أولا، أساسيات علم الأحياء الضوئية: ما تحتاجه النباتات وكيفية مطابقة أطيافها
الكلوروفيل هو ما تستخدمه النباتات لامتصاص أطوال موجية معينة من الضوء. النطاقات الرئيسية هي الضوء الأحمر (600-700 نانومتر) والضوء الأزرق (400-500 نانومتر). يتحكم الضوء الأحمر في إنتاج الهرمونات المزهرة باستخدام أصباغ حساسة للضوء. وهذا يساعد الفواكه على تخزين المزيد من السكر. من ناحية أخرى، يتوقف الضوء الأزرق عن النمو لفترة أطول ويسرع إنتاج الكلوروفيل باستخدام الكريبتوكروم. كشفت التجارب أنه عندما تكون نسبة الضوء الأحمر إلى الضوء الأزرق 4:1، فإن كمية المادة الجافة في الخس تزيد بنسبة 30% مقارنة عندما يكون لون واحد فقط، وتزيد كمية الكلوروفيل بنسبة 22%.
لكن الطريقة التي يتم بها تصنيع مصابيح LED العادية تعتمد على ما هو مريح للناس لرؤيته، وعادة ما يكون لديهم الكثير من الضوء الأخضر (500-600 نانومتر) الذي لا يساعد النباتات. على سبيل المثال، يخلق مصباح LED الأبيض طيفًا كاملاً من خلال مسحوق الفلورسنت الأصفر المثير مع شريحة ضوء زرقاء. ومع ذلك، فإن كمية الضوء الأحمر أقل من 20%، وهي أقل بكثير من 40% إلى 60% اللازمة لنمو النباتات. هذا الخلل الطيفي يجعل النباتات أقل كفاءة في عملية التمثيل الضوئي، واستخدامه لفترة طويلة قد يؤدي إلى مشاكل بما في ذلك اصفرار الأوراق وضعف أنظمة الجذر.
2، الاختلافات في التكنولوجيا: مقارنة أساسية بين مصابيح LED العادية وأضواء نمو النبات
1. القدرة على تغيير الطيف
تحصل مصابيح نمو النباتات الاحترافية على تحكم دقيق في الطيف باستخدام شرائح متعددة معًا:
مزيج الضوء الأحمر والأزرق: خلال فترة النمو الغذائي، يتم استخدام نسبة 3:1 لمساعدة الأوراق على التوسع، وخلال فترة النمو الإنجابي، يتم رفع الضوء الأحمر البعيد (730 نانومتر) إلى 15% لبدء التفتح.
تصميم للطيف الكامل: محاكاة النطاق الشمسي (400-720 نانومتر)، والتخلص من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء، وتقليل فرصة التلف الناتج عن الحرارة.
من ناحية أخرى، يتم ضبط نطاق مصابيح LED العادية ولا يمكن تغييره بناءً على دورة نمو النباتات. على سبيل المثال، يبلغ الحد الأقصى الأحمر لمصابيح LED البيضاء 5000K والتي يتم استخدامها غالبًا في المنازل 620 نانومتر فقط، وكمية الضوء الأزرق مرتفعة جدًا (حوالي 35%). قد يتسبب ذلك في نمو الخضروات الورقية مثل الخس أكثر من اللازم.
2. إدارة الحرارة واستخدام الطاقة بحكمة
تتمتع تقنية LED بالعديد من الفوائد، مثل مخرجات الحرارة المنخفضة وكفاءة الإضاءة الرائعة (حوالي 200 لومن / واط). ومع ذلك، هناك اختلافات في كيفية تخلص مصابيح LED النموذجية وأضواء نمو النباتات من الحرارة:
مصباح نمو النبات: يستخدم ركيزة تبديد الحرارة الخزفية أو نظام تبريد سائل نشط للحفاظ على درجة حرارة الرقاقة أقل من 60 درجة، مما يمتد عمرها إلى 50000 ساعة؛
تستخدم مصابيح LED العادية مشتتات حرارية من الألومنيوم، وإذا كنت تستخدمها لفترة طويلة بكثافة عالية، يمكن أن تتجاوز درجة حرارة الشريحة 80 درجة، مما يسرع من تحلل الضوء.
في اختبار المزرعة العمودية في Shenzhen، كانت لوحة مصابيح نمو النباتات الاحترافية أكثر برودة بمقدار 15 درجة من مصابيح LED العادية بعد 12 ساعة من الاستخدام المتواصل. كما ارتفع معدل النتح في النباتات بنسبة 18%.
