Pêşkêş

Ronahî di pêvajoya mezinbûna nebatan de roleke sereke dilîze. Ew gubreya herî baş e ji bo pêşvebirina mijandina klorofîla nebatan û mijandina taybetmendiyên cûrbecûr ên mezinbûna nebatan ên wekî karotenê. Lêbelê, faktora diyarker a ku mezinbûna nebatan diyar dike faktorek berfireh e, ne tenê bi ronahiyê ve girêdayî ye, lê di heman demê de ji mîhengkirina av, ax û gubre, şert û mercên jîngeha mezinbûnê û kontrola teknîkî ya berfireh veqetandî ye.

Di du-sê salên borî de, raporên bêdawî li ser sepandina teknolojiya ronîkirina nîvconductor li ser kargehên nebatan ên sê-alî an mezinbûna nebatan hene. Lê piştî xwendina bi baldarî, her gav hestek nerehetiyê heye. Bi gelemperî, têgihîştinek rastîn tune ye ka ronahî divê çi rol di mezinbûna nebatan de bilîze.

Pêşî, em spektruma rojê fam bikin, wekî ku di Wêne 1 de tê nîşandan. Diyar e ku spektruma rojê spektrumek domdar e, ku tê de spektruma şîn û kesk ji spektruma sor xurttir in, û spektruma ronahiya xuya ji 380 heta 780 nm diguhere. Mezinbûna organîzmayan di xwezayê de bi şîdeta spektrumê ve girêdayî ye. Mînakî, piraniya nebatan li herêma nêzîkî ekvatorê pir zû mezin dibin, û di heman demê de, mezinahiya mezinbûna wan nisbeten mezin e. Lê şîdeta bilind a tîrêjên rojê ne her gav çêtir e, û ji bo mezinbûna heywan û nebatan astek diyarkirî ya bijartî heye.

Wêne 1, Taybetmendiyên spektruma rojê û spektruma ronahiya wê ya xuya

Duyemîn, diyagrama spektruma duyemîn a çend hêmanên sereke yên vegirtinê yên mezinbûna nebatan di Şekil 2 de tê nîşandan.

Wêne 2, Spektrên vegirtina çend oksînan di mezinbûna nebatan de

Ji Wêne 2 tê dîtin ku spektrumên vegirtina ronahiyê yên çend oksînên sereke yên ku bandorê li mezinbûna nebatan dikin ji hev pir cuda ne. Ji ber vê yekê, sepandina roniyên mezinbûna nebatan ên LED ne mijarek hêsan e, lê pir armanckirî ye. Li vir pêdivî ye ku têgehên du hêmanên mezinbûna nebatan ên herî girîng ên fotosentezê werin nasandin.

• Klorofîl

Klorofîl yek ji rengdêrên herî girîng e ku bi fotosentezê ve girêdayî ye. Ew di hemî organîzmayên ku dikarin fotosentezê çêbikin de heye, di nav de nebatên kesk, algayên şîn-kesk ên prokaryotîk (siyanobakterî) û algayên eukaryotîk. Klorofîl enerjiyê ji ronahiyê digire, ku dûv re ji bo veguherandina karbondîoksîtê bo karbohîdratan tê bikar anîn.

Klorofîl a bi giranî ronahiya sor dikişîne, û klorofîl b jî bi giranî ronahiya şîn-binefşî dikişîne, bi giranî ji bo cudakirina nebatan di siya de ji nebatan rojê. Rêjeya klorofîl b û klorofîl a ya nebatan di siya de piçûk e, ji ber vê yekê nebatan dikarin ronahiya şîn bi xurtî bikar bînin û xwe biguncînin mezinbûna di siya de. Klorofîl a şîn-kesk e, û klorofîl b jî zer-kesk e. Du vegirtinên bihêz ên klorofîl a û klorofîl b hene, yek li herêma sor bi dirêjahiya pêlê 630-680 nm, û ya din jî li herêma şîn-binefşî bi dirêjahiya pêlê 400-460 nm.

• Karotenoîd

Karotenoîd navê giştî ye ji bo komek ji rengdêrên xwezayî yên girîng, ku bi gelemperî di rengdêrên zer, porteqalî-sor an sor ên heywanan, nebatan, fungî û algayan de têne dîtin. Heta niha, zêdetirî 600 karotenoîdên xwezayî hatine keşifkirin.

