Sarrera

Argiak funtsezko zeregina du landareen hazkuntza prozesuan. Landareen klorofilaren xurgapena eta karotenoa bezalako landareen hazkuntza-kalitate ezberdinen xurgapena sustatzeko ongarririk onena da. Hala ere, landareen hazkuntza zehazten duen faktore erabakigarria faktore integrala da, argiarekin erlazionatuta ez ezik, uraren, lurzoruaren eta ongarrien konfiguraziotik, hazkuntza-inguruneko baldintzetatik eta kontrol tekniko integraletik ere banaezina da.

Azken bizpahiru urteetan, erdieroaleen argiztapenaren teknologiaren aplikazioari buruzko txosten amaigabeak izan dira hiru dimentsioko landare-fabrikei edo landare-hazkundeari buruz. Baina arretaz irakurri ondoren, beti sortzen da deseroso sentimenduren bat. Oro har, ez dago argiak landareen hazkuntzan zer eginkizun izan behar duen ulertzen.

Lehenik eta behin, uler dezagun eguzkiaren espektroa, 1. irudian ikusten den moduan. Ikusten da eguzki-espektroa espektro jarraitua dela, zeinetan espektro urdina eta berdea espektro gorria baino indartsuagoak diren, eta argi ikusgaiaren espektroa bitartekoa dela. 380-780 nm-ra. Naturan organismoen hazkuntza espektroaren intentsitatearekin lotuta dago. Adibidez, ekuatoretik gertu dauden landare gehienak oso azkar hazten dira, eta, aldi berean, hazkuntzaren tamaina nahiko handia da. Baina eguzkiaren irradiazioaren intentsitate handia ez da beti hobea, eta nolabaiteko selektibitatea dago animalien eta landareen hazkuntzarako.

1. irudia, Eguzki-espektroaren ezaugarriak eta haren argi ikusgaiaren espektroa

Bigarrenik, landareen hazkuntzaren xurgapen-elementu nagusien bigarren espektro-diagrama 2. Irudian agertzen da.

2. irudia, hainbat auxinaren xurgapen-espektroak landareen hazkuntzan

2. irudian ikus daiteke landareen hazkuntzan eragiten duten hainbat gako auxinaren argia xurgatzeko espektroak nabarmen desberdinak direla. Hori dela eta, LED landare hazteko argien aplikazioa ez da kontu sinplea, oso zuzendua baizik. Hemen beharrezkoa da landareen hazkuntza fotosintetikoko bi elementu garrantzitsuenen kontzeptuak aurkeztea.

• Klorofila

Klorofila fotosintesiarekin lotutako pigmentu garrantzitsuenetako bat da. Fotosintesia sor dezaketen organismo guztietan dago, landare berdeak, alga urdin-berde prokariotikoak (zianobakterioak) eta alga eukariotoak barne. Klorofilak argiaren energia xurgatzen du, eta gero karbono dioxidoa karbohidrato bihurtzeko erabiltzen da.

A klorofilak argi gorria xurgatzen du batez ere, eta b klorofilak argi urdin-morea xurgatzen du, batez ere itzal-landareak eguzki-landareetatik bereizteko. Itzalpeko landareen b klorofilaren eta a klorofilaren proportzioa txikia da, beraz, itzaleko landareek argi urdina biziki erabil dezakete eta itzalean haztera moldatu daitezke. A klorofila urdin-berdea da, eta b klorofila hori-berdea. Klorofilaren a eta b klorofilaren xurgapen sendo daude, bata 630-680 nm-ko uhin-luzera duen eskualde gorrian eta bestea 400-460 nm-ko uhin-luzera duen eskualde urdin-morean.

• Karotenoideak

Karotenoideak pigmentu natural garrantzitsuen klase baterako termino orokorra dira, animalia, goi-landare, onddo eta algetan pigmentu hori, laranja-gorri edo gorrietan aurkitu ohi direnak. Orain arte, 600 karotenoide natural baino gehiago aurkitu dira.

