Pêşkêş

Ronahî di pêvajoya mezinbûna nebatan de rolek sereke dilîze. Ew zibilê herî baş e ku ji bo vegirtina klorofîla nebatê û vegirtina cûrbecûr taybetmendiyên mezinbûna nebatan ên wekî karotenê pêşve bibe. Lêbelê, faktora diyarker ku mezinbûna nebatan diyar dike faktorek berfireh e, ne tenê bi ronahiyê ve girêdayî ye, lê di heman demê de ji veavakirina av, ax û zibilê, şert û mercên hawîrdora mezinbûnê û kontrolkirina teknîkî ya berfireh jî nayê veqetandin.

Di du-sê salên borî de, raporên bêdawî li ser sepana teknolojiya ronahiya nîvconductor di derbarê kargehên nebatên sê-alî an mezinbûna nebatan de hene. Lê piştî xwendina wê bi baldarî, her gav hestek nerehet heye. Bi gelemperî, têgihiştinek rast tune ku çi rola ronahiyê di mezinbûna nebatan de bilîze.

Pêşî, werin em spektruma rojê fam bikin, wek ku di jimar 1 de tê xuyang kirin. Tê dîtin ku spektruma rojê spekterek domdar e, ku tê de spektruma şîn û kesk ji spektrama sor bi hêztir e, û spektruma ronahiya xuyang ji rêzê ye. 380 heta 780 nm. Mezinbûna zîndeweran di xwezayê de bi tundiya spektrûmê ve girêdayî ye. Mînakî, piraniya nebatên li devera nêzê ekvatorê pir zû mezin dibin, û di heman demê de, mezinbûna mezinbûna wan pir mezin e. Lê tîrêjiya bilind a tîrêjên rojê ne her gav çêtir e, û ji bo mezinbûna heywan û nebatan dereceyek hilbijartî heye.

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

Ya duyemîn, diyagrama spektrumê ya duyemîn a çend hêmanên sereke yên vegirtinê yên mezinbûna nebatê di Figure 2 de tê xuyang kirin.

Figure 2, Di mezinbûna nebatan de spektrên vegirtinê yên çend oksînan

Ji xêza 2-ê tê dîtin ku spektrên vegirtina ronahiyê ya çend auxînên sereke yên ku bandorê li mezinbûna nebatan dikin bi girîngî cûda ne. Ji ber vê yekê, serîlêdana roniyên mezinbûna nebatên LED ne mijarek hêsan e, lê pir armanc e. Li vir pêdivî ye ku têgînên du hêmanên mezinbûna nebatên fotosentetîk ên herî girîng bidin nasîn.

• Klorofîl

Klorofîl yek ji rengdêrên herî girîng e ku bi fotosentezê ve girêdayî ye. Ew di hemî organîzmayên ku dikarin fotosentezê biafirînin de heye, di nav de nebatên kesk, algayên şîn-kesk ên prokaryotî (cyanobacteria) û algayên eukaryotî. Klorofîl enerjiyê ji ronahiyê digire, ku piştre ji bo veguhertina karbondîoksîtê nav karbohîdartan tê bikar anîn.

Klorofîl a bi giranî ronahiya sor vedigire, û klorofîl b jî bi giranî ronahiya şîn-binefşî vedigire, bi giranî ji bo cûdakirina nebatên siyê ji nebatên rojê. Rêjeya klorofîl b bi klorofîl a nebatên siyê re piçûk e, ji ber vê yekê nebatên siyê dikarin ronahiya şîn bi hêz bikar bînin û xwe bi mezinbûna di siyê de biguncînin. Klorofîl a şîn-kesk e, klorofîl b jî zer-kesk e. Du vegirtinên xurt ên klorofîl a û klorofîl b hene, yek li herêma sor a bi dirêjahiya pêlê 630-680 nm, ya din jî li herêma şîn-binefşî bi dirêjahiya pêlê 400-460 nm.

• Carotenoids

Carotenoids peyva gelemperî ji bo çînek pigmentên xwezayî yên girîng in, ku bi gelemperî di rengdêrên zer, porteqalî-sor an sor de di heywanan, nebatên bilind, fungi, û algayan de têne dîtin. Heya nuha, zêdetirî 600 karotenoîdên xwezayî hatine vedîtin.