Vegirtina ronahiyê ya karotenoîdan di navbera OD303~505 nm de ye, ku rengê xwarinê dide û bandorê li ser wergirtina xwarinê ya laş dike. Di alg, nebat û mîkroorganîzmayan de, rengê wê ji hêla klorofîl ve tê nixumandin û xuya nabe. Di şaneyên nebatan de, karotenoîdên ku têne hilberandin ne tenê enerjiyê dikişînin û vediguhezînin da ku alîkariya fotosentezê bikin, lê di heman demê de fonksiyona parastina şaneyan ji hilweşandina ji hêla molekulên oksîjenê yên girêdana yek-elektronî ya heyecankirî ve jî heye.

Hin têgihîştinên têgehî yên şaş

Bêyî bandora teserûfa enerjiyê, hilbijartina ronahiyê û hevrêzkirina ronahiyê, ronahîkirina nîvconductor avantajên mezin nîşan daye. Lêbelê, ji pêşveçûna bilez a du salên borî ve, me di sêwirandin û sepandina ronahiyê de gelek têgihîştinên xelet jî dîtin, ku bi giranî di aliyên jêrîn de têne xuyang kirin.

① Heta ku çîpên sor û şîn ên dirêjahiya pêlê ya diyarkirî di rêjeyek diyarkirî de werin hev kirin, ew dikarin di çandiniya nebatan de werin bikar anîn, mînakî, rêjeya sor û şîn 4:1, 6:1, 9:1 û hwd.

② Heta ku ew ronahiya spî be, ew dikare şûna ronahiya rojê bigire, wek mînak lûleya ronahiya spî ya sê-seretayî ku li Japonyayê bi berfirehî tê bikar anîn, hwd. Bikaranîna van spektruman bandorek diyarkirî li ser mezinbûna nebatan dike, lê bandor ne bi qasî çavkaniya ronahiyê ya ku ji hêla LED ve hatî çêkirin baş e.

③Heta ku PPFD (densiteya herikîna kûantûmê ya ronahiyê), parametreyek girîng a ronîkirinê, bigihîje endeksek diyarkirî, mînakî, PPFD ji 200 μmol·m-2·s-1 mezintir be. Lêbelê, dema ku hûn vê nîşaneyê bikar tînin, divê hûn bala xwe bidin ka ew nebatek siya ye an nebatek rojê ye. Pêdivî ye ku hûn xala têrbûna tezmînata ronahiyê ya van nebatan bipirsin an bibînin, ku jê re xala tezmînata ronahiyê jî tê gotin. Di serîlêdanên rastîn de, nebat pir caran dişewitin an hişk dibin. Ji ber vê yekê, sêwirana vê parametreyê divê li gorî celebê nebatan, jîngeha mezinbûnê û şert û mercan were sêwirandin.

Derbarê aliyê yekem de, wekî ku di pêşgotinê de hatiye destnîşan kirin, spektruma pêwîst ji bo mezinbûna nebatan divê spektrumek domdar be bi firehiyek belavkirinê ya diyarkirî. Bê guman bikaranîna çavkaniyek ronahiyê ya ji du çîpên dirêjahiya pêlê yên taybetî yên sor û şîn bi spektrumek pir teng (wekî ku di Wêne 3(a) de tê xuyang kirin) hatî çêkirin ne guncaw e. Di ceribandinan de, hat dîtin ku nebat bi gelemperî zer dibin, qurmên pelan pir sivik in, û qurmên pelan pir zirav in.

Ji bo lûleyên floresan ên bi sê rengên sereke yên ku di salên berê de bi gelemperî dihatin bikar anîn, her çend spî hatibe sentezkirin jî, spektrumên sor, kesk û şîn ji hev cuda ne (wekî ku di Wêne 3(b) de tê xuyang kirin), û firehiya spektrumê pir teng e. Şiddeta spektrumê ya beşa domdar a jêrîn nisbeten qels e, û hêz hîn jî li gorî LED-an nisbeten mezin e, 1,5 heta 3 caran xerckirina enerjiyê ye. Ji ber vê yekê, bandora karanînê ne bi qasî roniyên LED-ê baş e.

Wêne 3, Ronahiya santralê ya LED-a sor û şîn û spektruma ronahiya floresan a sê-rengên sereke

PPFD dendika herikîna kûantûma ronahiyê ye, ku behsa dendika herikîna ronahiya tîrêjiya bi bandor a ronahiyê di fotosentezê de dike, ku hejmara giştî ya kûantûmên ronahiyê yên ku li ser qurmên pelên nebatan di navbera dirêjahiya pêlê ya 400 heta 700 nm de di yekîneya demê û yekîneya rûberê de dikevin temsîl dike. Yekîneya wê μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1) e. Tîrêjiya fotosentetîk a çalak (PAR) behsa tevahiya tîrêjiya rojê dike ku dirêjahiya pêlê di navbera 400 û 700 nm de ye. Ew dikare bi kûantûmên ronahiyê an jî bi enerjiya tîrêjê were îfade kirin.

