परिचय

वनस्पतींच्या वाढीच्या प्रक्रियेत प्रकाश महत्त्वाची भूमिका बजावते.वनस्पतीच्या क्लोरोफिलचे शोषण आणि कॅरोटीनसारख्या वनस्पतींच्या वाढीच्या विविध गुणांचे शोषण करण्यास प्रोत्साहन देण्यासाठी हे सर्वोत्तम खत आहे.तथापि, वनस्पतींची वाढ निश्चित करणारा निर्णायक घटक हा सर्वसमावेशक घटक आहे, जो केवळ प्रकाशाशी संबंधित नाही, तर पाणी, माती आणि खत, वाढीच्या वातावरणाची परिस्थिती आणि सर्वसमावेशक तांत्रिक नियंत्रणाच्या कॉन्फिगरेशनपासून देखील अविभाज्य आहे.

गेल्या दोन-तीन वर्षांत, त्रिमितीय वनस्पती कारखाने किंवा वनस्पतींच्या वाढीबाबत अर्धसंवाहक प्रकाश तंत्रज्ञानाच्या वापराबाबत अंतहीन अहवाल आले आहेत.पण नीट वाचल्यावर नेहमी काही ना काही अस्वस्थ वाटू लागते.साधारणपणे सांगायचे तर, वनस्पतींच्या वाढीमध्ये प्रकाशाची भूमिका कोणती असावी याचे खरे आकलन नाही.

प्रथम, आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, सूर्याचा वर्णपट समजून घेऊया. हे पाहिले जाऊ शकते की सौर वर्णपट हा एक सतत स्पेक्ट्रम आहे, ज्यामध्ये निळा आणि हिरवा स्पेक्ट्रम लाल वर्णपटापेक्षा अधिक मजबूत आहे आणि दृश्यमान प्रकाश स्पेक्ट्रम किती पासून आहे. 380 ते 780 एनएम.निसर्गातील जीवांची वाढ स्पेक्ट्रमच्या तीव्रतेशी संबंधित आहे.उदाहरणार्थ, विषुववृत्ताजवळील बहुतेक झाडे खूप वेगाने वाढतात आणि त्याच वेळी, त्यांच्या वाढीचा आकार तुलनेने मोठा असतो.परंतु सूर्याच्या किरणोत्सर्गाची उच्च तीव्रता नेहमीच चांगली नसते आणि प्राणी आणि वनस्पतींच्या वाढीसाठी काही प्रमाणात निवडकता असते.

आकृती 1, सौर स्पेक्ट्रमची वैशिष्ट्ये आणि त्याचे दृश्यमान प्रकाश स्पेक्ट्रम

दुसरे म्हणजे, वनस्पतींच्या वाढीच्या अनेक प्रमुख शोषण घटकांचा दुसरा स्पेक्ट्रम आकृती आकृती 2 मध्ये दर्शविला आहे.

आकृती 2, वनस्पतींच्या वाढीमध्ये अनेक ऑक्सिन्सचे शोषण स्पेक्ट्रा

आकृती 2 वरून हे दिसून येते की वनस्पतींच्या वाढीवर परिणाम करणारे अनेक मुख्य ऑक्सीन्सचे प्रकाश शोषण स्पेक्ट्रा लक्षणीय भिन्न आहेत.म्हणून, एलईडी प्लांट ग्रोथ लाइट्सचा वापर ही एक साधी बाब नाही, परंतु खूप लक्ष्यित आहे.येथे दोन सर्वात महत्त्वाच्या प्रकाशसंश्लेषक वनस्पतींच्या वाढीच्या घटकांच्या संकल्पनांचा परिचय करून देणे आवश्यक आहे.

