परिचय

वनस्पतींच्या वाढीच्या प्रक्रियेत प्रकाशाची भूमिका महत्त्वाची असते. वनस्पतींच्या क्लोरोफिलचे शोषण आणि कॅरोटीनसारख्या विविध वनस्पतींच्या वाढीच्या गुणांचे शोषण करण्यासाठी हे सर्वोत्तम खत आहे. तथापि, वनस्पतींची वाढ निश्चित करणारा निर्णायक घटक हा एक व्यापक घटक आहे, जो केवळ प्रकाशाशी संबंधित नाही तर पाणी, माती आणि खत, वाढीच्या वातावरणाची परिस्थिती आणि व्यापक तांत्रिक नियंत्रण यांच्या संरचनेपासून देखील अविभाज्य आहे.

गेल्या दोन-तीन वर्षांत, त्रिमितीय वनस्पती कारखाने किंवा वनस्पतींच्या वाढीबाबत अर्धसंवाहक प्रकाश तंत्रज्ञानाच्या वापराबद्दल असंख्य अहवाल आले आहेत. परंतु ते काळजीपूर्वक वाचल्यानंतर, नेहमीच काही अस्वस्थता जाणवते. सर्वसाधारणपणे, वनस्पतींच्या वाढीमध्ये प्रकाशाची भूमिका काय असावी हे खरोखर समजलेले नाही.

प्रथम, आकृती १ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे सूर्याचा स्पेक्ट्रम समजून घेऊया. हे दिसून येते की सौर स्पेक्ट्रम हा एक सतत स्पेक्ट्रम आहे, ज्यामध्ये निळा आणि हिरवा स्पेक्ट्रम लाल स्पेक्ट्रमपेक्षा अधिक मजबूत असतो आणि दृश्यमान प्रकाश स्पेक्ट्रम ३८० ते ७८० नॅनोमीटर पर्यंत असतो. निसर्गातील जीवांची वाढ स्पेक्ट्रमच्या तीव्रतेशी संबंधित आहे. उदाहरणार्थ, विषुववृत्ताजवळील क्षेत्रातील बहुतेक वनस्पती खूप वेगाने वाढतात आणि त्याच वेळी, त्यांच्या वाढीचा आकार तुलनेने मोठा असतो. परंतु सूर्याच्या विकिरणांची उच्च तीव्रता नेहमीच चांगली नसते आणि प्राणी आणि वनस्पतींच्या वाढीसाठी काही प्रमाणात निवडकता असते.

आकृती १, सौर स्पेक्ट्रम आणि त्याच्या दृश्यमान प्रकाश स्पेक्ट्रमची वैशिष्ट्ये

दुसरे म्हणजे, वनस्पतींच्या वाढीतील अनेक प्रमुख शोषण घटकांचा दुसरा स्पेक्ट्रम आकृती आकृती २ मध्ये दर्शविला आहे.

आकृती २, वनस्पतींच्या वाढीमध्ये अनेक ऑक्सिनचे शोषण स्पेक्ट्रा

आकृती २ वरून असे दिसून येते की वनस्पतींच्या वाढीवर परिणाम करणाऱ्या अनेक प्रमुख ऑक्सिन्सचे प्रकाश शोषण स्पेक्ट्रा लक्षणीयरीत्या भिन्न आहेत. म्हणून, एलईडी वनस्पती वाढीच्या दिव्यांचा वापर ही साधी बाब नाही, तर खूप लक्ष्यित आहे. येथे दोन सर्वात महत्त्वाच्या प्रकाशसंश्लेषक वनस्पती वाढीच्या घटकांच्या संकल्पना सादर करणे आवश्यक आहे.

