導入

光は、植物の成長のプロセスにおいて重要な役割を果たします。植物のクロロフィルの吸収と、カロチンなどのさまざまな植物成長品質の吸収を促進するのに最適な肥料です。ただし、植物の成長を決定する決定的な要因は、光に関連するだけでなく、水、土壌、肥料、成長環境条件、包括的な技術的制御と分離できない包括的な要因です。

過去2〜3年で、3次元の植物工場または植物の成長に関する半導体照明技術の適用に関する無限の報告がありました。しかし、慎重に読んだ後、常に不安な気持ちがあります。一般的に言えば、植物の成長にどのような役割が果たすべきかについての本当の理解はありません。

最初に、図1に示すように、太陽のスペクトルを理解しましょう。太陽スペクトルは連続スペクトルであり、青と緑のスペクトルが赤いスペクトルよりも強く、可視光スペクトルはからです。 380〜780 nm。自然界の生物の成長は、スペクトルの強度に関連しています。たとえば、赤道近くの地域のほとんどの植物は非常に速く成長し、同時に成長の大きさは比較的大きいです。しかし、太陽の照射の高強度は必ずしも良いわけではなく、動物や植物の成長にはある程度の選択性があります。

図1、太陽スペクトルの特性とその可視光スペクトル

第二に、植物の成長のいくつかの重要な吸収要素の2番目のスペクトル図を図2に示します。

図2、植物の成長におけるいくつかのオーキシンの吸収スペクトル

図2から、植物の成長に影響を与えるいくつかの重要なオーキシンの光吸収スペクトルが大幅に異なることがわかります。したがって、LED植物の成長ライトの適用は単純な問題ではなく、非常にターゲットを絞っています。ここでは、2つの最も重要な光合成植物の成長要素の概念を紹介する必要があります。

•クロロフィル

クロロフィルは、光合成に関連する最も重要な顔料の1つです。緑の植物、原核生物の青緑藻類（シアノバクテリア）、真核生物藻類など、光合成を生成できるすべての生物に存在します。クロロフィルは光からエネルギーを吸収し、二酸化炭素を炭水化物に変換するために使用されます。

クロロフィルAは主に赤色光を吸収し、クロロフィルBは主に日陰の植物を太陽の植物と区別するために、主に青鳥の光を吸収します。シェード植物のクロロフィルAに対するクロロフィルBの比率は小さいため、日陰の植物は青色光を強く使用し、日陰で成長することに適応できます。クロロフィルAは青緑で、クロロフィルBは黄緑色です。クロロフィルAとクロロフィルBには2つの強い吸収があり、1つは波長が630-680 nmの赤い領域に、もう1つは波長が400〜460 nmの青鳥の領域にあります。

•カロテノイド

カロテノイドは、動物、高等植物、真菌、および藻類の黄色、オレンジ色の赤または赤い色素で一般的に見られる重要な天然色素のクラスの一般的な用語です。これまでのところ、600を超える天然カロテノイドが発見されています。

カロテノイドの軽い吸収は、OD303〜505 nmの範囲を覆い、食物の色を提供し、体の食物の摂取に影響を与えます。藻類、植物、微生物では、その色はクロロフィルで覆われており、現れません。植物細胞では、カロテノイドは、光合成を助けるためにエネルギーを吸収および伝達するだけでなく、励起された単一電子結合酸素分子によって細胞を保護する機能を備えています。

いくつかの概念的な誤解

省エネ効果に関係なく、光の選択性と光の調整、半導体照明は大きな利点を示しています。しかし、過去2年間の急速な発展から、私たちは光の設計と応用における多くの誤解も見てきました。これは主に以下の側面に反映されています。

特定の波長の赤と青のチップが特定の比率で組み合わされている限り、植物栽培で使用できます。たとえば、赤と青の比は4：1、6：1、9：1などです。の上。

shold白色光である限り、日本で広く使用されている3級の白い光チューブなど、太陽の光を置き換えることができます。これらのスペクトルの使用は、植物の成長に特定の影響を及ぼしますが、効果はLEDによって作られた光源ほど良くありません。

intal照明の重要なパラメーターであるPPFD（ライト量子流密度）が特定のインデックスに達する限り、たとえば、PPFDは200μmol・m-2・s-1を超えています。ただし、このインジケーターを使用する場合、それが日陰植物か太陽植物かに注意する必要があります。これらの植物の光補償飽和点を照会または見つける必要があります。これは、光補償点とも呼ばれます。実際の用途では、苗木はしばしば燃やされたり枯れたりします。したがって、このパラメーターの設計は、植物種、成長環境、条件に従って設計する必要があります。

最初の側面に関しては、はじめに導入されたように、植物の成長に必要なスペクトルは、特定の分布幅を持つ連続スペクトルでなければなりません。非常に狭いスペクトルを持つ赤と青の2つの特定の波長チップで作られた光源を使用することは明らかに不適切です（図3（a）に示すように）。実験では、植物は黄色がかった傾向があり、葉の茎は非常に軽く、葉の茎は非常に薄いことがわかりました。

前年に一般的に使用されている3つの主要な色の蛍光チューブの場合、白は合成されますが、赤、緑、青のスペクトルは分離されており（図3（b））、スペクトルの幅は非常に狭いです。次の連続部分のスペクトル強度は比較的弱く、電力はLEDと比較して比較的大きく、エネルギー消費量の1.5〜3倍です。したがって、使用効果はLEDライトほど良くありません。

