Chiyambi

Kuwala kumachita gawo lofunika kwambiri pakukula kwa zomera. Ndi feteleza wabwino kwambiri wolimbikitsa kuyamwa kwa chlorophyll ya zomera ndi kuyamwa kwa mitundu yosiyanasiyana ya kukula kwa zomera monga carotene. Komabe, chinthu chofunikira kwambiri chomwe chimatsimikizira kukula kwa zomera ndi chinthu chokwanira, osati chokhudzana ndi kuwala kokha, komanso chosagwirizana ndi kapangidwe ka madzi, nthaka ndi feteleza, momwe malo okulira komanso kuwongolera kwathunthu kwaukadaulo.

M'zaka ziwiri kapena zitatu zapitazi, pakhala malipoti osatha okhudza kugwiritsa ntchito ukadaulo wa magetsi a semiconductor okhudza mafakitale a zomera kapena kukula kwa zomera. Koma mutatha kuwerenga mosamala, nthawi zonse mumakhala ndi nkhawa. Kawirikawiri, palibe kumvetsetsa kwenikweni kwa ntchito yomwe kuwala kuyenera kuchita pakukula kwa zomera.

Choyamba, tiyeni timvetse mtundu wa dzuwa, monga momwe zasonyezedwera pa Chithunzi 1. Zitha kuwoneka kuti mtundu wa dzuwa ndi mtundu wopitilira, momwe mtundu wa buluu ndi wobiriwira uli wamphamvu kuposa mtundu wofiira, ndipo mtundu wa kuwala kowoneka bwino umayambira pa 380 mpaka 780 nm. Kukula kwa zamoyo m'chilengedwe kumagwirizana ndi mphamvu ya mtundu wa kuwala. Mwachitsanzo, zomera zambiri m'dera lomwe lili pafupi ndi equator zimakula mofulumira kwambiri, ndipo nthawi yomweyo, kukula kwa kukula kwawo ndi kwakukulu. Koma mphamvu yayikulu ya kuwala kwa dzuwa si nthawi zonse imakhala yabwino, ndipo pali kusankha kwina kwa kukula kwa nyama ndi zomera.

Chithunzi 1, Makhalidwe a solar spectrum ndi spectrum yake yowala yooneka

Kachiwiri, chithunzi chachiwiri cha zinthu zingapo zofunika kwambiri zomwe zimayamwa zomera zikuwonetsedwa pa Chithunzi 2.

Chithunzi 2, Ma spectra a ma auxin angapo omwe amayamwa mu kukula kwa zomera

Zikuoneka kuchokera pa Chithunzi 2 kuti ma spectra owunikira a ma auxin angapo ofunikira omwe amakhudza kukula kwa zomera ndi osiyana kwambiri. Chifukwa chake, kugwiritsa ntchito magetsi okulira a LED si nkhani yosavuta, koma yolunjika kwambiri. Apa ndikofunikira kufotokoza malingaliro a zinthu ziwiri zofunika kwambiri zomwe zimapangitsa kukula kwa zomera kukhala ndi photosynthesis.

• Chlorophyll

Chlorophyll ndi imodzi mwa mitundu yofunika kwambiri yokhudzana ndi photosynthesis. Imapezeka m'zamoyo zonse zomwe zimatha kupanga photosynthesis, kuphatikizapo zomera zobiriwira, algae ya prokaryotic blue-green (cyanobacteria) ndi algae ya eukaryotic. Chlorophyll imatenga mphamvu kuchokera ku kuwala, komwe kenako imagwiritsidwa ntchito kusintha carbon dioxide kukhala chakudya.

Chlorophyll a imatenga kuwala kofiira, ndipo chlorophyll b imatenga kuwala kwa buluu-violet, makamaka kuti isiyanitse zomera zamthunzi ndi zomera za dzuwa. Chiŵerengero cha chlorophyll b ndi chlorophyll a cha zomera zamthunzi ndi chochepa, kotero zomera zamthunzi zimatha kugwiritsa ntchito kuwala kwabuluu mwamphamvu ndikusintha kukula mumthunzi. Chlorophyll a ndi wobiriwira wabuluu, ndipo chlorophyll b ndi wobiriwira wachikasu. Pali mayamwidwe awiri amphamvu a chlorophyll a ndi chlorophyll b, imodzi m'dera lofiira yokhala ndi kutalika kwa 630-680 nm, ndipo inayo m'dera la buluu-violet yokhala ndi kutalika kwa 400-460 nm.

• Ma Carotenoid

Ma carotenoid ndi dzina lofala la mtundu wa utoto wofunikira wachilengedwe, womwe umapezeka kwambiri mu utoto wachikasu, lalanje-wofiira kapena wofiira mwa nyama, zomera zapamwamba, bowa, ndi algae. Pakadali pano, ma carotenoid achilengedwe opitilira 600 apezeka.

