1. A fotoszintézis tudományos alapjai: Kvantumpárbeszéd a növények és a fény között A fotoszintézis spektrális igényei
A klorofill és a karotinoidok a növényi fotoszintézis fő részei. Bizonyos hullámhosszú fényt nyelnek el. A 620–680 nm-es vörös és a 430–460 nm-es kék fénytartományban a klorofill a/b nyeli el a legtöbb fényt. A 400–500 nm-es kék ibolya fénytartományban a karotinoidok segítik az abszorpciót. Ez a természetes szelekció abból adódik, hogy a Nap spektruma hogyan oszlik el a Föld fejlődése során. A vörös fény a felületen látható fény körülbelül 42%-át, míg a kék fény körülbelül 10%-át teszi ki. A növényeknek pontosan erre van szükségük a fény megragadásához.
A fotoperiódus és a fénymorfológia szabályozása
A kriptokróm és a fitokróm alkotja a növény fénylátási rendszerét. A vörös fény (660 nm) a Pr fényérzékeny pigment alakját Pfr-vé változtatja, ami olyan élettani reakciókat vált ki, mint a mag csírázása és a szár megnyúlás gátlása. A távoli vörös fény (730 nm) ennek az ellenkezőjét teszi. A kriptokróm a kék fény (450 nm) érzékelésével szabályozza a sztómák nyitását és zárását, a cirkadián ritmust, valamint az antocianinok termelését. Ez a molekuláris-szintű fényszabályozó mechanizmus lehetővé teszi a növények számára, hogy megváltoztassák fejlődésüket attól függően, hogy mennyi fényt kapnak.
Számok, amelyek megmutatják, milyen jól működik a fotoszintézis
A PPFD (fotoszintetikus fotonáram-sűrűség) és az YPFD (hozamú fotonfluxussűrűség) két fontos szám, amely megmutatja, hogy a fény mennyire működik jól. Az 1 μmol/m²/s PPFD azt jelenti, hogy másodpercenként 1 mikromoláris fotont kapunk négyzetméterenként. Az YPFD viszont jobb képet ad a fényenergia felhasználásáról, ha figyelembe veszi, hogy a különböző hullámhosszak milyen mértékben járulnak hozzá a fotoszintézishez. Ha a salátát 40%-os kékfény-spektrumnak teszik ki, 20%-kal több C-vitamin és 15%-kal vastagabb levelei vannak. Ha a vörös fény a fény 60%-át teszi ki, a szárazanyag mennyisége 25%-kal nő.
2. A LED technológia mezőgazdasági forradalma: a laborból a gyárba (1) A "Light Formula" forradalom a növénygyárakban
A Yangling Plant Factory háromdimenziós, réteges művelési rendszert használ, és minden rétegnek saját spektrális vezérlőmodulja van. A 60%-os kék fényű "puha könnyű étkezés" segíti a gyökerek növekedését és a szárak megvastagodását a palántázási szakaszban. A tápanyag-növekedés időszakában az 1:1 arányú vöröskék fényű "jólakottsági könnyű étkezés" felgyorsítja a fotoszintetikus termékek felhalmozódását. A szaporodási időszak alatt a távoli vörös fény mennyiségét növelik a virágzás időzítésének és a gyümölcs minőségének szabályozása érdekében. Ez a dinamikus spektrumkezelés lehetővé teszi, hogy a saláta naponta 2500 magot termeljen 1469 négyzetméteren, ami 50-szer több, mint a hagyományos gazdaságokban.
Fénnyel működtetett motor a szaporodás felgyorsítása érdekében
A fotoperióduskezelés révén a kínai Sinochem Syngenta Group Yangling Technológiai Központja évente öt kukoricagenerációt képes felnevelni. Az intelligens üvegházban található LED technológia a trópusi napfényt utánozza, így 120 napról 48 napra lerövidíti a szaporodási ciklust. A fényminőség szabályozásának módszere a hím kalászok pollenjét 30%-kal, a nőivarú kalászok beporzását 25%-kal, az 1000 szem súlyát pedig 5 grammal tette aktívabbá. Az IoT környezetirányítási rendszere 2,5-szer hatékonyabbá teszi a tenyésztést, mint a régi szántóföldi mód.
A „könnyű hatékonyságú forradalom” a létesítményi mezőgazdaságban
A Baoshihong Mezőgazdasági Szövetkezet Yanggao megyében, Shanxi tartományban azt mutatja, hogy a LED-lámpák használata háromról ötre növelte a paradicsomnövények gyümölcsrétegeinek számát, és 20 000 jüannal növelte az egyes üvegházakból származó éves bevételt. A szezononkénti 700 jüan villamos energia és a szezononkénti 2000 jüan műtrágya-megtakarítás jelentős gazdasági nyereséghez vezetett. Piaci adatok szerint a LED-es töltőfényt használó létesítményekben{6}}termesztett zöldségek 18%-kal több C-vitamint, 22%-kal kevesebb nitrátot és 15%-kal több termékarányt tartalmaznak.
3. Technológiai fejlődés és fejlesztések az iparban: a LED mezőgazdasági világítás növekedése
Pontosság a spektrumban
Számos chip kombinálásával a teljes spektrumú LED technológia 400–780 nm-es folyamatos spektrális kimenetet képes előállítani. Ezenkívül 40%-kal hatékonyabb, mint a tipikus fluoreszkáló lámpák, fényhatékonysága 2,8 μmol/J. A Qingdao Vertical Farm egy szabadalmaztatott spektrális tervezést használ, amely 15 nappal csökkenti a saláta növekedéséhez szükséges időt, és 35%-kal csökkenti a felhasznált energia mennyiségét.
Forradalom az energiahatékonyságban
A harmadik generációs LED chip 3,2 μ mol/J-ra növeli a fényhatásfokot. Intelligens fényerőszabályzó mechanizmussal működik, hogy fényt biztosítson, amikor szüksége van rá. A Yangling Demonstration Park információi azt mutatják, hogy a dinamikus világításvezérlés 0,35 kWh/kg-ról 0,22 kWh/kg-ra csökkentette a teljesítményegységenkénti energiafelhasználást, ami mára a nemzetközi haladó szinten van.
Intelligens integráció
A „könnyű hőmérsékletű vízműtrágya” csatlakozási rendszer a mesterséges intelligencia és a tárgyak internete kombinációjának köszönhetően jött létre. A Lanjian Intelligent Technology Plant Factory intelligens felügyeleti rendszere 30 másodpercenként gyűjti a környezeti adatokat, és ezek segítségével optimalizálja a fényintenzitást, a spektrális arányt és a CO₂-koncentrációt. A vizsgálat megállapította, hogy ez a technika 18%-kal gyorsabbá tette a saláta növekedését, és 40%-kal csökkentette a kártevők és fertőzések számát.
