1. الأساس العلمي لعملية التمثيل الضوئي: الحوار الكمي بين النباتات والضوء الاحتياجات الطيفية لعملية التمثيل الضوئي
الكلوروفيل والكاروتينات هي الأجزاء الرئيسية لعملية التمثيل الضوئي في النبات. أنها تمتص أطوال موجية معينة من الضوء. في نطاق الضوء الأحمر من 620 إلى 680 نانومتر ونطاق الضوء الأزرق من 430 إلى 460 نانومتر، يمتص الكلوروفيل أ/ب معظم الضوء. في نطاق الضوء البنفسجي الأزرق الذي يتراوح بين 400 و500 نانومتر، تساعد الكاروتينات على الامتصاص. ويأتي هذا الانتقاء الطبيعي من كيفية انتشار الطيف الشمسي مع تطور الأرض. يشكل الضوء الأحمر حوالي 42% من الضوء المرئي على السطح، بينما يشكل الضوء الأزرق حوالي 10%. هذا هو بالضبط ما تحتاجه النباتات لالتقاط الضوء.
تنظيم الفترة الضوئية ومورفولوجيا الضوء
يشكل الكريبتوكروم والفايتوكروم نظام النبات لرؤية الضوء. يغير الضوء الأحمر (660 نانومتر) شكل الصبغة الحساسة للضوء Pr إلى Pfr، مما يسبب تفاعلات فسيولوجية مثل إنبات البذور وتثبيط استطالة الساق. الضوء الأحمر البعيد (730 نانومتر) يفعل العكس. يتحكم الكريبتوكروم في فتح وإغلاق الثغور، وإيقاعات الساعة البيولوجية، وإنتاج الأنثوسيانين عن طريق الكشف عن الضوء الأزرق (450 نانومتر). تتيح آلية تنظيم الضوء على المستوى الجزيئي - للنباتات تغيير كيفية تطورها اعتمادًا على مقدار الضوء الذي تحصل عليه.
أرقام توضح مدى نجاح عملية التمثيل الضوئي
PPFD (كثافة تدفق الفوتون الضوئي) و YPFD (كثافة تدفق الفوتون الناتج) هما رقمان مهمان يخبرانك بمدى جودة عمل الضوء. يعني PPFD الذي يبلغ 1 μmol/m²/s الحصول على فوتون ميكرومولار واحد في الثانية لكل متر مربع. من ناحية أخرى، يعطي YPFD صورة أفضل عن مدى جودة استخدام الطاقة الضوئية من خلال الأخذ في الاعتبار مقدار مساهمة الأطوال الموجية المختلفة في عملية التمثيل الضوئي. عندما يتعرض الخس إلى 40% من طيف الضوء الأزرق، فإنه يحتوي على 20% أكثر من فيتامين C و15% من الأوراق السميكة. عندما يشكل الضوء الأحمر 60% من الضوء، تزيد كمية المادة الجافة بنسبة 25%.
2. الثورة الزراعية لتقنية LED: الانتقال من المختبر إلى المصنع (1) ثورة "التركيبة الضوئية" في المصانع النباتية
يستخدم مصنع Yangling Plant نظام زراعة ثلاثي الأبعاد-يتكون من طبقات، ولكل طبقة وحدة تحكم طيفية خاصة بها. يتم استخدام "وجبة خفيفة ناعمة" ذات ضوء أزرق بنسبة 60% لمساعدة الجذور على النمو وزيادة سماكة السيقان خلال مرحلة الشتلة. خلال فترة النمو الغذائي، تعمل وجبة خفيفة من الضوء الأحمر والأزرق بنسبة 1:1 على تسريع تراكم منتجات التمثيل الضوئي. خلال فترة النمو التكاثري يتم زيادة كمية الضوء الأحمر البعيد للتحكم في توقيت التزهير وجودة الثمرة. تتيح هذه الإدارة الطيفية الديناميكية للخس إنتاج 2500 بذرة يوميًا لكل 1469 مترًا مربعًا، وهو ما يزيد 50 مرة عن المزارع النموذجية.