Kuyamwa kwa kuwala kwa ma carotenoids kumaphimba OD303 ~ 505 nm, komwe kumapereka mtundu wa chakudya ndipo kumakhudza momwe thupi limadyera chakudya. Mu algae, zomera, ndi tizilombo toyambitsa matenda, mtundu wake umaphimbidwa ndi chlorophyll ndipo sungathe kuwoneka. Mu maselo a zomera, ma carotenoids omwe amapangidwa samangoyamwa ndi kusamutsa mphamvu kuti athandize photosynthesis, komanso ali ndi ntchito yoteteza maselo kuti asawonongeke ndi mamolekyu a oxygen a single-electron bond.

Kusamvetsetsana kwa malingaliro

Mosasamala kanthu za momwe kuwala kumasungira mphamvu, kusankha kwa kuwala ndi kugwirizana kwa kuwala, kuunikira kwa semiconductor kwawonetsa ubwino waukulu. Komabe, kuchokera ku chitukuko chofulumira cha zaka ziwiri zapitazi, tawonanso kusamvetsetsana kwakukulu pakupanga ndi kugwiritsa ntchito kuwala, komwe kumawonekera kwambiri m'mbali zotsatirazi.

①Bola ngati tinthu tofiira ndi tabuluu ta kutalika kwa nthawi inayake titaphatikizidwa mu chiŵerengero china, tingagwiritsidwe ntchito polima zomera, mwachitsanzo, chiŵerengero cha kufiira ndi buluu ndi 4:1, 6:1, 9:1 ndi zina zotero.

②Bola ngati ndi kuwala koyera, kumatha kulowa m'malo mwa kuwala kwa dzuwa, monga chubu choyera cha magetsi atatu chomwe chimagwiritsidwa ntchito kwambiri ku Japan, ndi zina zotero. Kugwiritsa ntchito ma spectrum amenewa kumakhudza kukula kwa zomera, koma zotsatira zake si zabwino ngati kuwala komwe kumapangidwa ndi LED.

③Bola ngati PPFD (light quantum flux density), yomwe ndi gawo lofunika kwambiri la kuwala, ifika pa index inayake, mwachitsanzo, PPFD ndi yoposa 200 μmol·m-2·s-1. Komabe, mukagwiritsa ntchito chizindikiro ichi, muyenera kusamala ngati ndi chomera chamthunzi kapena chomera cha dzuwa. Muyenera kufunsa kapena kupeza malo osungira kuwala kwa zomera izi, omwe amatchedwanso malo osungira kuwala. Mu ntchito zenizeni, mbande nthawi zambiri zimatenthedwa kapena kuuma. Chifukwa chake, kapangidwe ka chizindikiro ichi kayenera kupangidwa malinga ndi mtundu wa zomera, malo okula ndi mikhalidwe.

Ponena za mbali yoyamba, monga momwe tafotokozera kumayambiriro, sipekitiramu yofunikira kuti zomera zikule iyenera kukhala sipekitiramu yopitilira yokhala ndi m'lifupi mwake. N'zoonekeratu kuti sikoyenera kugwiritsa ntchito gwero la kuwala lopangidwa ndi zidutswa ziwiri zapadera za kutalika kwa mafunde a zofiira ndi zabuluu zokhala ndi sipekitiramu yopapatiza kwambiri (monga momwe zasonyezedwera pa Chithunzi 3(a)). Mu zoyeserera, zidapezeka kuti zomera nthawi zambiri zimakhala zachikasu, masamba a masamba ndi opepuka kwambiri, ndipo masamba a masamba ndi opyapyala kwambiri.

Pa machubu a fluorescent okhala ndi mitundu itatu yayikulu yomwe imagwiritsidwa ntchito kwambiri m'zaka zam'mbuyomu, ngakhale kuti zoyera zimapangidwa, ma spectra ofiira, obiriwira, ndi abuluu amalekanitsidwa (monga momwe zasonyezedwera pa Chithunzi 3(b)), ndipo m'lifupi mwa ma spectra ndi ochepa kwambiri. Mphamvu ya ma spectral ya gawo lotsatirali lopitirira ndi yofooka, ndipo mphamvuyo ikadali yayikulu poyerekeza ndi ma LED, nthawi 1.5 mpaka 3 kuposa momwe amagwiritsidwira ntchito mphamvu. Chifukwa chake, mphamvu yogwiritsira ntchito siili yabwino ngati magetsi a LED.