• क्लोरोफिल

क्लोरोफिल हे प्रकाशसंश्लेषणाशी संबंधित सर्वात महत्वाचे रंगद्रव्यांपैकी एक आहे. ते प्रकाशसंश्लेषण तयार करू शकणाऱ्या सर्व जीवांमध्ये आढळते, ज्यात हिरव्या वनस्पती, प्रोकेरियोटिक निळा-हिरवा शैवाल (सायनोबॅक्टेरिया) आणि युकेरियोटिक शैवाल यांचा समावेश आहे. क्लोरोफिल प्रकाशातून ऊर्जा शोषून घेतो, ज्याचा वापर नंतर कार्बन डायऑक्साइडचे कर्बोदकांमधे रूपांतर करण्यासाठी केला जातो.

क्लोरोफिल a प्रामुख्याने लाल प्रकाश शोषून घेते आणि क्लोरोफिल b प्रामुख्याने निळा-जांभळा प्रकाश शोषून घेते, मुख्यतः सावली देणाऱ्या वनस्पतींना सूर्यप्रकाशातील वनस्पतींपासून वेगळे करण्यासाठी. सावली देणाऱ्या वनस्पतींमध्ये क्लोरोफिल b आणि क्लोरोफिल a चे प्रमाण कमी असते, म्हणून सावली देणाऱ्या वनस्पती निळ्या प्रकाशाचा जोरदार वापर करू शकतात आणि सावलीत वाढण्यास अनुकूल होऊ शकतात. क्लोरोफिल a निळा-हिरवा असतो आणि क्लोरोफिल b पिवळा-हिरवा असतो. क्लोरोफिल a आणि क्लोरोफिल b चे दोन मजबूत शोषण आहेत, एक लाल प्रदेशात 630-680 nm तरंगलांबीसह आणि दुसरा निळ्या-जांभळ्या प्रदेशात 400-460 nm तरंगलांबीसह.

• कॅरोटीनॉइड्स

कॅरोटीनॉइड्स हा सामान्यतः महत्त्वाच्या नैसर्गिक रंगद्रव्यांच्या वर्गासाठी वापरला जाणारा शब्द आहे, जो सामान्यतः प्राणी, उच्च वनस्पती, बुरशी आणि शैवाल यांच्या पिवळ्या, नारिंगी-लाल किंवा लाल रंगद्रव्यांमध्ये आढळतो. आतापर्यंत, 600 हून अधिक नैसर्गिक कॅरोटीनॉइड्स शोधले गेले आहेत.

कॅरोटीनॉइड्सचे प्रकाश शोषण OD303~505 nm च्या श्रेणीत होते, जे अन्नाचा रंग प्रदान करते आणि शरीराच्या अन्न सेवनावर परिणाम करते. शैवाल, वनस्पती आणि सूक्ष्मजीवांमध्ये, त्याचा रंग क्लोरोफिलने झाकलेला असतो आणि तो दिसू शकत नाही. वनस्पती पेशींमध्ये, उत्पादित कॅरोटीनॉइड्स केवळ प्रकाशसंश्लेषणास मदत करण्यासाठी ऊर्जा शोषून घेतात आणि हस्तांतरित करत नाहीत तर उत्तेजित सिंगल-इलेक्ट्रॉन बाँड ऑक्सिजन रेणूंद्वारे पेशींना नष्ट होण्यापासून वाचवण्याचे कार्य देखील करतात.

काही संकल्पनात्मक गैरसमज

ऊर्जा-बचत प्रभाव, प्रकाशाची निवडकता आणि प्रकाशाचा समन्वय काहीही असो, अर्धसंवाहक प्रकाशयोजनेचे मोठे फायदे दिसून आले आहेत. तथापि, गेल्या दोन वर्षांच्या जलद विकासामुळे, प्रकाशाच्या डिझाइन आणि वापरात आपल्याला बरेच गैरसमज देखील दिसले आहेत, जे प्रामुख्याने खालील पैलूंमध्ये प्रतिबिंबित होतात.

