Como escolher e projetar luzes LED para cultivo?

Sendo um ramo importante da agricultura moderna, o conceito de fábricas vegetais tornou-se muito popular. No ambiente de plantio interno, a iluminação das plantas é uma fonte de energia essencial para a fotossíntese.Luz LED para cultivo tem vantagens esmagadoras que as luzes suplementares tradicionais não têm e certamente se tornará a primeira escolha para luzes principais ou suplementares em grandes aplicações comerciais, como fazendas verticais e estufas.

As plantas são uma das formas de vida mais complexas do planeta. O plantio de plantas é simples, porém difícil e complexo. Além da iluminação do cultivo, muitas variáveis ​​afetam umas às outras. Equilibrar essas variáveis ​​é uma arte excelente que os produtores precisam entender e dominar. Mas em termos de iluminação das plantas, ainda existem muitos fatores que precisam ser considerados com cuidado.

Primeiro, vamos entender o espectro do sol e a absorção do espectro pelas plantas. Como pode ser visto na figura abaixo, o espectro solar é um espectro contínuo, no qual o espectro azul e verde são mais fortes que o espectro vermelho, e o espectro de luz visível varia de 380 a 780 nm. Existem vários fatores-chave de absorção no crescimento das plantas, e os espectros de absorção de luz de várias auxinas-chave que afetam o crescimento das plantas são significativamente diferentes. Portanto, a aplicação deLuz LED para cultivonão é uma questão simples, mas muito específica. Aqui é necessário introduzir os conceitos dos dois elementos fotossintéticos mais importantes para o crescimento das plantas.

A fotossíntese das plantas depende da clorofila do cloroplasto das folhas, que é um dos pigmentos mais importantes relacionados à fotossíntese. Existe em todos os organismos que podem criar fotossíntese, incluindo plantas verdes e plantas procarióticas. Algas verde-azuladas (cianobactérias) e algas eucarióticas. A clorofila absorve a energia da luz e sintetiza dióxido de carbono e água em hidrocarbonetos.

A clorofila a é azul esverdeada e absorve principalmente luz vermelha; a clorofila b é verde-amarelada e absorve principalmente luz azul-violeta. Principalmente para distinguir as plantas de sombra das plantas de sol. A proporção de clorofila b para clorofila a nas plantas de sombra é pequena, então as plantas de sombra podem usar fortemente a luz azul e se adaptar ao crescimento na sombra. Existem duas fortes absorções de clorofila a e clorofila b: a região vermelha com comprimento de onda de 630 ~ 680 nm, e a região azul-violeta com comprimento de onda de 400 ~ 460 nm.

Carotenóides (carotenóides) é um termo geral para uma classe de pigmentos naturais importantes, que são comumente encontrados em pigmentos amarelos, vermelho-alaranjados ou vermelhos em animais, plantas superiores, fungos e algas. Mais de 600 carotenóides naturais foram descobertos até agora. Os carotenóides produzidos nas células vegetais não apenas absorvem e transferem energia para ajudar na fotossíntese, mas também têm a função de proteger as células de serem destruídas por moléculas de oxigênio excitadas com ligação de elétron único. A absorção de luz dos carotenóides cobre a faixa de 303 ~ 505 nm. Fornece a cor dos alimentos e afeta a ingestão de alimentos pelo corpo humano; em algas, plantas e microrganismos, sua cor não pode ser apresentada porque está recoberta por clorofila.

No processo de design e seleção deLuzes LED para cultivo, existem vários mal-entendidos que precisam ser evitados, principalmente nos seguintes aspectos.

1. A proporção do comprimento de onda vermelho para azul do comprimento de onda da luz

Como as duas principais regiões de absorção para a fotossíntese de duas plantas, o espectro emitido porLuz LED para cultivodeve ser principalmente luz vermelha e luz azul. Mas não pode ser simplesmente medido pela proporção entre vermelho e azul. Por exemplo, a proporção entre vermelho e azul é 4:1, 6:1, 9:1 e assim por diante.

