Bagaimana cara memilih dan mendesain lampu pertumbuhan LED?

Sebagai salah satu cabang penting pertanian modern, konsep pabrik tanaman menjadi sangat populer. Di lingkungan penanaman dalam ruangan, pencahayaan tanaman merupakan sumber energi penting untuk fotosintesis.Lampu LED Tumbuh memiliki keunggulan luar biasa yang tidak dimiliki oleh lampu tambahan tradisional, dan tentunya akan menjadi pilihan pertama untuk lampu utama atau tambahan dalam aplikasi komersial besar seperti pertanian vertikal dan rumah kaca.

Tumbuhan adalah salah satu bentuk kehidupan paling kompleks di planet ini. Menanam tanaman itu sederhana, namun sulit dan rumit. Selain pencahayaan tanaman, banyak variabel yang saling mempengaruhi. Menyeimbangkan variabel-variabel ini adalah seni luar biasa yang perlu dipahami dan dikuasai oleh para penanam. Namun dalam hal pencahayaan tanaman, masih banyak faktor yang perlu diperhatikan secara matang.

Pertama, mari kita pahami spektrum matahari dan serapan spektrum tersebut oleh tumbuhan. Terlihat pada gambar di bawah, spektrum matahari merupakan spektrum kontinu, dimana spektrum biru dan hijau lebih kuat dibandingkan spektrum merah, dan spektrum cahaya tampak berkisar antara 380 hingga 780 nm. Ada beberapa faktor serapan utama dalam pertumbuhan tanaman, dan spektrum serapan cahaya dari beberapa auksin utama yang mempengaruhi pertumbuhan tanaman sangat berbeda. Oleh karena itu, penerapanLED menjadi lebih terangBukan perkara sederhana, tapi sangat tepat sasaran. Di sini perlu diperkenalkan konsep dua elemen pertumbuhan tanaman fotosintesis yang paling penting.

Fotosintesis tumbuhan bergantung pada klorofil dalam kloroplas daun, yang merupakan salah satu pigmen terpenting yang terkait dengan fotosintesis. Itu ada di semua organisme yang dapat melakukan fotosintesis, termasuk tumbuhan hijau dan tumbuhan prokariotik. Alga biru-hijau (cyanobacteria) dan alga eukariotik. Klorofil menyerap energi cahaya dan mensintesis karbon dioksida dan air menjadi hidrokarbon.

Klorofil a berwarna biru kehijauan dan sebagian besar menyerap cahaya merah; klorofil b berwarna kuning-hijau dan terutama menyerap cahaya biru-ungu. Terutama untuk membedakan tanaman peneduh dengan tanaman matahari. Rasio klorofil b terhadap klorofil a tanaman peneduh kecil, sehingga tanaman peneduh dapat menggunakan cahaya biru dengan kuat dan beradaptasi untuk tumbuh di tempat teduh. Ada dua serapan kuat klorofil a dan klorofil b: daerah merah dengan panjang gelombang 630~680 nm, dan daerah biru-ungu dengan panjang gelombang 400~460 nm.

Karotenoid (karotenoid) adalah istilah umum untuk golongan pigmen alami penting, yang umumnya ditemukan pada pigmen kuning, oranye-merah atau merah pada hewan, tumbuhan tingkat tinggi, jamur, dan alga. Lebih dari 600 karotenoid alami telah ditemukan sejauh ini. Karotenoid yang diproduksi dalam sel tumbuhan tidak hanya menyerap dan mentransfer energi untuk membantu fotosintesis, tetapi juga memiliki fungsi melindungi sel agar tidak dihancurkan oleh molekul oksigen ikatan elektron tunggal yang tereksitasi. Penyerapan cahaya karotenoid mencakup kisaran 303~505 nm. Ini memberi warna pada makanan dan mempengaruhi asupan makanan tubuh manusia; pada alga, tumbuhan dan mikroorganisme, warnanya tidak dapat ditampilkan karena ditutupi oleh klorofil.

Dalam proses desain dan seleksiLampu pertumbuhan LED, terdapat beberapa kesalahpahaman yang perlu dihindari, terutama pada aspek berikut ini.

1. Perbandingan panjang gelombang cahaya merah dan biru

Sebagai dua daerah serapan utama untuk fotosintesis dua tumbuhan, spektrum yang dipancarkan adalahLED menjadi lebih terangseharusnya terutama lampu merah dan lampu biru. Tapi itu tidak bisa hanya diukur dengan perbandingan warna merah dan biru. Misalnya perbandingan warna merah dan biru adalah 4:1, 6:1, 9:1 dan seterusnya.

Ada banyak spesies tanaman dengan kebiasaan berbeda, dan tahap pertumbuhan berbeda juga memiliki kebutuhan fokus cahaya berbeda. Spektrum yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman sebaiknya merupakan spektrum kontinu dengan lebar sebaran tertentu. Jelas tidak tepat menggunakan sumber cahaya yang terbuat dari dua keping panjang gelombang tertentu yaitu merah dan biru dengan spektrum yang sangat sempit. Dalam percobaan ditemukan tanaman cenderung berwarna kekuningan, batang daun sangat ringan, dan batang daun sangat tipis. Telah banyak penelitian mengenai respon tanaman terhadap spektrum yang berbeda di luar negeri, seperti pengaruh bagian inframerah pada fotoperiode, pengaruh bagian kuning-hijau pada efek bayangan, dan pengaruh bagian inframerah pada fotoperiode. bagian violet pada ketahanan terhadap hama dan penyakit, unsur hara dan sebagainya.