① जोपर्यंत एका विशिष्ट तरंगलांबी असलेल्या लाल आणि निळ्या रंगाचे चिप्स एका विशिष्ट प्रमाणात एकत्र केले जातात, तोपर्यंत ते वनस्पती लागवडीत वापरले जाऊ शकतात, उदाहरणार्थ, लाल आणि निळ्या रंगाचे गुणोत्तर 4:1, 6:1, 9:1 इत्यादी आहे.

②जोपर्यंत तो पांढरा प्रकाश आहे तोपर्यंत तो सूर्यप्रकाशाची जागा घेऊ शकतो, जसे की जपानमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरल्या जाणाऱ्या तीन-प्राथमिक पांढऱ्या प्रकाशाच्या नळ्या इ. या स्पेक्ट्रमच्या वापराचा वनस्पतींच्या वाढीवर विशिष्ट परिणाम होतो, परंतु तो परिणाम LED द्वारे बनवलेल्या प्रकाश स्रोताइतका चांगला नसतो.

③जोपर्यंत PPFD (प्रकाश क्वांटम फ्लक्स घनता), प्रकाशाचा एक महत्त्वाचा पॅरामीटर, एका विशिष्ट निर्देशांकापर्यंत पोहोचतो, उदाहरणार्थ, PPFD 200 μmol·m-2·s-1 पेक्षा जास्त असतो. तथापि, हा निर्देशक वापरताना, तुम्ही ते सावली देणारे रोप आहे की सूर्यप्रकाश देणारे रोप आहे याकडे लक्ष दिले पाहिजे. तुम्हाला या वनस्पतींच्या प्रकाश भरपाई संपृक्तता बिंदूची चौकशी करावी लागेल किंवा तो शोधावा लागेल, ज्याला प्रकाश भरपाई बिंदू देखील म्हणतात. प्रत्यक्ष वापरात, रोपे बहुतेकदा जळतात किंवा सुकतात. म्हणून, या पॅरामीटरची रचना वनस्पतींच्या प्रजाती, वाढीचे वातावरण आणि परिस्थितीनुसार डिझाइन केली पाहिजे.

पहिल्या पैलूबद्दल, प्रस्तावनेत सांगितल्याप्रमाणे, वनस्पतींच्या वाढीसाठी आवश्यक असलेला स्पेक्ट्रम हा विशिष्ट वितरण रुंदीसह सतत स्पेक्ट्रम असावा. लाल आणि निळ्या रंगाच्या दोन विशिष्ट तरंगलांबी चिप्सपासून बनवलेला प्रकाश स्रोत वापरणे स्पष्टपणे अयोग्य आहे ज्याचा स्पेक्ट्रम खूप अरुंद आहे (आकृती 3(a) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे). प्रयोगांमध्ये असे आढळून आले की वनस्पती पिवळ्या रंगाच्या असतात, पानांचे देठ खूप हलके असतात आणि पानांचे देठ खूप पातळ असतात.

मागील वर्षांत सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या तीन प्राथमिक रंगांच्या फ्लोरोसेंट ट्यूबसाठी, जरी पांढरा संश्लेषित केला गेला असला तरी, लाल, हिरवा आणि निळा स्पेक्ट्रा वेगळे केले आहेत (आकृती 3(b) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे), आणि स्पेक्ट्रमची रुंदी खूप अरुंद आहे. खालील सतत भागाची स्पेक्ट्रल तीव्रता तुलनेने कमकुवत आहे आणि LEDs च्या तुलनेत पॉवर अजूनही तुलनेने मोठी आहे, ऊर्जा वापराच्या 1.5 ते 3 पट. म्हणून, वापराचा परिणाम LED दिव्यांपेक्षा चांगला नाही.