Chithunzi 3, Kuwala kwa LED kwa zomera kofiira ndi buluu ndi kuwala kwa fluorescent kwa mitundu itatu

PPFD ndi kuchuluka kwa kuwala kwa quantum flux, komwe kumatanthauza kuchuluka kwa kuwala kwa kuwala komwe kumatuluka mu photosynthesis, komwe kumayimira kuchuluka kwa kuwala kwa quanta komwe kumachitika pa tsinde la masamba a zomera mu nthawi ya wavelength ya 400 mpaka 700 nm pa unit time ndi unit area. Unit yake ndi μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). Ma radiation omwe amagwira ntchito mu photosynthesis (PAR) amatanthauza kuwala konse kwa dzuwa komwe kumakhala ndi wavelength ya 400 mpaka 700 nm. Ikhoza kufotokozedwa ndi quanta yowala kapena ndi mphamvu yowala.

Kale, mphamvu ya kuwala yomwe imawonetsedwa ndi illuminator inali kuwala, koma kukula kwa zomera kumasintha chifukwa cha kutalika kwa kuwala kuchokera ku chomera, kuphimba kwa kuwala komanso ngati kuwalako kungadutse m'masamba. Chifukwa chake, sikolondola kugwiritsa ntchito par ngati chizindikiro cha mphamvu ya kuwala pophunzira za photosynthesis.

Kawirikawiri, njira yopangira photosynthesis imatha kuyambika pamene PPFD ya chomera chokonda dzuwa ndi yayikulu kuposa 50 μmol·m-2·s-1, pomwe PPFD ya chomera chamthunzi imangofunika 20 μmol·m-2·s-1. Chifukwa chake, pogula magetsi okulitsa a LED, mutha kusankha kuchuluka kwa magetsi okulitsa a LED kutengera mtengo wofotokozerawu ndi mtundu wa zomera zomwe mumabzala. Mwachitsanzo, ngati PPFD ya kuwala kwa LED kamodzi ndi 20 μmol·m-2·s-1, mababu opitilira atatu a LED amafunika kuti akule zomera zokonda dzuwa.

Mayankho angapo opanga magetsi a semiconductor

Kuunikira kwa semiconductor kumagwiritsidwa ntchito pakukula kapena kubzala zomera, ndipo pali njira ziwiri zoyambira zowunikira.

• Pakadali pano, chitsanzo chobzala m'nyumba chili chotentha kwambiri ku China. Chitsanzochi chili ndi makhalidwe angapo:

①Ntchito ya magetsi a LED ndikupereka magetsi onse owunikira zomera, ndipo makina owunikira amafunika kuti apereke mphamvu zonse zowunikira, ndipo mtengo wopangira ndi wokwera kwambiri;
②Kapangidwe ka magetsi a LED grow kuyenera kuganizira kupitilira ndi umphumphu wa sipekitiramu;
③Ndikofunikira kuwongolera bwino nthawi yowunikira ndi mphamvu ya kuwala, monga kulola zomera kuti zipumule kwa maola angapo, mphamvu ya kuwala sikokwanira kapena yamphamvu kwambiri, ndi zina zotero;
④Ntchito yonseyi iyenera kutsanzira mikhalidwe yomwe imafunika kuti zomera zikule bwino panja, monga chinyezi, kutentha ndi kuchuluka kwa CO2.

• Njira yobzala panja yokhala ndi maziko abwino obzala panja m'nyumba zobiriwira. Makhalidwe a chitsanzo ichi ndi awa:

①Ntchito ya magetsi a LED ndi kuwonjezera kuwala. Choyamba ndi kuwonjezera mphamvu ya kuwala m'malo abuluu ndi ofiira omwe amawotchedwa ndi kuwala kwa dzuwa masana kuti zomera zizitha kupanga photosynthesis, ndipo china ndi kuwonjezera mphamvu ya kuwala pamene kuwala sikunawonjezeke usiku kuti zomera zikule bwino.
②Kuwala kowonjezera kuyenera kuganizira nthawi yomwe chomera chili kukula, monga nthawi yomwe mbande zimamera kapena nthawi yomwe maluwa ndi zipatso zimatuluka.

Chifukwa chake, kapangidwe ka magetsi okulira zomera a LED kayenera kukhala ndi njira ziwiri zoyambirira zopangira, zomwe ndi, kuunikira kwa maola 24 (mkati) ndi kuunikira kowonjezera kukula kwa zomera (kunja). Pakulima zomera zamkati, kapangidwe ka magetsi okulira zomera a LED kayenera kuganizira zinthu zitatu, monga momwe zasonyezedwera pa Chithunzi 4. Sizotheka kuyika ma chips ndi mitundu itatu yoyambirira muyeso winawake.

Chithunzi 4, Lingaliro la kapangidwe ka magetsi owonjezera a LED mkati mwa nyumba kuti azitha kuunikira maola 24

Mwachitsanzo, pa sipekitiramu yomwe ili mu gawo la nazale, poganizira kuti ikufunika kulimbitsa kukula kwa mizu ndi tsinde, kulimbitsa nthambi za masamba, ndipo gwero la kuwala limagwiritsidwa ntchito m'nyumba, sipekitiramuyi ikhoza kupangidwa monga momwe zasonyezedwera pa Chithunzi 5.

