1. Peraturan Kualiti Cahaya: Melanggar Kod Cahaya Loji
Tumbuhan agak pemilih tentang cara mereka menggunakan cahaya. Tumbuhan hanya boleh menyerap cahaya kelihatan dalam julat 400–700nm (yang menghasilkan kira-kira 43%–52.5% sinaran suria) untuk fotosintesis. Puncak serapan utama ialah cahaya merah (610–720nm) dan cahaya biru (400–510nm). Lampu loji LED menggunakan keupayaan fotoelektrik bahan semikonduktor untuk menghantar cahaya hanya satu warna pada satu masa. Mereka juga boleh mencapai kawalan spektrum halus dengan menggabungkan cip.
Lampu merah 660nm boleh menghidupkan pigmen fotosensitif tumbuhan, yang membantu tumbuhan membuat lebih banyak klorofil dan menyimpan lebih banyak karbohidrat. Apabila jumlah cahaya merah dalam tumbuhan tomato meningkat sehingga 60%, kandungan gula larut buah meningkat sebanyak 18% dan kandungan vitamin C meningkat sebanyak 25%. Kajian dari Universiti Pertanian Nanjing mendapati bahawa segmen batang kekwa berakar 100% apabila terdedah kepada cahaya merah, iaitu 40% lebih akar daripada apabila terdedah kepada cahaya semula jadi.
Peraturan untuk cahaya biru: Cahaya biru 450nm adalah yang paling penting untuk membuat klorofil dan tumbuh batang dan daun. Dalam suasana dengan 30% cahaya biru, daun salad mempunyai 22% lebih klorofil dan batangnya 15% lebih tebal. Cahaya biru juga boleh menghalang tumbuhan daripada membesar terlalu banyak, menjadikannya lebih padat, dan membantu mereka menggunakan ruang dengan lebih baik.
Lampu merah jauh 730nm berfungsi dengan fotosensitiser tumbuhan B (PhyB) untuk memodulasi pemanjangan sel dan masa mekar. Menambah 10% cahaya merah jauh pada tumbuhan strawberi boleh menjadikan ruas batang menjalar 20% lebih pendek dan mempercepatkan pematangan buah selama 5 hari.
Simulasi-spektrum penuh: Sistem LED-tinggi boleh menyalin spektrum suria, yang merangkumi cahaya ultraungu (380–400 nm) dan cahaya inframerah (700–1000 nm). Tumbuhan boleh membuat lebih banyak metabolit sekunder, termasuk likopena dan antosianin, apabila ia terdedah kepada cahaya UV. Cahaya inframerah membantu tumbuhan bernafas dan kekal pada suhu yang betul.
2. Mengawal keamatan cahaya dan fotokala: memastikan keperluan pembangunan dipenuhi dengan tepat
Dalam fotosintesis tumbuhan, terdapat titik pampasan cahaya (di mana kadar fotosintesis adalah sama dengan kadar pernafasan) dan titik tepu cahaya (di mana kadar fotosintesis tidak meningkat dengan lebih banyak cahaya). Sistem LED menggunakan teknologi peredupan pintar untuk menyesuaikan secara automatik dengan keperluan tumbuhan pada peringkat pertumbuhan yang berbeza.
Semasa peringkat anak benih, gunakan campuran 40% cahaya biru dan 50% cahaya merah untuk membantu akar tumbuh dan daun mengembang. Di Ladang Yuntai di Lianyungang, dalam bilik penanaman pintar untuk Phalaenopsis, cahaya tambahan LED mengurangkan masa pengakaran tisu-anak benih yang dikultur sebanyak 7 hari dan meningkatkan kadar-anak benih berkualiti tinggi sebanyak 30%.
Semasa tempoh pertumbuhan pemakanan, tingkatkan jumlah cahaya merah (60%–70%) untuk mempercepatkan fotosintesis dalam daun. Formula spektrum ini memendekkan kitaran pertumbuhan salad di kilang daripada 60 hari kepada 45 hari dan meningkatkan hasil seunit luas sebanyak 40%.
Tempoh pertumbuhan pembiakan: Untuk membuat tumbuhan berbunga, tukar nisbah cahaya merah kepada cahaya merah jauh (5:1). Untuk mengelakkannya daripada membesar terlalu banyak, tambahkan cahaya biru. Cadangan ini meningkatkan kandungan gula strawberi sebanyak 15% dan memajukan masa pasaran sebanyak 10 hari.