आकृती ३, लाल आणि निळा चिप एलईडी प्लांट लाइट आणि तीन-प्राथमिक रंग फ्लोरोसेंट लाइट स्पेक्ट्रम

PPFD म्हणजे प्रकाश क्वांटम फ्लक्स घनता, जी प्रकाशसंश्लेषणातील प्रकाशाच्या प्रभावी रेडिएशन लाईट फ्लक्स घनतेचा संदर्भ देते, जी वनस्पतींच्या पानांच्या देठांवरील प्रकाश क्वांटम घटनेची एकूण संख्या प्रति युनिट वेळ आणि युनिट क्षेत्रफळ 400 ते 700 nm च्या तरंगलांबी श्रेणीमध्ये दर्शवते. त्याचे एकक μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1) आहे. प्रकाशसंश्लेषणात्मकदृष्ट्या सक्रिय रेडिएशन (PAR) म्हणजे 400 ते 700 nm च्या तरंगलांबी श्रेणीतील एकूण सौर किरणोत्सर्ग. ते प्रकाश क्वांटम किंवा रेडियंट एनर्जीद्वारे व्यक्त केले जाऊ शकते.

पूर्वी, इल्युमिनोमीटरने परावर्तित होणारी प्रकाशाची तीव्रता ही तेजस्वीता होती, परंतु वनस्पतींपासून प्रकाशाच्या फिक्स्चरची उंची, प्रकाशाचे आवरण आणि पानांमधून प्रकाश जाऊ शकतो की नाही या कारणांमुळे वनस्पतींच्या वाढीचा स्पेक्ट्रम बदलतो. म्हणून, प्रकाशसंश्लेषणाच्या अभ्यासात प्रकाशाच्या तीव्रतेचे सूचक म्हणून पार वापरणे अचूक नाही.

साधारणपणे, जेव्हा सूर्य-प्रेमळ वनस्पतीचा PPFD 50 μmol·m-2·s-1 पेक्षा मोठा असतो तेव्हा प्रकाशसंश्लेषण यंत्रणा सुरू केली जाऊ शकते, तर सावलीत वनस्पतीच्या PPFD ला फक्त 20 μmol·m-2·s-1 आवश्यक असते. म्हणून, LED ग्रोथ लाइट्स खरेदी करताना, तुम्ही या संदर्भ मूल्यावर आणि तुम्ही लावलेल्या वनस्पतींच्या प्रकारावर आधारित LED ग्रोथ लाइट्सची संख्या निवडू शकता. उदाहरणार्थ, जर एका LED lght चा PPFD 20 μmol·m-2·s-1 असेल, तर सूर्य-प्रेमळ वनस्पती वाढवण्यासाठी 3 पेक्षा जास्त LED प्लांट बल्ब आवश्यक आहेत.

सेमीकंडक्टर लाइटिंगसाठी अनेक डिझाइन सोल्यूशन्स

वनस्पतींच्या वाढीसाठी किंवा लागवडीसाठी सेमीकंडक्टर लाइटिंगचा वापर केला जातो आणि त्यासाठी दोन मूलभूत संदर्भ पद्धती आहेत.

• सध्या, चीनमध्ये घरातील लागवड मॉडेल खूप लोकप्रिय आहे. या मॉडेलमध्ये अनेक वैशिष्ट्ये आहेत:

①एलईडी लाईट्सची भूमिका वनस्पतींच्या प्रकाशयोजनेचा संपूर्ण स्पेक्ट्रम प्रदान करणे आहे, आणि सर्व प्रकाश ऊर्जा प्रदान करण्यासाठी प्रकाश व्यवस्था आवश्यक आहे, आणि उत्पादन खर्च तुलनेने जास्त आहे;
②एलईडी ग्रो लाइट्सच्या डिझाइनमध्ये स्पेक्ट्रमची सातत्य आणि अखंडता विचारात घेणे आवश्यक आहे;
③प्रकाशाचा वेळ आणि प्रकाशाची तीव्रता प्रभावीपणे नियंत्रित करणे आवश्यक आहे, जसे की झाडांना काही तास विश्रांती देणे, किरणोत्सर्गाची तीव्रता पुरेशी किंवा खूप जास्त नसणे इ.;
④ संपूर्ण प्रक्रियेत वनस्पतींच्या बाह्य वाढीसाठी आवश्यक असलेल्या परिस्थितींचे अनुकरण करणे आवश्यक आहे, जसे की आर्द्रता, तापमान आणि CO2 एकाग्रता.