Chithunzi 5, Nyumba za Spectral zoyenera nthawi ya LED yosungira ana m'nyumba

Pakupanga mtundu wachiwiri wa kuwala kwa LED, cholinga chake chachikulu ndi kupanga njira yowonjezera kuwala kuti ikulitse kubzala pansi pa nyumba yobiriwira yakunja. Lingaliro la kapangidwe kake likuwonetsedwa pa Chithunzi 6.

Chithunzi 6, Malingaliro a kapangidwe ka magetsi okulira panja 

Wolembayo akusonyeza kuti makampani ambiri obzala mbewu agwiritse ntchito njira yachiwiri yogwiritsira ntchito magetsi a LED kuti alimbikitse kukula kwa zomera.

Choyamba, ulimi wakunja wa greenhouse ku China wakhala ndi zaka zambiri komanso zambiri, kum'mwera ndi kumpoto. Uli ndi maziko abwino a ukadaulo wa ulimi wa greenhouse ndipo umapereka zipatso ndi ndiwo zamasamba zambiri pamsika wa mizinda yozungulira. Makamaka pankhani yobzala nthaka, madzi ndi feteleza, zotsatira zabwino za kafukufuku zapezeka.

Kachiwiri, mtundu uwu wa njira yowonjezera yowunikira imatha kuchepetsa kwambiri kugwiritsa ntchito mphamvu zosafunikira, komanso nthawi yomweyo imatha kukulitsa bwino zipatso ndi ndiwo zamasamba. Kuphatikiza apo, dera lalikulu la China ndi losavuta kutsatsa.

Monga kafukufuku wasayansi wa magetsi a LED, imaperekanso maziko oyesera ambiri. Chithunzi 7 ndi mtundu wa magetsi a LED opangidwa ndi gulu lofufuzali, omwe ndi oyenera kulima m'nyumba zobiriwira, ndipo mawonekedwe ake akuwonetsedwa mu Chithunzi 8.

Chithunzi 7, Mtundu wa kuwala kwa LED

Chithunzi 8, mtundu wa kuwala kwa LED komwe kumakulitsa magetsi

Malinga ndi malingaliro a kapangidwe kameneka, gulu lofufuza linachita zoyeserera zingapo, ndipo zotsatira zake ndizofunikira kwambiri. Mwachitsanzo, pa kuwala kwa zomera panthawi ya nazale, nyali yoyambirira yomwe imagwiritsidwa ntchito ndi nyali ya fluorescent yokhala ndi mphamvu ya 32 W ndi nthawi ya nazale ya masiku 40. Timapereka kuwala kwa LED kwa 12 W, komwe kumafupikitsa nthawi ya mbande kukhala masiku 30, kumachepetsa kutentha kwa nyali mu workshop ya mbande, ndikusunga mphamvu ya choziziritsira. Kukhuthala, kutalika ndi mtundu wa mbande ndikwabwino kuposa njira yoyambirira yolerera mbande. Pa mbande za ndiwo zamasamba wamba, zitsimikizo zabwino zapezekanso, zomwe zafotokozedwa mwachidule mu tebulo lotsatira.

Pakati pawo, gulu lowonjezera la kuwala la PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, ndi chiŵerengero chofiira-buluu: 0.6-0.7. Kuchuluka kwa PPFD masana kwa gulu lachilengedwe kunali 40~800 μmol·m-2·s-1, ndipo chiŵerengero cha wofiira ndi buluu chinali 0.6~1.2. Zikuoneka kuti zizindikiro zomwe zili pamwambapa ndi zabwino kuposa za mbande zomwe zimakula mwachilengedwe.

Mapeto

Nkhaniyi ikufotokoza za zomwe zachitika posachedwa pakugwiritsa ntchito magetsi a LED pakulima zomera, ndipo ikufotokoza kusamvetsetsana pakugwiritsa ntchito magetsi a LED pakulima zomera. Pomaliza, malingaliro ndi njira zaukadaulo zopangira magetsi a LED omwe amagwiritsidwa ntchito pakulima zomera zayambitsidwa. Tiyenera kunenanso kuti palinso zinthu zina zomwe ziyenera kuganiziridwa pakuyika ndi kugwiritsa ntchito kuwala, monga mtunda pakati pa kuwala ndi chomera, kuchuluka kwa kuwala kwa nyali, ndi momwe mungagwiritsire ntchito kuwala ndi madzi abwinobwino, feteleza, ndi nthaka.

Wolemba: Yi Wang et al. Gwero: CNKI