• क्लोरोफिल

क्लोरोफिल हे प्रकाशसंश्लेषणाशी संबंधित सर्वात महत्वाचे रंगद्रव्यांपैकी एक आहे.हे सर्व जीवांमध्ये अस्तित्वात आहे जे प्रकाशसंश्लेषण तयार करू शकतात, ज्यात हिरव्या वनस्पती, प्रोकेरियोटिक ब्लू-ग्रीन शैवाल (सायनोबॅक्टेरिया) आणि युकेरियोटिक शैवाल यांचा समावेश आहे.क्लोरोफिल प्रकाशातून ऊर्जा शोषून घेते, ज्याचा वापर नंतर कार्बन डायऑक्साइड कर्बोदकांमधे रूपांतरित करण्यासाठी केला जातो.

क्लोरोफिल a मुख्यत्वे लाल प्रकाश शोषून घेते आणि क्लोरोफिल बी मुख्यत्वे निळा-व्हायोलेट प्रकाश शोषून घेते, मुख्यत्वे सूर्यप्रकाशातील वनस्पतींपासून सावलीतील वनस्पती वेगळे करण्यासाठी.क्लोरोफिल b आणि क्लोरोफिल a चे क्लोरोफिल सावलीतील वनस्पतींचे गुणोत्तर कमी आहे, त्यामुळे सावली देणारी झाडे निळ्या प्रकाशाचा जोरदार वापर करू शकतात आणि सावलीत वाढण्यास अनुकूल होऊ शकतात.क्लोरोफिल ए निळा-हिरवा आहे, आणि क्लोरोफिल बी पिवळा-हिरवा आहे.क्लोरोफिल a आणि क्लोरोफिल b चे दोन मजबूत शोषणे आहेत, एक 630-680 nm तरंगलांबी असलेल्या लाल प्रदेशात आणि दुसरा 400-460 nm तरंगलांबी असलेल्या निळ्या-व्हायलेट प्रदेशात.

• कॅरोटीनोइड्स

कॅरोटीनोइड्स ही महत्त्वाच्या नैसर्गिक रंगद्रव्यांच्या वर्गासाठी सामान्य संज्ञा आहे, जी सामान्यतः प्राणी, उच्च वनस्पती, बुरशी आणि शैवाल यांच्यामध्ये पिवळ्या, नारिंगी-लाल किंवा लाल रंगद्रव्यांमध्ये आढळतात.आतापर्यंत, 600 हून अधिक नैसर्गिक कॅरोटीनॉइड्सचा शोध लागला आहे.

कॅरोटीनॉइड्सचे प्रकाश शोषण OD303 ~ 505 nm ची श्रेणी व्यापते, जे अन्नाचा रंग प्रदान करते आणि शरीराच्या अन्नाच्या सेवनावर परिणाम करते.एकपेशीय वनस्पती, वनस्पती आणि सूक्ष्मजीवांमध्ये, त्याचा रंग क्लोरोफिलने व्यापलेला असतो आणि दिसू शकत नाही.वनस्पतींच्या पेशींमध्ये, कॅरोटीनोइड्स तयार होतात ते केवळ प्रकाशसंश्लेषणास मदत करण्यासाठी ऊर्जा शोषून घेतात आणि हस्तांतरित करतात, परंतु उत्तेजित सिंगल-इलेक्ट्रॉन बाँड ऑक्सिजन रेणूंद्वारे नष्ट होण्यापासून पेशींचे संरक्षण करण्याचे कार्य देखील करतात.

काही वैचारिक गैरसमज

ऊर्जा-बचत प्रभावाकडे दुर्लक्ष करून, प्रकाशाची निवडकता आणि प्रकाशाचे समन्वय, सेमीकंडक्टर प्रकाशयोजनेचे मोठे फायदे दिसून आले आहेत.तथापि, गेल्या दोन वर्षांच्या जलद विकासामुळे, आम्ही प्रकाशाच्या डिझाइन आणि वापरामध्ये बरेच गैरसमज देखील पाहिले आहेत, जे मुख्यत्वे खालील पैलूंमध्ये प्रतिबिंबित होतात.