• चांगल्या बाहेरील ग्रीनहाऊस लागवड पायासह बाहेरील लागवड पद्धत. या मॉडेलची वैशिष्ट्ये अशी आहेत:

①एलईडी दिव्यांचे काम प्रकाशाला पूरक आहे. एक म्हणजे दिवसा सूर्यप्रकाशाच्या किरणोत्सर्गाखाली निळ्या आणि लाल भागात प्रकाशाची तीव्रता वाढवणे जेणेकरून वनस्पतींचे प्रकाशसंश्लेषण वाढेल आणि दुसरे म्हणजे रात्री सूर्यप्रकाश नसताना वनस्पतींच्या वाढीचा दर वाढेल.
②पूरक प्रकाशात रोप कोणत्या वाढीच्या टप्प्यात आहे याचा विचार करणे आवश्यक आहे, जसे की रोपांचा कालावधी किंवा फुलांचा आणि फळधारणेचा कालावधी.

म्हणून, एलईडी प्लांट ग्रोथ लाइट्सच्या डिझाइनमध्ये प्रथम दोन मूलभूत डिझाइन मोड्स असले पाहिजेत, म्हणजे २४ तास लाइटिंग (घरातील) आणि प्लांट ग्रोथ सप्लिमेंट लाइटिंग (बाहेरील). इनडोअर प्लांट लागवडीसाठी, एलईडी ग्रोथ लाइट्सच्या डिझाइनमध्ये आकृती ४ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे तीन पैलूंचा विचार करणे आवश्यक आहे. चिप्सना तीन प्राथमिक रंगांनी एका विशिष्ट प्रमाणात पॅकेज करणे शक्य नाही.

आकृती ४, २४ तास प्रकाशयोजनेसाठी इनडोअर एलईडी प्लांट बूस्टर लाइट्स वापरण्याची डिझाइन कल्पना

उदाहरणार्थ, रोपवाटिकेच्या अवस्थेतील स्पेक्ट्रमसाठी, मुळांची आणि देठांची वाढ मजबूत करणे, पानांच्या फांद्या मजबूत करणे आणि प्रकाश स्रोताचा वापर घरामध्ये करणे आवश्यक आहे हे लक्षात घेता, आकृती 5 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे स्पेक्ट्रमची रचना करता येते.

आकृती ५, एलईडी इनडोअर नर्सरी कालावधीसाठी योग्य स्पेक्ट्रल स्ट्रक्चर्स

दुसऱ्या प्रकारच्या एलईडी ग्रो लाइटच्या डिझाइनसाठी, ते प्रामुख्याने बाहेरील ग्रीनहाऊसच्या तळाशी लागवडीला प्रोत्साहन देण्यासाठी पूरक प्रकाशाच्या डिझाइन सोल्यूशनचे उद्दिष्ट आहे. डिझाइन कल्पना आकृती 6 मध्ये दर्शविली आहे.

आकृती ६, बाहेरील ग्रोथ लाइट्सच्या डिझाइन कल्पना 

लेखक सुचवतात की अधिकाधिक लागवड कंपन्या रोपांच्या वाढीला चालना देण्यासाठी एलईडी दिवे वापरण्याचा दुसरा पर्याय स्वीकारतील.

सर्वप्रथम, चीनच्या बाहेरील हरितगृह लागवडीला दक्षिण आणि उत्तरेकडील दोन्ही ठिकाणी दशकांचा मोठा आणि विस्तृत अनुभव आहे. हरितगृह लागवड तंत्रज्ञानाचा चांगला पाया आहे आणि आजूबाजूच्या शहरांच्या बाजारपेठेत मोठ्या प्रमाणात ताजी फळे आणि भाज्या उपलब्ध आहेत. विशेषतः माती, पाणी आणि खत लागवडीच्या क्षेत्रात, समृद्ध संशोधन निकाल मिळाले आहेत.

