Como rama importante de la agricultura moderna, el concepto de fábricas de plantas se ha vuelto muy popular. En el entorno de plantación de interiores, la iluminación de las plantas es una fuente de energía esencial para la fotosíntesis. Las luces LED para plantas tienen ventajas abrumadoras que las luces complementarias tradicionales no tienen, y seguramente se convertirán en la primera opción para luces principales o complementarias en grandes aplicaciones comerciales como granjas verticales e invernaderos.
Las plantas son una de las formas de vida más complejas de este planeta. La plantación de plantas es extremadamente simple, pero también difícil y compleja. Además de la iluminación de la planta, muchas variables se afectan entre sí, equilibrar estas variables es un arte excelente que los productores deben comprender y dominar. Pero en términos de iluminación de plantas, todavía hay muchos factores que deben considerarse cuidadosamente.
Primero, comprendamos' s el espectro del sol y la absorción del espectro por las plantas. Como se puede ver en la figura siguiente, el espectro solar es un espectro continuo, en el que el espectro azul y verde son más fuertes que el espectro rojo, y el espectro de luz visible varía de 380 a 780 nm. Hay varios factores de absorción clave para el crecimiento de las plantas, y los espectros de absorción de luz de varias auxinas clave que afectan el crecimiento de las plantas son significativamente diferentes. Por lo tanto, la aplicación de luces LED para el crecimiento de plantas no es un asunto simple, sino muy específico. Aquí es necesario introducir los conceptos de los dos elementos fotosintéticos más importantes del crecimiento de las plantas.
La fotosíntesis de las plantas se basa en la clorofila del cloroplasto foliar, que es uno de los pigmentos más importantes relacionados con la fotosíntesis. Existe en todos los organismos que pueden crear la fotosíntesis, incluidas las plantas verdes y las plantas procariotas. Algas verdiazules (cianobacterias) y algas eucariotas. La clorofila absorbe la energía de la luz y sintetiza dióxido de carbono y agua en hidrocarburos.
La clorofila a es azul verdosa y absorbe principalmente la luz roja; La clorofila b es de color amarillo verdoso y absorbe principalmente la luz azul violeta. Principalmente para distinguir las plantas de sombra de las plantas solares. La proporción de clorofila b a clorofila a de las plantas de sombra es pequeña, por lo que las plantas de sombra pueden utilizar la luz azul con fuerza y adaptarse a crecer en la sombra. Hay dos fuertes absorciones de clorofila ay clorofila b: la región roja con una longitud de onda de 630 ~ 680 nm y la región azul violeta con una longitud de onda de 400 ~ 460 nm.
Los carotenoides (carotenoides) son un término general para una clase de pigmentos naturales importantes, que se encuentran comúnmente en los pigmentos amarillo, rojo anaranjado o rojo en animales, plantas superiores, hongos y algas. Hasta ahora, se han descubierto más de 600 carotenoides naturales. Los carotenoides producidos en las células vegetales no solo absorben y transfieren energía para ayudar al progreso de la fotosíntesis, sino que también tienen la función de proteger a las células de ser destruidas por moléculas de oxígeno de enlace de un solo electrón excitadas. Los carotenoides absorben luz en el rango de 303 ~ 505 nm. Proporcionan el color de los alimentos y afectan la ingesta de alimentos del cuerpo humano &; en algas, plantas y microorganismos, su color no puede presentarse por estar cubierto de clorofila.
En el proceso de diseño y selección de luces LED para plantas, existen varios malentendidos que deben evitarse, principalmente en los siguientes aspectos.
1.Relación de longitud de onda roja y azul de la longitud de onda de la luz
Como las dos principales regiones de absorción para la fotosíntesis de dos plantas, el espectro emitido por las luces LED de las plantas debe ser principalmente luz roja y luz azul. Pero no se puede medir simplemente por la proporción de rojo a azul. Por ejemplo, la proporción de rojo a azul es 4: 1, 6: 1, 9: 1 y así sucesivamente.
Las especies de plantas son muy diversas y tienen diferentes hábitos, y las diferentes etapas de crecimiento también tienen diferentes necesidades de enfoque de la luz. El espectro requerido para el crecimiento de las plantas debe ser un espectro continuo con un cierto ancho de distribución. Obviamente, es inapropiado usar una fuente de luz hecha de dos chips de longitud de onda específicos de rojo y azul con un espectro muy estrecho. En experimentos, se encontró que las plantas tienden a ser amarillentas, los tallos de las hojas son muy ligeros y los tallos de las hojas son muy delgados. Ha habido una gran cantidad de estudios sobre la respuesta de las plantas a diferentes espectros en países extranjeros, como el efecto de la parte infrarroja en el fotoperíodo, el efecto de la parte amarillo-verde en el efecto de sombreado y el efecto de la parte púrpura sobre la resistencia a plagas y enfermedades, nutrientes, etc.