المحرك يعمل بالضوء لتسريع عملية التكاثر
من خلال إدارة الفترة الضوئية، يستطيع مركز يانغلينغ التكنولوجي التابع لمجموعة سينوكيم سينجنتا في الصين زراعة خمسة أجيال من الذرة كل عام. تحاكي تقنية LED الموجودة في الدفيئة الذكية ضوء الشمس الاستوائي، مما يؤدي إلى تقصير دورة التكاثر من 120 يومًا إلى 48 يومًا. طريقة تنظيم نوعية الضوء جعلت حبوب لقاح سنابل الذرة الذكور أكثر نشاطا بنسبة 30%، ومعدل تلقيح سنابل الذرة الأنثوية بنسبة 25%، ووزن 1000 حبة بنسبة 5 جرام للفدان. يجعل نظام التحكم البيئي لإنترنت الأشياء عملية التربية أكثر كفاءة بمقدار 2.5 مرة من الوضع الميداني القديم.
"ثورة كفاءة الضوء" في زراعة المنشآت
وتظهر جمعية باوشيهونغ التعاونية الزراعية في مقاطعة يانغاو بمقاطعة شانشي أن استخدام مصابيح LED أدى إلى زيادة عدد طبقات الفاكهة في نباتات الطماطم من ثلاث إلى خمس طبقات والدخل السنوي من كل دفيئة بمقدار 20 ألف يوان. وقد أدى توفير 700 يوان لكل موسم للكهرباء و2000 يوان لكل موسم لتوفير الأسمدة إلى مكاسب اقتصادية كبيرة. وفقًا لبيانات السوق، تحتوي الخضروات المزروعة في المنشأة- والتي تستخدم ضوء LED الملء على نسبة 18% أكثر من فيتامين C، و22% أقل من النترات، و15% أكثر من معدل الإنتاج.
3. التقدم التكنولوجي والتحسينات في الصناعة: نمو الإضاءة الزراعية LED
الدقة في الطيف
ومن خلال الجمع بين العديد من الرقائق، يمكن لتقنية LED كاملة الطيف أن تنتج مخرجات طيفية مستمرة تبلغ 400-780 نانومتر. كما أنها أكثر كفاءة بنسبة 40% من مصابيح الفلورسنت التقليدية، مع كفاءة ضوئية تبلغ 2.8 ميكرومول/جول. تستخدم مزرعة تشينغداو العمودية تصميمًا طيفيًا خاصًا يقلل الوقت الذي يستغرقه نمو الخس بمقدار 15 يومًا وكمية الطاقة التي يستخدمها بنسبة 35%.
ثورة في كفاءة الطاقة
تعمل شريحة LED من الجيل الثالث على زيادة كفاءة الضوء إلى 3.2 μmol/J. يعمل بآلية تعتيم ذكية لتوفر لك الضوء عندما تحتاج إليه. توضح المعلومات الواردة من Yangling Demonstration Park أن التحكم الديناميكي في الإضاءة قد خفض استخدام الطاقة لكل وحدة إنتاج من 0.35 كيلووات ساعة/كجم إلى 0.22 كيلووات ساعة/كجم، وهو الآن عند المستوى المتقدم الدولي.
التكامل الذكي
لقد تم إنشاء نظام اتصال "أسمدة المياه ذات درجة الحرارة الخفيفة" بسبب الجمع بين الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء. يقوم نظام الإدارة الذكي في Lanjian Intelligent Technology Plant Factory بجمع البيانات البيئية كل 30 ثانية ويستخدمها لتحسين شدة الضوء والنسبة الطيفية وتركيز ثاني أكسيد الكربون. ووجد البحث أن هذه التقنية جعلت الخس ينمو بشكل أسرع بنسبة 18% ويقلل من الآفات والالتهابات بنسبة 40%.