दुसरे म्हणजे, या प्रकारच्या पूरक प्रकाश द्रावणामुळे ऊर्जेचा अनावश्यक वापर मोठ्या प्रमाणात कमी होऊ शकतो आणि त्याच वेळी फळे आणि भाज्यांचे उत्पादन प्रभावीपणे वाढू शकते. याव्यतिरिक्त, चीनचा विशाल भौगोलिक क्षेत्र प्रचारासाठी खूप सोयीस्कर आहे.

एलईडी प्लांट लाइटिंगचे वैज्ञानिक संशोधन म्हणून, ते त्यासाठी एक व्यापक प्रायोगिक आधार देखील प्रदान करते. आकृती ७ हा या संशोधन पथकाने विकसित केलेला एक प्रकारचा एलईडी ग्रो लाइट आहे, जो ग्रीनहाऊसमध्ये वाढण्यासाठी योग्य आहे आणि त्याचा स्पेक्ट्रम आकृती ८ मध्ये दर्शविला आहे.

आकृती ७, एक प्रकारचा एलईडी ग्रो लाइट

आकृती ८, एका प्रकारच्या एलईडी ग्रो लाइटचा स्पेक्ट्रम

वरील डिझाइन कल्पनांनुसार, संशोधन पथकाने प्रयोगांची मालिका केली आणि प्रायोगिक निकाल खूप महत्त्वाचे आहेत. उदाहरणार्थ, रोपवाटिकेदरम्यान वाढत्या प्रकाशासाठी, मूळ दिवा वापरला जाणारा फ्लोरोसेंट दिवा आहे ज्याची शक्ती 32 वॅट्स आहे आणि रोपवाटिकेचे चक्र 40 दिवसांचे आहे. आम्ही 12 वॅट्सचा एलईडी दिवा प्रदान करतो, जो रोपवाटिकेचे चक्र 30 दिवसांपर्यंत कमी करतो, रोपवाटिकेच्या कार्यशाळेतील दिव्यांच्या तापमानाचा प्रभाव प्रभावीपणे कमी करतो आणि एअर कंडिशनरचा वीज वापर वाचवतो. रोपांची जाडी, लांबी आणि रंग मूळ रोपवाटिकेच्या द्रावणापेक्षा चांगले आहेत. सामान्य भाज्यांच्या रोपांसाठी, चांगले पडताळणी निष्कर्ष देखील प्राप्त झाले आहेत, जे खालील तक्त्यामध्ये सारांशित केले आहेत.

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. हे दिसून येते की वरील निर्देशक नैसर्गिकरित्या वाढवलेल्या रोपांपेक्षा चांगले आहेत.

निष्कर्ष

हा लेख वनस्पती लागवडीमध्ये एलईडी ग्रोथ लाइट्सच्या वापरातील नवीनतम घडामोडींचा परिचय करून देतो आणि वनस्पती लागवडीत एलईडी ग्रोथ लाइट्सच्या वापरातील काही गैरसमजांवर प्रकाश टाकतो. शेवटी, वनस्पती लागवडीसाठी वापरल्या जाणाऱ्या एलईडी ग्रोथ लाइट्सच्या विकासासाठी तांत्रिक कल्पना आणि योजना सादर केल्या आहेत. हे लक्षात घेतले पाहिजे की प्रकाशाची स्थापना आणि वापर करताना काही घटकांचा विचार करणे आवश्यक आहे, जसे की प्रकाश आणि वनस्पतीमधील अंतर, दिव्याची किरणोत्सर्ग श्रेणी आणि सामान्य पाणी, खत आणि माती वापरून प्रकाश कसा लावायचा.

लेखक: यी वांग आणि इतर. स्रोत: CNKI