Girtina ronahiyê ya karotenoîdan rêza OD303 ~ 505 nm digire, ku rengê xwarinê peyda dike û bandorê li xwarina laş a xwarinê dike. Di kezeb, riwekan û mîkroorganîzmayan de rengê wê bi klorofîl ve tê girtin û xuya nake. Di xaneyên nebatan de, karotenoîdên ku têne hilberandin ne tenê enerjiyê vedigirin û vediguhezînin da ku alîkariya fotosentezê bikin, lê di heman demê de fonksiyona parastina hucreyan ji hilweşandina molekulên oksîjenê yên yek-elektronî yên heyecan jî hene.

Hinek şaştêgihiştinên têgînî

Bêyî bandora enerjiyê, hilbijartiya ronahiyê û hevrêziya ronahiyê, ronahiya nîvconductor avantajên mezin nîşan daye. Lêbelê, ji pêşkeftina bilez a du salên çûyî, me di sêwirandin û sepana ronahiyê de jî gelek xelet têgihîştin dîtin, ku bi gelemperî di aliyên jêrîn de têne xuyang kirin.

①Heya ku çîpên sor û şîn ên dirêjahiya pêlê di rêjeyek diyarkirî de bi hev re bêne hev, ew dikarin di çandiniya nebatan de werin bikar anîn, mînakî, rêjeya sor û şîn 4:1, 6:1, 9:1 e û hwd. li.

②Heya 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. ne bi qasî çavkaniya ronahiyê ya ku ji hêla LED ve hatî çêkirin.

③ Heya ku PPFD (dûrbûna herikîna kuantuma ronahiyê), pîvanek girîng a ronahiyê, digihîje hindek nîşanek, mînakî, PPFD ji 200 μmol·m-2·s-1 mezintir e. Lêbelê, dema ku vê nîşankerê bikar bînin, divê hûn bala xwe bidin ka ew nebatek siyê ye an nebatek rojê ye. Pêdivî ye ku hûn xala têrbûna tazmînata ronahiyê ya van nebatan bipirsin an bibînin, ku jê re xala tezmînata ronahiyê jî tê gotin. Di serîlêdanên rastîn de, şitil bi gelemperî têne şewitandin an hişk kirin. Ji ber vê yekê, sêwirana vê pîvanê divê li gorî celebên nebat, hawîrdora mezinbûnê û şertan were sêwirandin.

Di warê yekem de, wekî ku di pêşgotinê de hate destnîşan kirin, spektruma ku ji bo mezinbûna nebatan hewce dike divê spekrûkek domdar bi firehiyek belavkirinê ya diyar be. Eşkere ye ku meriv çavkaniyek ronahiyê ya ku ji du çîpên dirêjahiya pêlê yên taybetî yên sor û şîn bi spektrumek pir teng hatî çêkirin neguncaw e (wek ku di Figure 3(a) de tê xuyang kirin). Di azmûnan de hat dîtin ku nebat zer dibin, qalikên pelan pir sivik in, riyên pelan jî pir zirav in.

Ji bo lûleyên fluorescentê yên bi sê rengên bingehîn ên ku di salên berê de bi gelemperî têne bikar anîn, her çend spî tê sentez kirin jî, spektrayên sor, kesk û şîn ji hev têne veqetandin (wek ku di jimar 3(b) de tê xuyang kirin), û firehiya spektrumê pir teng e. Zehmetiya spektralê ya beşa domdar a jêrîn bi nisbeten qels e, û hêz hîn jî li gorî LED-an nisbeten mezin e, 1,5 heta 3 caran ji xerckirina enerjiyê. Ji ber vê yekê, bandora karanîna ne wekî roniyên LED-ê baş e.

Figure 3, Ronahiya nebatê LED-çîpa sor û şîn û spektura ronahiya fluorescent rengê sê-sereke

PPFD tîrêjiya herikîna quantum a ronahiyê ye, ku di fotosentezê de tîrêjiya herikîna ronahiyê ya tîrêjê ya bi bandor a ronahiyê di fotosentezê de vedibêje, ku jimara giştî ya quantaya ronahiyê ya ku li ser stûnên pelên nebatan di navbera dirêjahiya pêlê de ji 400 heta 700 nm di yekîneyek dem û yekîneya rûberê de pêk tê temsîl dike. . Yekîneya wê μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1) ye. Radyasyona aktîv a fotosentezî (PAR) bi tevahî tîrêjên rojê bi dirêjahiya pêlê di navbera 400 û 700 nm de vedibêje. Ew dikare bi quantên ronahiyê an jî bi enerjiya tîrêjê were diyar kirin.