En aplicaciones reales, las plántulas a menudo se queman o se marchitan. Por lo tanto, el diseño de este parámetro debe diseñarse de acuerdo con la especie vegetal, el entorno de crecimiento y las condiciones.
2. Luz blanca ordinaria y espectro completo
El efecto de luz" visto" por las plantas es diferente al ojo humano. Nuestras lámparas de luz blanca de uso común no pueden reemplazar la luz del sol &, como los tubos de luz blanca de tres primarios ampliamente utilizados en Japón. El uso de estos espectros tiene cierto efecto sobre el crecimiento de las plantas, pero el efecto no es tan bueno como el de la fuente de luz hecha por LED. .
Para los tubos fluorescentes con tres colores primarios comúnmente utilizados en años anteriores, aunque se sintetiza el blanco, los espectros rojo, verde y azul están separados, y el ancho del espectro es muy estrecho y la parte continua del espectro es relativamente débil. Al mismo tiempo, la potencia sigue siendo relativamente grande en comparación con los LED, 1,5 a 3 veces el consumo de energía. El espectro completo de LED diseñados específicamente para la iluminación de plantas optimiza el espectro. Aunque el efecto visual sigue siendo blanco, contiene la parte importante de la luz necesaria para la fotosíntesis de las plantas.
3. Parámetro de intensidad de iluminación PPFD
La densidad de flujo de la fotosíntesis (PPFD) es un parámetro importante para medir la intensidad de la luz de las plantas. Puede expresarse por cuantos de luz o por energía radiante. Se refiere a la densidad de flujo de radiación efectiva de la luz en la fotosíntesis, que representa el número total de cuantos de luz incidentes en los tallos de las hojas de las plantas en el rango de longitud de onda de 400 a 700 nm por unidad de tiempo y unidad de área. Su unidad es μE · m-2 · s-1 (μmol · m-2 · s-1). La radiación fotosintéticamente activa (PAR) se refiere a la radiación solar total con una longitud de onda en el rango de 400 a 700 nm.
El punto de compensación de luz de las plantas, también llamado punto de compensación de luz, significa que el PPFD debe ser más alto que este punto para que la fotosíntesis sea mayor que la respiración, y el crecimiento de las plantas es mayor que el consumo antes de que las plantas puedan crecer. Diferentes plantas tienen diferentes puntos de compensación de luz, y no se puede considerar simplemente que alcance un cierto índice, como PPFD superior a 200μmol · m-2 · s-1.
La intensidad de la luz del medidor de iluminancia utilizado en el pasado es el brillo, pero debido a que el espectro de crecimiento de la planta cambia debido a la altura de la fuente de luz de la planta, la cobertura de la luz y si la luz puede atravesar las hojas. , etc., se utiliza como luz al estudiar la fotosíntesis. Los indicadores sólidos no son lo suficientemente precisos, y ahora se usa principalmente PAR.
Generalmente, el mecanismo de fotosíntesis puede ser iniciado por la planta positiva PPFD> 50 µmol · m-2 · s-1; mientras que la planta de sombra PPFD solo necesita 20 μmol · m-2 · s-1. Por lo tanto, al instalar la luz LED para plantas, puede instalarla y configurarla de acuerdo con este valor de referencia, seleccionar la altura de instalación adecuada y lograr el valor ideal de PPFD y la uniformidad en la superficie de la hoja.
4. Fórmula ligera
La fórmula de luz es un nuevo concepto propuesto recientemente, que incluye principalmente tres factores: calidad de luz, cantidad de luz y duración. Simplemente comprenda que la calidad de la luz es el espectro más adecuado para la fotosíntesis de las plantas; la cantidad de luz es el valor apropiado de PPFD y la uniformidad; la duración es el valor acumulativo de la irradiación y la relación entre el tiempo diurno y el nocturno. Los agricultores holandeses han descubierto que las plantas utilizan la relación entre la luz infrarroja y la luz roja para juzgar el cambio de día a noche. La proporción de infrarrojos aumenta significativamente al atardecer y las plantas responden rápidamente al sueño. Sin este proceso, la planta tardaría varias horas en completar este proceso.
En aplicaciones prácticas, es necesario acumular experiencia a través de pruebas y seleccionar la mejor combinación.