① जोपर्यंत विशिष्ट तरंगलांबीच्या लाल आणि निळ्या चिप्स एका विशिष्ट गुणोत्तरामध्ये एकत्रित केल्या जातात, तोपर्यंत त्यांचा वापर वनस्पती लागवडीसाठी केला जाऊ शकतो, उदाहरणार्थ, लाल ते निळ्याचे गुणोत्तर 4:1, 6:1, 9:1 आणि असे आहे. वर

② जोपर्यंत तो पांढरा प्रकाश आहे तोपर्यंत तो सूर्याच्या प्रकाशाची जागा घेऊ शकतो, जसे की तीन-प्राथमिक पांढऱ्या प्रकाशाची ट्यूब जपानमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते. LED द्वारे बनवलेल्या प्रकाश स्रोताप्रमाणे चांगले नाही.

③ जोपर्यंत PPFD (प्रकाश क्वांटम फ्लक्स घनता), प्रकाशाचा एक महत्त्वाचा पॅरामीटर, एका विशिष्ट निर्देशांकापर्यंत पोहोचतो, उदाहरणार्थ, PPFD 200 μmol·m-2·s-1 पेक्षा जास्त आहे.तथापि, हे सूचक वापरताना, आपण सावली वनस्पती किंवा सूर्य वनस्पती आहे की नाही यावर लक्ष देणे आवश्यक आहे.आपल्याला या वनस्पतींचे प्रकाश भरपाई संपृक्तता बिंदू क्वेरी किंवा शोधण्याची आवश्यकता आहे, ज्याला प्रकाश भरपाई बिंदू देखील म्हणतात.वास्तविक अनुप्रयोगांमध्ये, रोपे बर्‍याचदा जळतात किंवा सुकतात.म्हणून, या पॅरामीटरची रचना वनस्पती प्रजाती, वाढीचे वातावरण आणि परिस्थितीनुसार तयार करणे आवश्यक आहे.

पहिल्या पैलूबद्दल, प्रस्तावनेत सांगितल्याप्रमाणे, वनस्पतींच्या वाढीसाठी आवश्यक असलेला स्पेक्ट्रम ठराविक वितरण रुंदीसह सतत स्पेक्ट्रम असावा.लाल आणि निळ्या रंगाच्या दोन विशिष्ट तरंगलांबी चिप्सपासून बनवलेला प्रकाश स्रोत अतिशय अरुंद स्पेक्ट्रमसह वापरणे स्पष्टपणे अयोग्य आहे (आकृती 3(a) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे).प्रयोगांमध्ये असे आढळून आले की झाडे पिवळसर असतात, पानांची देठ खूप हलकी असते आणि पानांची देठ खूप पातळ असतात.

मागील वर्षांमध्ये सामान्यत: तीन प्राथमिक रंग वापरल्या जाणाऱ्या फ्लोरोसेंट ट्यूबसाठी, जरी पांढरा संश्लेषित केला गेला असला तरी, लाल, हिरवा आणि निळा स्पेक्ट्रा वेगळे केले जातात (आकृती 3(b) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे), आणि स्पेक्ट्रमची रुंदी खूपच अरुंद आहे.खालील अखंड भागाची वर्णक्रमीय तीव्रता तुलनेने कमकुवत आहे आणि LEDs च्या तुलनेत शक्ती अजूनही तुलनेने मोठी आहे, ऊर्जा वापराच्या 1.5 ते 3 पट.त्यामुळे, वापराचा परिणाम एलईडी दिव्यांइतका चांगला नाही.