Berê, tîrêjiya ronahiyê ya ku ji hêla ronahiyê ve hatî xuyang kirin ronahiyek bû, lê spektora mezinbûna nebatê ji ber bilindbûna ronahiya ji nebatê, vegirtina ronahiyê û gelo ronî dikare di pelan re derbas bibe diguhere. Ji ber vê yekê, ne rast e ku meriv par wekî nîşanek tundiya ronahiyê di lêkolîna fotosentezê de bikar bîne.

Bi gelemperî, mekanîzmaya fotosentezê dikare were destpêkirin dema ku PPFD ya nebata tav-hez ji 50 μmol·m-2·s-1 mezintir be, dema ku PPFD ya nebatê şil tenê 20 μmol·m-2·s-1 hewce dike. . Ji ber vê yekê, dema kirîna roniyên mezinbûna LED-ê, hûn dikarin li ser bingeha vê nirxa referansê û celebê nebatên ku hûn diçînin, hejmara roniyên mezinbûna LED hilbijêrin. Mînakî, heke PPFD ya yek lght LED 20 μmol·m-2·s-1 be, ji 3 ampûlên nebatê LED bêtir hewce ne ku nebatên tavê-hez mezin bikin.

Gelek çareseriyên sêwiranê yên ronahiya nîvconductor

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

• Heya nuha, modela çandiniya hundurîn li Chinaînê pir germ e. Ev model çend taybetmendiyên xwe hene:

①Rola roniyên LED-ê peydakirina tevahî ronahiya nebatê ye, û pergala ronahiyê pêdivî ye ku hemî enerjiya ronahiyê peyda bike, û lêçûna hilberînê bi nisbetî bilind e;
②Sêwirana roniyên mezinbûna LED-ê hewce dike ku domdarî û yekparebûna spektrêmê bihesibîne;
③ Pêdivî ye ku meriv wextê ronahiyê û tîrêjiya ronahiyê bi bandor were kontrol kirin, wek mînak hiştina nebatan çend demjimêran bêhnvedan, tundiya tîrêjê ne bes an jî pir xurt e, hwd.;
④ Tevahiya pêvajoyê pêdivî ye ku şert û mercên ku ji hêla hawîrdora mezinbûna çêtirîn a nebatên li derve ve têne xwestin, mîna şilbûn, germahî û berhevoka CO2-ê teqlîd bike.

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

① Rola roniyên LED zêdekirina ronahiyê ye. Yek ew e ku di nav rojê de li deverên şîn û sor ên di bin tîrêjên tîrêjê de di bin tîrêjên rojê de zêdekirina tîrêjiya ronahiyê zêde bikin da ku fotosenteza nebatan pêşve bibin, û ya din jî ew e ku dema ku bi şev tîrêja rojê tune be telafî bike da ku rêjeya mezinbûna nebatan pêşve bibe.
②Divê ronahiya pêvek bifikire ku nebat di kîjan qonaxa mezinbûnê de ye, wek serdema şitilan an serdema kulîlk û fêkîbûnê.

Ji ber vê yekê, sêwirana roniyên mezinbûna nebatên LED-ê divê pêşî du şêwazên sêwirana bingehîn hebe, yanê, ronahiya 24h (hundirîn) û ronahiya lêzêdekirina mezinbûna nebatê (li derve). Ji bo çandina nebatên hundurîn, sêwirana roniyên mezinbûna LED hewce dike ku sê aliyan li ber çavan bigire, wekî ku di Xiflteya 4-ê de tê xuyang kirin. Ne gengaz e ku çîpên bi sê rengên seretayî bi rêjeyek diyarkirî werin pak kirin.