3. سطوع الضوء وتساويه
تحتاج النباتات إلى النمو بطريقة تلبي معايير كثافة تدفق الفوتون الضوئي (PPFD):
بالنسبة للخضروات الورقية، يتراوح النطاق بين 200-400 ميكرومول/م²/ث. بالنسبة للنباتات المزهرة والمثمرة، يتراوح النطاق بين 400-800 ميكرومول/م²/ث.
نظرًا لأن لها زاوية انبعاث محددة (عادةً 120 درجة)، يجب استخدام مصابيح LED العادية في مجموعات مختلفة لتغطية منطقة الزراعة. على سبيل المثال، للحصول على 200 ميكرومول/م²/ثانية في مساحة زراعة تبلغ 1 متر مربع، ستحتاج إلى تركيب 4 مصابيح LED عادية بقدرة 10 وات. من ناحية أخرى، يمكن لمصباح نمو النباتات الاحترافي بقدرة 60W أن يغطي 400 μmol/m²/s بالتساوي.
3، نتائج التطبيقات-الواقعية: بيانات من التجارب ودراسات الحالة
1. قم بتجربة الضوء الإضافي لفترة قصيرة
في تجربة مقارنة مدتها 30-يومًا تم إجراؤها على شرفة مواجهة للشمال (كثافة الضوء < 5000 لوكس):
تستخدم مجموعة مصابيح LED العادية ثلاثة مصابيح LED بيضاء بقدرة 10 واط لإضافة الضوء لمدة ثماني ساعات يوميًا. يرتفع عدد أوراق الخس بنسبة 12%، لكن قطر الجذع أضيق بمقدار 0.3 ملم من مجموعة الضوء الطبيعي.
مجموعة مصابيح نمو النبات: زاد عدد أوراق الخس بنسبة 28%، وزاد قطر الجذع بمقدار 0.5 مم، وزاد محتوى VC بنسبة 15% عند استخدام مصباح نباتي ذو ضوء أحمر أزرق بقدرة 60 وات.
2. أمثلة على الزراعة على مدى فترة طويلة من الزمن
استخدم أحد الأشخاص في شنغهاي مصابيح LED عادية لزراعة الطماطم. وبعد ستة أشهر حدثت هذه المشاكل:
تأخر وقت التزهير: ظهرت الأزهار بعد 12 يومًا من المجموعة ذات الضوء الطبيعي؛
تشوه الثمار: تظهر تشققات في 30% من الثمار؛
تكلفة استخدام الطاقة: فاتورة الكهرباء الشهرية تزيد بنسبة 40% عن المجموعة التي لديها مصباح نمو النبات.
وبعد التحول إلى مصابيح نمو النباتات الاحترافية، ارتفع إنتاج الطماطم بنسبة 25%، وارتفعت كمية السكر القابل للذوبان في الفاكهة بنسبة 18%، وانخفض استخدام الطاقة بنسبة 30%.
4، حل الصناعة: استراتيجية لتحسين مصابيح LED العادية
1. خطة للمكملات الطيفية
يمكن للأشخاص الذين ليس لديهم الكثير من المال استخدام "أضواء LED العادية + لوحات الضوء الأحمر والأزرق الإضافية" معًا:
الإضاءة الأساسية: استخدم مصباح LED أبيض بقوة 5000 كلفن لإضاءة مساحتك كل يوم؛
يمكن أن تؤدي إضافة وحدة LED حمراء مقاس 660 نانومتر خلال مرحلة الإزهار ومنح النباتات 4 ساعات إضافية من الضوء يوميًا إلى تسريع عملية الإزهار بنسبة 15%.
2. التحكم في بيئة الإضاءة المتغيرة
استخدام المقابس الذكية لإعداد الإضاءة المشتركة-الوقتية:
فترة النمو الغذائي: من 6:00 إلى 18:00، قم بتشغيل مؤشر LED الأبيض. من الساعة 18:00 إلى الساعة 22:00، قم بالتبديل إلى مؤشر LED الأزرق.
خلال مرحلة النمو الإنجابي، قم بتشغيل مصباح LED الأحمر البعيد من الساعة 22:00 إلى 2:00 لمساعدة إيقاع الساعة البيولوجية للنباتات.
3. نظام يعمل مع أطياف متعددة
يمكن استخدامه بجانب أشياء أخرى في صناديق الزراعة الصغيرة.
الإضاءة العلوية: لوحة إضاءة LED كاملة الطيف- بقدرة 40 وات (PPFD 300 μmol/m ²/s)؛ الإضاءة الجانبية: شريط LED أحمر بقدرة 10 وات (660 نانومتر) لجعل لون الفاكهة أكثر حيوية.
عززت هذه الطريقة محصول الفراولة بنسبة 40% مقارنة بمصباح LED أبيض واحد ومحتوى سكر الفاكهة المحسن بمقدار درجتين بريكس في اختبار شرفة المنزل.