図3、赤と青のチップLED Plant Lightと3級の色の蛍光光スペクトル

PPFDは光量子流密度であり、光合成における有効な放射光フラックス密度の光密度を指します。これは、単位時間と単位面積の400〜700 nmの波長範囲の植物葉の茎での光量子入射の総数を表します。 。その単位はμe・m-2・s-1（μmol・m-2・s-1）です。光合成活性放射（PAR）は、400〜700 nmの範囲の波長の総太陽放射を指します。光量子または放射エネルギーによって表現できます。

過去には、イルミノメーターに反映された光の強度は明るさでしたが、植物からの照明器具の高さ、光カバレッジ、および光が葉を通過できるかどうかにより、植物の成長のスペクトルは変化しました。したがって、光合成の研究では、PARを光強度の指標として使用することは正確ではありません。

一般に、太陽を愛する植物のPPFDが50μmol・m-2・s-1よりも大きい場合、光合成メカニズムは開始できますが、日陰の植物のPPFDには20μmol・m-2・s-1しか必要ありません。 。したがって、LED Growライトを購入すると、この参照値と植物の植物の種類に基づいてLED Growライトの数を選択できます。たとえば、単一のLED LGHTのPPFDが20μmol・m-2・s-1の場合、太陽を愛する植物を栽培するには3つ以上のLED植物電球が必要です。

半導体照明のいくつかの設計ソリューション

半導体照明は、植物の成長または植え付けに使用され、2つの基本的な参照方法があります。

•現在、中国では屋内植栽モデルが非常に暑いです。このモデルにはいくつかの特性があります。

LEDライトの役割は、植物照明の全範囲を提供することであり、すべての照明エネルギーを提供するために照明システムが必要であり、生産コストは比較的高くなっています。
LED成長ライトの設計では、スペクトルの連続性と完全性を考慮する必要があります。
opply植物を数時間休ませるなど、照明時間と照明の強度を効果的に制御するには、照射の強度は十分であるか強すぎるなどです。
fur湿、温度、CO2濃度など、屋外の植物の実際の最適な成長環境に必要な条件を模倣する必要があります。

•優れた屋外温室植栽財団を備えた屋外植栽モード。このモデルの特性は次のとおりです。

LEDライトの役割は、光を補うことです。 1つは、植物の光合成を促進するために、日中の日光の照射下にある青と赤の領域の光強度を高めることです。
補足光は、苗の期間や開花および結実期など、植物がどの成長段階にあるかを考慮する必要があります。

したがって、LED植物の栽培ライトの設計には、最初に2つの基本設計モード、つまり24時間の照明（屋内）と植物の成長補足照明（屋外）が必要です。屋内植物栽培の場合、図4に示すように、LED成長ライトの設計では、3つの側面を考慮する必要があります。チップを特定の割合で3つのプライマリカラーでパッケージ化することはできません。

図4、屋内LEDプラントブースターライトを24時間照明に使用するデザインのアイデア

たとえば、保育園の段階のスペクトルの場合、根と茎の成長を強化する必要があることを考慮して、葉の分岐を強化し、光源が屋内で使用され、図5に示すようにスペクトルを設計できます。

図5、LED屋内保育園期に適したスペクトル構造

2番目のタイプのLED Grow光の設計では、主に屋外温室の根元に植え付けを促進するために、光を補充する設計ソリューションを目的としています。設計のアイデアを図6に示します。

図6、屋外成長ライトのデザインのアイデア 

著者は、より多くの植栽会社がLEDライトを使用して植物の成長を促進する2番目のオプションを採用することを提案しています。

まず第一に、中国の屋外温室栽培には、南と北の両方で、数十年にわたる幅広い経験があります。温室栽培技術の優れた基盤があり、周辺の都市の市場に多数の新鮮な果物や野菜を提供しています。特に土壌と水と肥料の植え付けの分野では、豊富な研究結果が生まれました。

第二に、この種の補足光ソリューションは、エネルギーの不必要な消費を大幅に減らすことができ、同時に果物や野菜の収量を効果的に増加させることができます。さらに、中国の広大な地理的エリアは昇進に非常に便利です。

LED植物照明の科学的研究として、それはそのためのより広範な実験的ベースも提供します。図7は、この研究チームによって開発された一種のLED成長光であり、温室での栽培に適しており、そのスペクトルを図8に示します。

図7、一種のLED成長光

図8、一種のLED成長光のスペクトル

上記の設計のアイデアによると、研究チームは一連の実験を実施し、実験結果は非常に重要です。たとえば、保育園中の光の成長の場合、使用された元のランプは、32 Wの出力と40日間の保育園サイクルを持つ蛍光ランプです。苗のサイクルを30日間に短縮する12 WのLEDライトを提供し、苗のワークショップでのランプの温度の影響を効果的に低下させ、エアコンの消費電力を節約します。苗の厚さ、長さ、色は、元の苗の飼育溶液よりも優れています。一般的な野菜の苗については、次の表に要約されている適切な検証結論も得られています。

その中で、補足光グループPPFD：70-80μmol・m-2・s-1、および赤色の比率：0.6-0.7。自然群の昼間のPPFD値の範囲は40〜800μmol・m-2・s-1であり、赤と青の比率は0.6〜1.2でした。上記の指標は、自然に成長した苗の指標よりも優れていることがわかります。

結論

この記事では、植物栽培におけるLED成長ライトの適用に関する最新の開発を紹介し、植物栽培におけるLED Grow光の適用におけるいくつかの誤解を指摘しています。最後に、植物栽培に使用されるLED成長ライトの開発のための技術的なアイデアとスキームが導入されます。光と植物の間の距離、ランプの照射範囲、光をで適用する方法など、光の設置と使用に考慮する必要がある要因もあることを指摘する必要があります。通常の水、肥料、土壌。

著者：Yi Wang et al。出典：CNKI