आकृती 3, लाल आणि निळी चिप एलईडी प्लांट लाइट आणि तीन-प्राथमिक रंगाचा फ्लोरोसेंट लाइट स्पेक्ट्रम

PPFD ही प्रकाश क्वांटम फ्लक्स घनता आहे, जी प्रकाशसंश्लेषणातील प्रकाशाच्या प्रभावी रेडिएशन लाइट फ्लक्स घनतेचा संदर्भ देते, जी 400 ते 700 nm प्रति युनिट वेळ आणि एकक क्षेत्राच्या तरंगलांबीच्या श्रेणीमध्ये वनस्पतींच्या पानांच्या देठांवर प्रकाश क्वांटाच्या घटनेची एकूण संख्या दर्शवते. .त्याचे एकक μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1) आहे.प्रकाशसंश्लेषकदृष्ट्या सक्रिय रेडिएशन (PAR) 400 ते 700 nm च्या तरंगलांबीसह एकूण सौर किरणोत्सर्गाचा संदर्भ देते.हे एकतर प्रकाश क्वांटाद्वारे किंवा तेजस्वी उर्जेद्वारे व्यक्त केले जाऊ शकते.

पूर्वी, इल्युमिनोमीटरद्वारे परावर्तित होणारी प्रकाशाची तीव्रता ही ब्राइटनेस होती, परंतु वनस्पतीच्या वाढीचा स्पेक्ट्रम बदलतो कारण वनस्पतीपासून प्रकाशाच्या स्थिरतेची उंची, प्रकाश कव्हरेज आणि प्रकाश पानांमधून जाऊ शकतो की नाही.त्यामुळे प्रकाशसंश्लेषणाच्या अभ्यासात प्रकाशाच्या तीव्रतेचे सूचक म्हणून par वापरणे योग्य नाही.

साधारणपणे, जेव्हा सूर्य-प्रेमळ वनस्पतीचा PPFD 50 μmol·m-2·s-1 पेक्षा मोठा असतो तेव्हा प्रकाशसंश्लेषण यंत्रणा सुरू करता येते, तर छायादार वनस्पतीच्या PPFD ला फक्त 20 μmol·m-2·s-1 ची आवश्यकता असते. .त्यामुळे, LED ग्रोथ लाइट्स खरेदी करताना, तुम्ही या संदर्भ मूल्यावर आणि तुम्ही लावलेल्या वनस्पतींच्या प्रकारावर आधारित LED ग्रोथ लाइट्सची संख्या निवडू शकता.उदाहरणार्थ, एका LED lght चे PPFD 20 μmol·m-2·s-1 असल्यास, सूर्य-प्रेमळ वनस्पती वाढवण्यासाठी 3 पेक्षा जास्त LED प्लांट बल्ब आवश्यक आहेत.

सेमीकंडक्टर लाइटिंगचे अनेक डिझाइन सोल्यूशन्स

अर्धसंवाहक प्रकाशयोजना वनस्पतींच्या वाढीसाठी किंवा लागवडीसाठी वापरली जाते आणि दोन मूलभूत संदर्भ पद्धती आहेत.

• सध्या, चीनमध्ये इनडोअर प्लांटिंग मॉडेल खूप गरम आहे.या मॉडेलमध्ये अनेक वैशिष्ट्ये आहेत:

① एलईडी लाइट्सची भूमिका वनस्पती प्रकाशाचा संपूर्ण स्पेक्ट्रम प्रदान करणे आहे आणि प्रकाश प्रणालीला सर्व प्रकाश ऊर्जा प्रदान करणे आवश्यक आहे आणि उत्पादन खर्च तुलनेने जास्त आहे;
② LED ग्रोथ लाइट्सच्या डिझाइनमध्ये स्पेक्ट्रमची सातत्य आणि अखंडता विचारात घेणे आवश्यक आहे;
③प्रकाशाची वेळ आणि प्रकाशाची तीव्रता प्रभावीपणे नियंत्रित करणे आवश्यक आहे, जसे की झाडांना काही तास विश्रांती देणे, किरणोत्सर्गाची तीव्रता पुरेशी किंवा खूप मजबूत नाही इ.;
④संपूर्ण प्रक्रियेसाठी बाहेरील वनस्पतींच्या वास्तविक इष्टतम वाढीच्या वातावरणासाठी आवश्यक परिस्थितींचे अनुकरण करणे आवश्यक आहे, जसे की आर्द्रता, तापमान आणि CO2 एकाग्रता.