Existem muitas espécies de plantas diferentes com hábitos diferentes, e diferentes estágios de crescimento também têm diferentes necessidades de foco de luz. O espectro necessário para o crescimento das plantas deve ser um espectro contínuo com uma certa largura de distribuição. É obviamente inapropriado usar uma fonte de luz feita de dois chips de comprimento de onda específico, vermelho e azul, com um espectro muito estreito. Em experimentos, descobriu-se que as plantas tendem a ser amareladas, os caules das folhas são muito claros e os caules das folhas são muito finos. Tem havido um grande número de estudos sobre a resposta das plantas a diferentes espectros em países estrangeiros, como o efeito da parte infravermelha no fotoperíodo, o efeito da parte verde-amarela no efeito de sombreamento e o efeito do parte violeta sobre a resistência a pragas e doenças, nutrientes e assim por diante.

Em aplicações práticas, as mudas costumam ser queimadas ou murchas. Portanto, o dimensionamento deste parâmetro deve ser pensado de acordo com a espécie da planta, ambiente de crescimento e condições.

2. Luz branca comum e espectro completo

O efeito de luz “visto” pelas plantas é diferente do olho humano. Nossas lâmpadas de luz branca comumente usadas não são capazes de substituir a luz solar, como os três tubos de luz branca primária amplamente utilizados no Japão, etc. tão boa quanto a fonte de luz feita por LEDs. .

Para tubos fluorescentes com três cores primárias comumente usadas nos anos anteriores, embora o branco seja sintetizado, os espectros vermelho, verde e azul são separados, e a largura do espectro é muito estreita, e a parte contínua do espectro é relativamente fraca. Ao mesmo tempo, a potência ainda é relativamente grande em comparação com os LEDs, 1,5 a 3 vezes o consumo de energia. O espectro completo de LEDs projetados especificamente para iluminação de cultivo de plantas otimiza o espectro. Embora o efeito visual ainda seja branco, ele contém importantes partes de luz necessárias para a fotossíntese das plantas.

3. Parâmetro de intensidade de iluminação PPFD

A densidade de fluxo fotossintético (PPFD) é um parâmetro importante para medir a intensidade da luz nas plantas. Pode ser expresso por quanta de luz ou energia radiante. Refere-se à densidade efetiva do fluxo radiante de luz na fotossíntese, que representa o número total de quanta de luz incidentes nos caules das folhas das plantas na faixa de comprimento de onda de 400 a 700 nm por unidade de tempo e unidade de área. A unidade éμE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). A radiação fotossinteticamente ativa (PAR) refere-se à radiação solar total com comprimento de onda na faixa de 400 a 700 nm.

O ponto de saturação de compensação de luz das plantas, também chamado de ponto de compensação de luz, significa que o PPFD precisa ser superior a este ponto, sua fotossíntese pode ser maior que a respiração e o crescimento das plantas é maior que o consumo antes que as plantas possam crescer. Diferentes plantas têm diferentes pontos de compensação de luz, e não pode ser simplesmente considerado como atingindo um determinado índice, como PPFD superior a 200μmol·m-2·s-1.

A intensidade da luz refletida pelo medidor de iluminância usado no passado é o brilho, mas porque o espectro de crescimento da planta muda devido à altura da fonte de luz da planta, à cobertura da luz e se a luz pode passar através do folhas, etc., é usado como luz no estudo da fotossíntese. Indicadores fortes não são suficientemente precisos e o PAR é agora mais utilizado.

Geralmente, planta positiva PPFD> 50μmol·m-2·s-1 pode iniciar o mecanismo de fotossíntese; enquanto a planta de sombra PPFD precisa apenas de 20μmol·m-2·s-1. Portanto, ao instalar a luminária LED para plantas, você pode instalá-la e configurá-la de acordo com este valor de referência, escolher a altura de instalação adequada e obter o valor PPFD ideal e uniformidade na superfície da folha.

4. Fórmula leve

A fórmula leve é ​​um novo conceito proposto recentemente, que inclui principalmente três fatores: qualidade da luz, quantidade de luz e duração. Basta entender que a qualidade da luz é o espectro mais adequado para a fotossíntese das plantas; a quantidade de luz é o valor e a uniformidade apropriados do PPFD; a duração é o valor cumulativo da irradiação e a proporção entre o dia e a noite. Agricultores holandeses descobriram que as plantas usam a proporção entre luz infravermelha e luz vermelha para avaliar as mudanças diurnas e noturnas. A proporção infravermelha aumenta significativamente ao pôr do sol e as plantas respondem rapidamente ao sono. Sem esse processo, levaria várias horas para que as plantas concluíssem esse processo.

Nas aplicações práticas é necessário acumular experiência através de testes e selecionar a melhor combinação.