Peraturan kitar foto: Gunakan pemasa untuk menjadikan masa berbunga tumbuhan mengikut kitaran sirkadian. Dalam keadaan 12 jam terang dan 12 jam gelap, tumbuhan hari pendek seperti bunga kekwa berbunga 20 hari lebih awal daripada di persekitaran asalnya.
3. Sistem kawalan pintar: membuat persekitaran cahaya yang tertutup-gelung
Sistem lampu kilang LED baharu menggunakan penderia IoT, algoritma AI dan penggerak untuk mengawal selia persekitaran cahaya dalam gelung tertutup.
Lapisan persepsi alam sekitar: Gunakan penderia kuantum cahaya (untuk mengukur PPFD), penganalisis spektrum dan peralatan untuk memantau fenotip tumbuhan untuk mendapatkan-data masa sebenar tentang keamatan cahaya, taburan spektrum dan faktor pertumbuhan tumbuhan.
Lapisan untuk membuat keputusan: Algoritma AI menukar formula spektrum dan tempoh cahaya dalam masa nyata berdasarkan model cara tumbuh-tumbuhan. Sebagai contoh, jika kepekatan klorofil dalam daun tomato berkurangan, sistem secara automatik meningkatkan jumlah cahaya merah dan memastikan lampu menyala lebih lama.
Lapisan eksekutif: Menggunakan modul pemacu LED boleh malap untuk mendapatkan malap tanpa langkah daripada 0% hingga 100%. Dalam sistem penanaman berbilang-lapisan, anda boleh melaraskan setiap lapisan pencahayaan secara berasingan untuk memastikan cahaya adalah sekata.
Pasukan yang bertanggungjawab dalam pengurusan tenaga: Menggunakan penjanaan kuasa fotovoltaik dan peranti storan tenaga bersama-sama untuk menggunakan tenaga sepenuhnya. Zon Pembangunan Pertanian Moden Sunqiao Shanghai menggunakan teknologi penyimpanan cahaya bersepadu yang mengurangkan penggunaan tenaga sistem LED sebanyak 30% dan pelepasan karbon sebanyak 45%.
4. Terobosan Teknologi: Dari Makmal ke Kilang
Lampu tumbuhan LED telah berubah dalam tiga cara sepanjang masa:
Generasi pertama (2000–2010) kebanyakannya terdiri daripada LED merah dan biru yang hanya berfungsi dalam satu warna. Mereka mempunyai kecekapan cahaya kira-kira 50lm/W dan tidak sepadan dengan spektrum dengan baik. Mereka kebanyakannya digunakan untuk aktiviti penyelidikan saintifik.
Generasi kedua (2010–2020): Mencipta LED gabungan berbilang-panjang gelombang dengan kecekapan cahaya yang lebih baik (150lm/W), termasuk ciri peredupan pintar dan mula digunakan secara meluas dalam pengeluaran rumah hijau.
Generasi ketiga (2020 hingga sekarang): Kecekapan cahaya telah melangkaui 250lm/W berkat LED kuantum dot dan bahan perovskite, yang membolehkan kawalan dinamik spektrum penuh. Universiti Pertanian Nanjing menghasilkan lampu kultur tisu LED yang tahan 50,000 jam, menggunakan 69.7% elektrik kurang daripada lampu pendarfluor, dan membayar sendiri dalam 1.5 tahun.
5. Kes permohonan: meningkatkan pengeluaran pertanian
Ladang Lianyungang Yuntai menggunakan lampu tumbuhan LED dalam 10-rak tumbuh tiga dimensi. Ini menjadikan ketumpatan penanaman Phalaenopsis tiga kali lebih tinggi, hasil seunit luas sepuluh kali lebih tinggi daripada di rumah hijau standard, dan penggunaan air 90% lebih rendah.
Rumah Hijau Xiaotangshan Beijing mempunyai sistem pencahayaan tambahan dwi mod atas+antara tumbuhan yang dihidupkan secara automatik apabila keamatan cahaya turun di bawah 200 μ mol/m²/s. Ini memendekkan kitaran pertumbuhan sayur-sayuran hijau sebanyak 15 hari dan memenuhi kriteria kualiti Kesatuan Eropah.
Projek demonstrasi "Plant Factory 5.0" pertama di dunia telah dibina di Universiti Wageningen di Belanda. Ia menggunakan peraturan persekitaran cahaya LED untuk menanam 100 kilogram tomato setiap meter persegi setahun, dan ia menggunakan 92% tenaga cahaya permukaan Bumi.