Berê, şîdeta ronahiyê ya ku ji hêla illuminometer ve dihat nîşandan geşî bû, lê spektruma mezinbûna nebatan ji ber bilindahiya ampûla ronahiyê ya ji nebatan, berfirehiya ronahiyê û gelo ronahî dikare di nav pelan re derbas bibe diguhere. Ji ber vê yekê, ne rast e ku par wekî nîşaneyek şîdeta ronahiyê di lêkolîna fotosentezê de were bikar anîn.

Bi gelemperî, mekanîzmaya fotosentezê dikare were destpêkirin dema ku PPFD ya nebata rojhez ji 50 μmol·m-2·s-1 mezintir be, lê PPFD ya nebata siya tenê hewceyê 20 μmol·m-2·s-1 e. Ji ber vê yekê, dema kirîna roniyên mezinbûnê yên LED, hûn dikarin li gorî vê nirxa referansê û celebê nebatan ku hûn diçînin hejmara roniyên mezinbûnê yên LED hilbijêrin. Mînakî, heke PPFD ya yek ronahiyek LED 20 μmol·m-2·s-1 be, ji bo mezinbûna nebatan rojhez ji 3 ampûlên nebatan ên LED-ê zêdetir hewce ne.

Çend çareseriyên sêwiranê yên ronahiya nîvconductor

Ronahîkirina nîvconductor ji bo mezinbûna nebatan an çandiniyê tê bikar anîn, û du rêbazên referansê yên bingehîn hene.

• Niha, modela çandina hundirîn li Çînê pir populer e. Ev model xwedî çend taybetmendiyan e:

① Rola çirayên LED ew e ku tevahiya spektruma ronahîkirina nebatan peyda bike, û pergala ronahîkirinê pêdivî ye ku hemî enerjiya ronahîkirinê peyda bike, û lêçûna hilberînê nisbeten zêde ye;
②Sêwirana roniyên mezinbûnê yên LED-ê hewce dike ku domdarî û yekparebûna spektrumê bihesibîne;
③Pêdivî ye ku dem û şîdeta ronahîkirinê bi bandor were kontrol kirin, wek mînak hiştina nebatan çend demjimêran bêhna xwe vede, şîdeta tîrêjê têrê nake an pir xurt e, hwd.;
④ Pêdivî ye ku tevahiya pêvajoyê şert û mercên ku ji hêla jîngeha mezinbûna çêtirîn a nebatan li derve ve têne xwestin, wekî şilbûn, germahî û rêjeya CO2, teqlîd bike.

• Moda çandina li derve bi bingehek çandina serayê ya derve ya baş. Taybetmendiyên vê modelê ev in:

① Rola çirayên LED ew e ku ronahiyê temam bikin. Yek ji wan ew e ku di nav rojê de li deverên şîn û sor ên di bin tîrêjên rojê de şîdeta ronahiyê zêde bikin da ku fotosenteza nebatan pêşve bibin, û ya din jî ew e ku dema ku di şevê de tîrêjên rojê tune be telafî bikin da ku rêjeya mezinbûna nebatan pêşve bibin.
② Ji bo ronahiya zêde, qonaxa mezinbûnê ya nebatê divê were berçavgirtin, wek mînak serdema şînkirinê an jî serdema kulîlk û fêkiyan.

Ji ber vê yekê, sêwirana çirayên LED yên ji bo mezinbûna nebatan divê pêşî du awayên sêwirana bingehîn hebin, ango, ronahiya 24 demjimêran (hundir) û ronahiya pêveka mezinbûna nebatan (derve). Ji bo çandina nebatan hundir, sêwirana çirayên LED yên ji bo mezinbûna nebatan divê sê aliyan li ber çavan bigire, wekî ku di Wêne 4 de tê xuyang kirin. Ne mimkûn e ku çîp bi sê rengên sereke di rêjeyek diyarkirî de werin pak kirin.

Wêne 4, Fikra sêwirana karanîna roniyên LED-ê yên hundurîn ên zêdekirina nebatan ji bo ronîkirina 24 demjimêran

Bo nimûne, ji bo spektrumek di qonaxa baxçeyê zarokan de, ji ber ku ew hewce dike ku mezinbûna reh û qurmikan xurt bike, şaxkirina pelan xurt bike, û çavkaniya ronahiyê li hundur were bikar anîn, spektrum dikare wekî ku di Wêne 5 de tê xuyang kirin were sêwirandin.