• चांगल्या आउटडोअर ग्रीनहाऊस प्लांटिंग फाउंडेशनसह आउटडोअर प्लांटिंग मोड.या मॉडेलची वैशिष्ट्ये अशीः

① LED लाइट्सची भूमिका प्रकाशाला पूरक आहे.एक म्हणजे दिवसा सूर्यप्रकाशाच्या किरणोत्सर्गाखाली असलेल्या निळ्या आणि लाल भागात प्रकाशाची तीव्रता वाढवणे म्हणजे वनस्पतींच्या प्रकाश संश्लेषणाला चालना देणे आणि दुसरे म्हणजे वनस्पतींच्या वाढीच्या दराला चालना देण्यासाठी रात्री सूर्यप्रकाश नसताना त्याची भरपाई करणे.
②पूरक प्रकाशाने रोपाची वाढ कोणत्या अवस्थेत आहे याचा विचार करणे आवश्यक आहे, जसे की रोपांचा कालावधी किंवा फुलांचा आणि फळांचा कालावधी.

म्हणून, LED प्लांट ग्रोथ लाइट्सच्या डिझाइनमध्ये प्रथम दोन मूलभूत डिझाइन मोड असावेत, ते म्हणजे, 24h लाइटिंग (इनडोअर) आणि प्लांट ग्रोथ सप्लिमेंट लाइटिंग (आउटडोअर).आकृती 4 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, घरातील वनस्पती लागवडीसाठी, एलईडी ग्रोथ लाइट्सच्या डिझाइनमध्ये तीन पैलूंचा विचार करणे आवश्यक आहे. विशिष्ट प्रमाणात तीन प्राथमिक रंगांसह चिप्सचे पॅकेज करणे शक्य नाही.

आकृती 4, 24 तासांच्या प्रकाशासाठी इनडोअर एलईडी प्लांट बूस्टर लाइट्स वापरण्याची डिझाइन कल्पना

उदाहरणार्थ, रोपवाटिकेच्या अवस्थेतील स्पेक्ट्रमसाठी, मुळे आणि देठांची वाढ मजबूत करणे, पानांच्या फांद्या मजबूत करणे आणि प्रकाश स्रोत घरामध्ये वापरला जातो हे लक्षात घेऊन, आकृती 5 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे स्पेक्ट्रमची रचना केली जाऊ शकते.

आकृती 5, एलईडी इनडोअर नर्सरी कालावधीसाठी योग्य स्पेक्ट्रल संरचना

दुसऱ्या प्रकारच्या एलईडी ग्रोथ लाइटच्या डिझाईनसाठी, मुख्यतः बाह्य ग्रीनहाऊसच्या पायथ्याशी लागवडीला प्रोत्साहन देण्यासाठी पूरक प्रकाशाच्या डिझाइन सोल्यूशनचा उद्देश आहे.डिझाइन कल्पना आकृती 6 मध्ये दर्शविली आहे.

आकृती 6, आउटडोअर ग्रोथ लाइट्सच्या डिझाइन कल्पना 

लेखक सुचवितो की अधिक लागवड करणाऱ्या कंपन्या वनस्पतींच्या वाढीस चालना देण्यासाठी एलईडी दिवे वापरण्याचा दुसरा पर्याय स्वीकारतात.

सर्व प्रथम, चीनच्या बाह्य ग्रीनहाऊस लागवडीमध्ये दक्षिण आणि उत्तर या दोन्ही भागात अनेक दशके मोठ्या प्रमाणात आणि अनुभवाची विस्तृत श्रेणी आहे.यात हरितगृह लागवड तंत्रज्ञानाचा चांगला पाया आहे आणि आसपासच्या शहरांसाठी बाजारात मोठ्या प्रमाणात ताजी फळे आणि भाज्या उपलब्ध आहेत.विशेषत: माती आणि पाणी आणि खत लागवड क्षेत्रात, समृद्ध संशोधन परिणाम केले गेले आहेत.