Dalam praktiknya, bibit sering kali terbakar atau layu. Oleh karena itu, perancangan parameter ini harus dirancang sesuai dengan spesies tanaman, lingkungan pertumbuhan dan kondisi.

2. Cahaya putih biasa dan spektrum penuh

Efek cahaya yang “dilihat” tanaman berbeda dengan mata manusia. Lampu cahaya putih yang biasa kita gunakan tidak mampu menggantikan sinar matahari, seperti tabung cahaya putih tiga primer yang banyak digunakan di Jepang, dll. Penggunaan spektrum ini mempunyai pengaruh tertentu terhadap pertumbuhan tanaman, namun pengaruhnya tidak. sebaik sumber cahaya yang dibuat oleh LED. .

Untuk tabung fluoresen dengan tiga warna primer yang umum digunakan pada tahun-tahun sebelumnya, meskipun putih disintesis, spektrum merah, hijau, dan biru dipisahkan, lebar spektrumnya sangat sempit, dan bagian kontinu spektrumnya relatif lemah. Pada saat yang sama, dayanya masih tergolong besar dibandingkan LED, konsumsi energinya 1,5 hingga 3 kali lipat. Spektrum penuh LED yang dirancang khusus untuk pencahayaan pertumbuhan tanaman akan mengoptimalkan spektrum tersebut. Meski efek visualnya masih putih, namun mengandung bagian cahaya penting yang diperlukan untuk fotosintesis tanaman.

3. Parameter intensitas iluminasi PPFD

Kerapatan fluks fotosintesis (PPFD) merupakan parameter penting untuk mengukur intensitas cahaya pada tumbuhan. Hal ini dapat dinyatakan dengan kuanta cahaya atau energi radiasi. Ini mengacu pada kerapatan fluks radiasi cahaya yang efektif dalam fotosintesis, yang mewakili jumlah total insiden kuanta cahaya pada batang daun tanaman dalam rentang panjang gelombang 400 hingga 700 nm per satuan waktu dan satuan luas. Satuannya adalahμE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). Radiasi aktif fotosintesis (PAR) mengacu pada total radiasi matahari dengan panjang gelombang berkisar antara 400 hingga 700 nm.

Titik jenuh kompensasi cahaya tanaman disebut juga titik kompensasi cahaya, artinya PPFD harus lebih tinggi dari titik tersebut, fotosintesisnya bisa lebih besar dari respirasi, dan pertumbuhan tanaman lebih besar dari konsumsi sebelum tanaman dapat tumbuh. Pabrik yang berbeda memiliki titik kompensasi cahaya yang berbeda, dan tidak dapat dianggap mencapai indeks tertentu, seperti PPFD lebih besar dari 200μmol·m-2·s-1.

Intensitas cahaya yang dipantulkan oleh pengukur iluminasi yang digunakan di masa lalu adalah kecerahannya, tetapi karena spektrum pertumbuhan tanaman berubah karena ketinggian sumber cahaya dari tanaman, cakupan cahaya, dan apakah cahaya dapat melewatinya. daun, dll., digunakan sebagai cahaya saat mempelajari fotosintesis. Indikator yang kuat tidaklah cukup tepat, dan PAR sekarang banyak digunakan.

Umumnya tanaman positif PPFD > 50μmol·m-2·s-1 dapat memulai mekanisme fotosintesis; sedangkan PPFD tanaman peneduh hanya membutuhkan 20 buahμmol·m-2·s-1. Oleh karena itu, saat memasang lampu tanaman LED, Anda dapat memasang dan mengaturnya sesuai dengan nilai referensi ini, memilih ketinggian pemasangan yang sesuai, dan mencapai nilai PPFD yang ideal serta keseragaman pada permukaan daun.

4. Formulanya ringan

Formula ringan adalah konsep baru yang diusulkan baru-baru ini, yang terutama mencakup tiga faktor: kualitas cahaya, kuantitas cahaya, dan durasi. Pahami saja bahwa kualitas cahaya adalah spektrum yang paling cocok untuk fotosintesis tanaman; kuantitas ringan adalah nilai PPFD dan keseragaman yang sesuai; durasi adalah nilai kumulatif penyinaran dan perbandingan waktu siang dan malam. Ahli pertanian Belanda telah menemukan bahwa tanaman menggunakan rasio inframerah dan cahaya merah untuk menilai perubahan siang dan malam. Rasio inframerah meningkat secara signifikan saat matahari terbenam, dan tanaman merespons tidur dengan cepat. Tanpa proses ini, diperlukan waktu beberapa jam bagi tanaman untuk menyelesaikan proses ini.

Dalam penerapan praktis, perlu mengumpulkan pengalaman melalui pengujian dan memilih kombinasi terbaik.