Karotenoideen argiaren xurgapenak OD303 ~ 505 nm bitartekoa hartzen du, eta horrek elikagaien kolorea ematen du eta gorputzaren janaria hartzean eragiten du. Algetan, landareetan eta mikroorganismoetan, bere kolorea klorofilak estaltzen du eta ezin da agertu. Landare-zeluletan, ekoitzitako karotenoideek energia xurgatu eta transferitzeaz gain, fotosintesia laguntzeko, zelulak elektroi bakarreko oxigeno-molekulek kitzikaturiko loturak suntsitzetik babesteko funtzioa dute.

Gaizki-ulertu kontzeptual batzuk

Energia aurrezteko efektua, argiaren selektibitatea eta argiaren koordinazioa gorabehera, erdieroaleen argiztapenak abantaila handiak erakutsi ditu. Hala ere, azken bi urteotako garapen azkarretik, gaizki-ulertu asko ere ikusi ditugu argiaren diseinuan eta aplikazioan, eta hauek batez ere hurrengo alderdietan islatzen dira.

①Uhin-luzera jakin bateko txip gorri eta urdinak proportzio jakin batean konbinatzen diren bitartean, landareen laborantzan erabil daitezke, adibidez, gorriaren eta urdinaren arteko erlazioa 4:1, 6:1, 9:1 eta abar. on.

②Argi zuria den heinean, eguzkiaren argia ordezkatu dezake, hala nola Japonian oso erabilia den hiru argi zuri-hodi primarioa, etab. Espektro hauen erabilerak landareen hazkuntzan nolabaiteko eragina du, baina eragina da. ez LED bidez egindako argi iturria bezain ona.

③PPFD (argiaren fluxu-dentsitate kuantikoa), argiztapenaren parametro garrantzitsu bat, indize jakin batera iristen den bitartean, adibidez, PPFD 200 μmol·m-2·s-1 baino handiagoa da. Hala ere, adierazle hau erabiltzean, arreta jarri behar duzu itzal-landare bat edo eguzki-landare bat den. Landare hauen argi-konpentsazio-saturazio-puntua kontsultatu edo aurkitu behar duzu, argi-konpentsazio-puntua ere deitzen zaiona. Benetako aplikazioetan, plantulak sarritan erre edo ihartu egiten dira. Beraz, parametro honen diseinua landare-espeziearen, hazkuntza-ingurunearen eta baldintzen arabera diseinatu behar da.

Lehenengo alderdiari dagokionez, sarreran sartu den bezala, landareen hazkuntzarako beharrezkoa den espektroak banaketa-zabalera jakin bat duen espektro jarraitua izan behar du. Jakina, desegokia da espektro oso estua duten gorri eta urdineko bi uhin-luzera espezifikoz egindako argi-iturri bat erabiltzea (3(a) irudian ikusten den bezala). Esperimentuetan, landareak horixkak izan ohi direla ikusi zen, hosto-zurtoinak oso arinak eta hosto-zurtoinak oso meheak direla.

Aurreko urteetan erabili ohi diren hiru kolore primarioko hodi fluoreszenteetarako, zuria sintetizatzen den arren, espektro gorria, berdea eta urdina bereizten dira (3(b) irudian ikusten den bezala), eta espektroaren zabalera oso estua da. Hurrengo zati jarraituaren intentsitate espektrala nahiko ahula da, eta potentzia nahiko handia da oraindik LEDekin alderatuta, energia-kontsumoa 1,5 eta 3 aldiz. Hori dela eta, erabilera efektua ez da LED argiak bezain ona.

3. irudia, txip gorria eta urdina LED landarearen argia eta hiru kolore primarioko argi fluoreszenteen espektroa

PPFD argi-fluxu-dentsitate kuantikoa da, hau da, fotosintesian argiaren erradiazio-argi-fluxuaren dentsitate eraginkorrari egiten dio erreferentzia, landareen hosto-zurtoinetan 400 eta 700 nm-ko uhin-luzera tartean denbora-unitateko eta azalera-unitateko argi-quanta-kopuru osoa adierazten duena. . Bere unitatea μE·m-2·s-1 da (μmol·m-2·s-1). Erradiazio fotosintetikoki aktiboa (PAR) 400 eta 700 nm bitarteko uhin-luzera duen eguzki-erradiazio osoa deritzo. Argi-quanten bidez edo energia erradiatzailearen bidez adieraz daiteke.

