל, משתמשת בלוחות תאורת LED עם חיישנים כדי לפקוח עין על כמה מהר צמחים מתגלגלים ולשנות אוטומטית את עוצמת האור. זה מנצל טוב יותר את משאבי המים ב-60%.