दुसरे म्हणजे, या प्रकारचे पूरक प्रकाश द्रावण मोठ्या प्रमाणात उर्जेचा अनावश्यक वापर कमी करू शकते आणि त्याच वेळी फळे आणि भाज्यांचे उत्पादन प्रभावीपणे वाढवू शकते.शिवाय, चीनचे विशाल भौगोलिक क्षेत्र प्रचारासाठी अतिशय सोयीचे आहे.

एलईडी प्लांट लाइटिंगचे वैज्ञानिक संशोधन म्हणून, ते त्यासाठी एक व्यापक प्रायोगिक आधार देखील प्रदान करते.अंजीर. 7 हा या संशोधन पथकाने विकसित केलेला एक प्रकारचा एलईडी ग्रोथ लाइट आहे, जो हरितगृहांमध्ये वाढण्यास योग्य आहे आणि त्याचे स्पेक्ट्रम चित्र 8 मध्ये दाखवले आहे.

आकृती 7, एक प्रकारचा एलईडी वाढणारा प्रकाश

आकृती 8, एलईडी ग्रो लाइटच्या प्रकाराचा स्पेक्ट्रम

वरील डिझाइन कल्पनांनुसार, संशोधन कार्यसंघाने प्रयोगांची मालिका आयोजित केली आणि प्रायोगिक परिणाम खूप लक्षणीय आहेत.उदाहरणार्थ, रोपवाटिकेत प्रकाश वाढण्यासाठी, मूळ दिवा वापरला जातो तो 32 डब्ल्यू क्षमतेचा फ्लोरोसेंट दिवा आणि 40 दिवसांच्या नर्सरी सायकलचा असतो.आम्ही 12 डब्ल्यू एलईडी लाइट प्रदान करतो, जे रोपांचे चक्र 30 दिवसांपर्यंत कमी करते, रोपांच्या कार्यशाळेतील दिव्यांच्या तापमानाचा प्रभाव प्रभावीपणे कमी करते आणि एअर कंडिशनरचा वीज वापर वाचवते.रोपांची जाडी, लांबी आणि रंग मूळ रोपे वाढवण्याच्या द्रावणापेक्षा चांगले असतात.सामान्य भाज्यांच्या रोपांसाठी, चांगले सत्यापन निष्कर्ष देखील प्राप्त झाले आहेत, ज्याचा सारांश खालील तक्त्यामध्ये दिला आहे.

त्यापैकी, पूरक प्रकाश गट PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, आणि लाल-निळा गुणोत्तर: 0.6-0.7.नैसर्गिक गटाच्या दिवसाच्या PPFD मूल्याची श्रेणी 40~800 μmol·m-2·s-1 होती आणि लाल ते निळ्या रंगाचे गुणोत्तर 0.6~1.2 होते.असे दिसून येते की वरील निर्देशक नैसर्गिकरित्या उगवलेल्या रोपांपेक्षा चांगले आहेत.

निष्कर्ष

हा लेख वनस्पती लागवडीमध्ये एलईडी ग्रोथ लाइटच्या वापरातील नवीनतम घडामोडींचा परिचय देतो आणि वनस्पती लागवडीमध्ये एलईडी ग्रोथ लाइटच्या वापरातील काही गैरसमज दर्शवितो.शेवटी, वनस्पती लागवडीसाठी वापरल्या जाणार्‍या एलईडी ग्रोथ लाइट्सच्या विकासासाठी तांत्रिक कल्पना आणि योजना सादर केल्या आहेत.हे निदर्शनास आणून दिले पाहिजे की प्रकाशाची स्थापना आणि वापर करताना काही घटकांचा देखील विचार करणे आवश्यक आहे, जसे की प्रकाश आणि वनस्पतीमधील अंतर, दिव्याची विकिरण श्रेणी आणि प्रकाश कसा लावायचा. सामान्य पाणी, खत आणि माती.

लेखक: यी वांग आणि इतर.स्रोत: CNKI