Iraganean, illuminometroak islatzen duen argiaren intentsitatea distira zen, baina landareen hazkuntzaren espektroa aldatzen da landarearen argiaren altueraren, argiaren estalduraren eta argia hostoetatik igaro daitekeen ala ez. Beraz, fotosintesiaren azterketan par argi intentsitatearen adierazle gisa erabiltzea ez da zehatza.

Oro har, fotosintesi-mekanismoa abiarazi daiteke eguzkia maite duen landarearen PPFD 50 μmol·m-2·s-1 baino handiagoa denean, landare itzaltsuaren PPFD-ak 20 μmol·m-2·s-1 baino ez dituenean. . Hori dela eta, LED hazteko argiak erostean, LED hazteko argien kopurua hauta dezakezu erreferentzia-balio horren arabera eta landatzen dituzun landare motaren arabera. Adibidez, LED argi bakar baten PPFD 20 μmol·m-2·s-1 bada, 3 LED landare bonbilla baino gehiago behar dira eguzkia maite duten landareak hazteko.

Erdieroaleen argiztapenaren hainbat diseinu irtenbide

Erdieroaleen argiztapena landareak hazteko edo landatzeko erabiltzen da, eta oinarrizko bi erreferentzia-metodo daude.

• Gaur egun, barruko landaketa eredua oso beroa da Txinan. Eredu honek hainbat ezaugarri ditu:

①LED argien eginkizuna landareen argiztapenaren espektro osoa eskaintzea da, eta argiztapen sistemak argiztapen-energia guztia eskaintzeko beharrezkoa da eta ekoizpen kostua nahiko altua da;
② LED hazteko argien diseinuak espektroaren jarraitutasuna eta osotasuna kontuan hartu behar ditu;
③ Beharrezkoa da argiztapen-denbora eta argi-intentsitatea modu eraginkorrean kontrolatzea, hala nola landareak ordu batzuetan atseden hartu, irradiazioaren intentsitatea ez da nahikoa edo indartsuegia, etab.;
④Prozesu osoak kanpoko landareen benetako hazkuntza-inguruneak eskatzen dituen baldintzak imitatu behar ditu, hala nola hezetasuna, tenperatura eta CO2 kontzentrazioa.

• Kanpoko landaketa modua aire zabaleko berotegien landatzeko oinarri onarekin. Eredu honen ezaugarriak hauek dira:

① LED argien eginkizuna argia osatzea da. Bata da eguzki-argiaren irradiazioaren azpian eremu urdin eta gorrietako argi-intentsitatea hobetzea egunean zehar landareen fotosintesia sustatzeko, eta bestea gauez eguzki-argirik ez dagoenean konpentsatzea da Landareen hazkuntza-tasa sustatzeko.
②Argi osagarriak landarea zein hazkuntza-etapatan dagoen kontuan hartu behar du, hala nola plantulen aldia edo lore- eta fruitu-aldia.

Hori dela eta, LED landare hazteko argien diseinuak oinarrizko bi diseinu-modu izan behar ditu lehenik, hau da, 24 orduko argiztapena (barruan) eta landareen hazkuntza osagarriaren argiztapena (kanpoan). Barruko landareen laborantzarako, LED hazteko argien diseinuak hiru alderdi kontuan hartu behar ditu, 4. Irudian ikusten den bezala. Ezin da txipak hiru kolore primarioekin proportzio jakin batean ontziratu.

4. Irudia, Barruko LED landare-argiak 24 orduko argiztapenerako erabiltzeko diseinuaren ideia

Esaterako, haurtzaindegiko espektro baterako, sustraien eta zurtoinen hazkuntza indartu behar duela kontuan hartuta, hostoen adarkadura indartu eta argi-iturria barrualdean erabiltzen dela, espektroa 5. Irudian erakusten den moduan diseinatu daiteke.