Wêne 5, Strukturên spektral ên minasib ji bo serdema kreşa hundirîn a LED-ê

Ji bo sêwirana cureya duyemîn a ronahiya mezinbûnê ya LED, bi giranî armanca wê çareseriya sêwirana ronahiya temamker e da ku çandina li binê seraya derve pêşve bibe. Fikra sêwiranê di Wêne 6 de tê nîşandan.

Wêne 6, Ramanên sêwirana roniyên mezinbûna derve 

Nivîskar pêşniyar dike ku bêtir şîrketên çandiniyê vebijarka duyemîn bikar bînin da ku roniyên LED bikar bînin da ku mezinbûna nebatan pêşve bibin.

Pêşî, çandiniya serayên derve ya Çînê bi dehsalan xwedî ezmûn û tecrubeyeke berfireh e, hem li başûr û hem jî li bakur. Ew xwedî bingeheke baş a teknolojiya çandiniya serayan e û hejmareke mezin ji fêkî û sebzeyên teze ji bo bajarên derdorê peyda dike. Bi taybetî di warê ax û av û çandina gubreyan de, encamên lêkolînê yên dewlemend hatine bidestxistin.

Duyemîn, ev cure çareseriya ronahiya zêde dikare xerckirina nehewce ya enerjiyê pir kêm bike, û di heman demê de dikare bi bandor berhema fêkî û sebzeyan zêde bike. Wekî din, qada erdnîgarî ya fireh a Çînê ji bo pêşvebirinê pir guncaw e.

Wekî lêkolîna zanistî ya ronahîkirina nebatan a bi LED, ew bingehek ceribandinê ya berfirehtir jî ji bo wê peyda dike. Wêne 7 cureyek ronahiya mezinbûna LED ye ku ji hêla vê tîmê lêkolînê ve hatî pêşve xistin, ku ji bo çandina di serayan de guncan e, û spektruma wê di Wêne 8 de tê nîşandan.

Wêne 7, Cureyek ronahiya LED-ê ya mezinbûnê

Wêne 8, spektruma cureyekî ronahiya mezinbûnê ya LED

Li gorî ramanên sêwirana jorîn, tîma lêkolînê rêze ceribandin pêk anîn, û encamên ceribandinê pir girîng in. Bo nimûne, ji bo ronahiya mezinbûnê di dema baxçeyê zarokan de, çiraya orîjînal a ku hatiye bikar anîn çirayek floresan e ku hêza wê 32 W ye û çerxa baxçeyê zarokan 40 roj e. Em çirayek LED a 12 W peyda dikin, ku çerxa nebatan kurt dike bo 30 rojan, bi bandor bandora germahiya çirayan di atolyeya nebatan de kêm dike, û xerckirina enerjiyê ya klîmayê teserûf dike. Qalindahî, dirêjahî û rengê nebatan ji çareseriya orîjînal a mezinkirina nebatan çêtir in. Ji bo nebatên sebzeyên hevpar, encamên verastkirinê yên baş jî hatine bidestxistin, ku di tabloya jêrîn de hatine kurtkirin.

Di nav wan de, koma ronahiya zêde PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, û rêjeya sor-şîn: 0.6-0.7. Rêjeya nirxa PPFD ya rojê ya koma xwezayî 40~800 μmol·m-2·s-1 bû, û rêjeya sor û şîn 0.6~1.2 bû. Diyar e ku nîşaneyên jorîn ji yên nebatên bi xwezayî hatine çandin çêtir in.

Xelasî

Ev gotar pêşketinên herî dawî di sepandina roniyên mezinbûna LED di çandina nebatan de dide nasîn, û hin têgihîştinên xelet di sepandina roniyên mezinbûna LED di çandina nebatan de destnîşan dike. Di dawiyê de, raman û nexşeyên teknîkî ji bo pêşkeftina roniyên mezinbûna LED-ê yên ku ji bo çandina nebatan têne bikar anîn têne pêşkêş kirin. Divê were destnîşan kirin ku di sazkirin û karanîna roniyê de hin faktor jî hene ku divê werin hesibandin, wekî dûrahiya di navbera roniyê û nebatê de, rêjeya tîrêjê ya çirayê, û çawaniya sepandina roniyê bi ava normal, gubre û axê.

Nivîskar: Yi Wang et al. Çavkanî: CNKI