Figure 4, Fikra sêwiranê ya karanîna roniyên zêdekerê nebatê LED-ya hundurîn ji bo ronîkirina 24h

Mînakî, ji bo spektrumek di qonaxa hemşîreyê de, ji ber ku pêdivî ye ku ew mezinbûna reh û stûnan xurt bike, şaxkirina pelan xurt bike, û çavkaniya ronahiyê li hundur tê bikar anîn, spektrum dikare wekî ku di Figure 5 de tê xuyang kirin were sêwirandin.

Wêneyê 5, Strukturên spektral ên ji bo serdema hemşîreya hundurîn a LED-ê maqûl in

Ji bo sêwirana celebê duyemîn ronahiya mezinbûna LED-ê, ew bi giranî ji bo çareseriya sêwiranê ya pêvekirina ronahiyê ji bo pêşvebirina çandiniyê di bingeha seraya li derve de tête armanc kirin. Fikra sêwiranê di jimar 6 de tê nîşandan.

Wêne 6, Fikrên sêwiranê yên roniyên mezinbûna derve 

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

Beriya her tiştî, çandiniya serayê ya li derve ya Chinaînê hem li başûr û hem jî li bakur xwedan hejmareke mezin û ezmûnek berfireh e. Ew xwedî bingehek baş a teknolojiya çandiniya serayê ye û hejmareke mezin ji fêkî û sebzeyên teze li sûkê ji bo bajarên derdorê peyda dike. Bi taybetî di warê çandina ax û av û gubre de, encamên lêkolînên dewlemend hatine çêkirin.

Ya duyemîn, ev celeb çareseriya ronahiyê ya pêvek dikare pir xerckirina nehewce ya enerjiyê kêm bike, û di heman demê de dikare bi bandor hilberîna fêkî û sebzeyan zêde bike. Wekî din, qada erdnîgarî ya berfireh a Chinaînê ji bo pêşvebirinê pir hêsan e.

Wekî lêkolîna zanistî ya ronahiya nebatê ya LED, ew ji bo wê jî bingehek ceribandinek berfireh peyda dike. Xiflteya 7 celebek ronahiya LED-ê ye ku ji hêla vê tîmê lêkolînê ve hatî pêşve xistin, ku ji bo mezinbûna di serayan de guncan e, û spektora wê di jimar 8 de tê xuyang kirin.

Wêne 7, Cûreyek ronahiya LED mezin dibe

Wêneyê 8, spektora celebek ronahiya LED mezin dibe

Li gorî ramanên sêwirana jorîn, tîmê lêkolînê rêzek ceribandin pêk anîn, û encamên ceribandinê pir girîng in. Mînakî, ji bo mezinbûna ronahiyê di hemşîreyê de, lampa orjînal a ku tê bikar anîn lampayek fluorescent a bi hêza 32 W û çerxa zarokxaneyê ya 40 rojan e. Em ronahiya LED ya 12 W peyda dikin, ku çerxa şitilê heya 30 rojan kurt dike, bi bandor bandora germahiya lampayên li atolyeya şitilan kêm dike, û xerckirina hêza klîmayê xilas dike. Stûrî, dirêjî û rengê şitilan ji çareseriya hilanîna şitilên orîjînal çêtir e. Ji bo tovên sebzeyên hevpar, encamên verastkirinê yên baş jî hatine bidestxistin, ku di tabloya jêrîn de têne kurt kirin.

Di nav wan de, koma ronahiya pêvek 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. Tê dîtin ku nîşanên jorîn ji yên tovên ku bi xwezayî mezin dibin çêtir in.

Xelasî

Vê gotarê pêşkeftinên herî paşîn di serîlêdana roniyên mezinbûna LED-ê de di çandiniya nebatan de destnîşan dike, û hin xelet têgihiştinên di serîlêdana ronahiya LED-ê de di çandiniya nebatan de destnîşan dike. Di dawiyê de, raman û nexşeyên teknîkî yên ji bo pêşkeftina roniyên mezinbûna LED-ê yên ku ji bo çandiniya nebatan têne bikar anîn têne destnîşan kirin. Di heman demê de divê were destnîşan kirin ku di sazkirin û karanîna ronahiyê de hin faktor jî hene ku divê bêne hesibandin, wek mesafeya di navbera ronahiyê û nebatê de, rêjeya tîrêjê ya lampê, û çawaniya sepandina ronahiyê bi ava normal, zibil û ax.

Nivîskar: Yi Wang et al. Çavkanî: CNKI