5. irudia, LED barruko haurtzaindegirako egokiak diren egitura espektralak

LED hazteko bigarren motako argia diseinatzeko, batez ere argia osagarriaren diseinu irtenbidera zuzenduta dago kanpoko negutegiaren oinarrian landatzea sustatzeko. Diseinuaren ideia 6. irudian ageri da.

6. Irudia, Kanpoko hazteko argien diseinu ideiak 

Egileak iradokitzen du landaketa-enpresa gehiagok hartzea bigarren aukera LED argiak erabiltzeko landareen hazkundea sustatzeko.

Lehenik eta behin, Txinako aire zabaleko berotegi-hazkuntzak hamarkada asko ditu eta esperientzia zabala du, bai hegoaldean eta baita iparraldean ere. Berotegiko laborantza teknologiaren oinarri onak ditu eta fruitu eta barazki fresko ugari eskaintzen ditu inguruko hirietarako merkatuan. Batez ere lurzoruaren eta uraren eta ongarrien landaketaren arloan, ikerketaren emaitza aberatsak lortu dira.

Bigarrenik, argi-soluzio osagarri honek asko murriztu dezake alferrikako energia-kontsumoa eta, aldi berean, fruta eta barazkien errendimendua eraginkortasunez handitu dezake. Gainera, Txinako eremu geografiko zabala oso erosoa da sustapenerako.

LED landareen argiztapenaren ikerketa zientifiko gisa, oinarri esperimental zabalagoa ere eskaintzen du. 7. irudia ikerketa talde honek garatutako LED hazteko argi moduko bat da, berotegietan hazteko egokia dena, eta bere espektroa 8. irudian ageri da.

7. Irudia, LED hazteko argi mota bat

8. irudia, LED hazteko argi mota baten espektroa

Goiko diseinu ideien arabera, ikerketa taldeak esperimentu batzuk egin zituen, eta emaitza esperimentalak oso esanguratsuak dira. Esaterako, haurtzaindegian argia hazteko, erabilitako jatorrizko lanpara 32 W-ko potentzia eta 40 eguneko haur-zikloa duen lanpara fluoreszentea da. 12 W-ko LED argia eskaintzen dugu, plantulen zikloa 30 egunetara murrizten duena, plantulen tailerreko lanpararen tenperaturaren eragina eraginkortasunez murrizten duena eta aire girotuaren energia-kontsumoa aurrezten duena. Plantulen lodiera, luzera eta kolorea jatorrizko plantulak hazteko soluzioa baino hobeak dira. Barazki arrunten plantulei dagokienez, egiaztapen-ondorio onak ere lortu dira, hurrengo taulan laburbiltzen direnak.

Horien artean, PPFD argi-talde osagarria: 70-80 μmol·m-2·s-1, eta gorri-urdin erlazioa: 0,6-0,7. Talde naturalaren eguneko PPFD balioaren tartea 40 ~ 800 μmol · m-2 · s-1 izan zen, eta gorriaren eta urdinaren arteko erlazioa 0,6 ~ 1,2. Ikus daiteke goiko adierazleak modu naturalean hazitako plantulenak baino hobeak direla.

Ondorioa

Artikulu honek landareen laborantzan LED hazteko argien aplikazioaren azken garapenak aurkezten ditu eta landareen laborantzan LED hazteko argiaren aplikazioan gaizki-ulertu batzuk adierazten ditu. Azkenik, landareen laborantzarako erabiltzen diren LED hazteko argiak garatzeko ideia teknikoak eta eskemak aurkezten dira. Azpimarratu behar da argiaren instalazioan eta erabileran kontuan hartu beharreko zenbait faktore ere badaudela, hala nola, argiaren eta landarearen arteko distantzia, lanpararen irradiazio-eremua eta argia nola aplikatu. ura, ongarria eta lurra normala.

Egilea: Yi Wang et al. Iturria: CNKI