1. Fotosynteesin tieteellinen perusta: Kvanttidialogi kasvien ja valon välillä Fotosynteesin spektritarpeet
Klorofylli ja karotenoidit ovat kasvien fotosynteesin pääosia. Ne absorboivat tiettyjä valon aallonpituuksia. Punaisen valon alueella 620–680 nm ja sinisen valon alueella 430–460 nm klorofylli a/b absorboi eniten valoa. Sinisen violetin valon alueella 400–500 nm karotenoidit auttavat imeytymään. Tämä luonnollinen valinta tulee siitä, kuinka auringon spektri on jakautunut maapallon kehittyessä. Punaisen valon osuus pinnan näkyvästä valosta on noin 42 %, kun taas sinisen valon osuus on noin 10 %. Juuri tätä kasvit tarvitsevat sieppaamaan valoa.
Valojakson ja valon morfologian säätely
Kryptokromi ja fytokromi muodostavat kasvin järjestelmän valon näkemiseen. Punainen valo (660 nm) muuttaa valoherkän pigmentin Pr muodon Pfr:ksi, mikä aiheuttaa fysiologisia reaktioita, kuten siementen itämisen ja varren pidentymisen eston. Kaukopunainen valo (730nm) tekee päinvastoin. Kryptokromi säätelee stoomien avautumista ja sulkeutumista, vuorokausirytmejä ja antosyaanien tuotantoa havaitsemalla sinistä valoa (450 nm). Tämä molekyylitason{7}}valoa säätelevä mekanismi antaa kasveille mahdollisuuden muuttaa kehitystapaansa riippuen siitä, kuinka paljon valoa ne saavat.
Numerot, jotka osoittavat kuinka hyvin fotosynteesi toimii
PPFD (fotosynteettinen fotonivuon tiheys) ja YPFD (yield photon flux density) ovat kaksi tärkeää numeroa, jotka kertovat kuinka hyvin valo toimii. PPFD 1 μ mol/m ²/s tarkoittaa 1 mikromolaarisen fotonin saamista sekunnissa neliömetriä kohti. YPFD puolestaan antaa paremman kuvan siitä, kuinka hyvin valoenergiaa hyödynnetään, kun otetaan huomioon, kuinka paljon eri aallonpituudet edistävät fotosynteesiä. Kun salaatti altistetaan 40 % siniselle valolle, siinä on 20 % enemmän C-vitamiinia ja 15 % paksumpia lehtiä. Kun punainen valo muodostaa 60 % valosta, kuiva-aineen määrä kasvaa 25 %.
2. LED-tekniikan maatalouden vallankumous: siirtyminen laboratoriosta tehtaalle (1) "Kevytkaavan" vallankumous kasvitehtaissa
Yangling Plant Factory käyttää kolmiulotteista viljelyjärjestelmää, jossa on kerroksia, ja jokaisella kerroksella on oma spektrin ohjausmoduuli. Taimivaiheessa käytetään "pehmeää kevyttä ateriaa", jossa on 60 % sinistä valoa, mikä auttaa juuria kasvamaan ja varret paksuuntumaan. Ravitsemuskasvun aikana 1:1 punaisen sinisen valon "kylläisyyden kevyt ateria" nopeuttaa fotosynteettisten tuotteiden kertymistä. Lisääntymiskasvun aikana kaukopunaisen valon määrää lisätään kukinnan ajoituksen ja hedelmien laadun säätelemiseksi. Tämän dynaamisen spektrinhallinnan ansiosta salaatti tuottaa 2500 siementä päivässä 1469 neliömetriä kohden, mikä on 50 kertaa enemmän kuin tavanomaisilla tiloilla.
Moottori toimii valolla lisääntymisen nopeuttamiseksi
Valojakson hallinnan avulla Sinochem Syngenta Groupin Yangling Technology Center Kiinassa pystyy kasvattamaan viittä maissisukupolvea vuosittain. Älykkään kasvihuoneen LED-tekniikka jäljittelee trooppista auringonvaloa ja lyhentää lisääntymisjaksoa 120 päivästä 48 päivään. Valonlaadun säätelymenetelmä lisäsi urosmaissin tähkien siitepölyä 30 %, naaraskorvien pölytysastetta 25 % ja 1000 jyvän painoa 5 grammaa hehtaaria kohden. IoT-ympäristönhallintajärjestelmä tekee jalostuksesta 2,5 kertaa tehokkaampaa kuin vanha kenttätila.
"Kevyttehokkuuden vallankumous" laitosmaataloudessa
Baoshihongin maatalousosuuskunta Yanggaon piirikunnassa Shanxin maakunnassa osoittaa, että LED-valojen käyttö on lisännyt tomaatin kasvien hedelmäkerrosten määrää kolmesta viiteen ja kunkin kasvihuoneen vuosituloa 20 000 yuania. Sähkön 700 yuania kausi ja lannoitteiden säästö 2000 yuania kausia kohti ovat johtaneet suuriin taloudellisiin voittoihin. Markkinatietojen mukaan LED-täyttövaloa käyttävissä tiloissa kasvatetuissa vihanneksissa on 18 % enemmän C-vitamiinia, 22 % vähemmän nitraattia ja 15 % enemmän tuotearvoa.
3. Teknologinen kehitys ja parannukset teollisuudessa: LED-maatalouden valaistuksen kasvu
Tarkkuus spektrissä
Monia siruja yhdistämällä täyden spektrin LED-tekniikka voi tuottaa jatkuvan 400–780 nm:n spektrilähdön. Se on myös 40 % tehokkaampi kuin tyypilliset loistelamput, ja sen valoteho on 2,8 μmol/J. Qingdao Vertical Farm käyttää patentoitua spektrisuunnittelua, joka lyhentää salaatin kasvamiseen kuluvaa aikaa 15 päivällä ja sen käyttämää energiaa 35 prosentilla.
Vallankumous energiatehokkuudessa
Kolmannen sukupolven LED-siru nostaa valotehokkuuden 3,2 μmol/J:iin. Se toimii älykkäällä himmennysmekanismilla, joka antaa sinulle valoa, kun sitä tarvitset. Yangling Demonstration Parkin tiedot osoittavat, että dynaaminen valaistuksen ohjaus on vähentänyt energiankulutusta tehoyksikköä kohden 0,35 kWh/kg:sta 0,22 kWh/kg:iin, mikä on nyt kansainvälisellä edistyneellä tasolla.
Älykäs integrointi
"Kevyen lämpötilan vesilannoite" -liitäntäjärjestelmä on syntynyt tekoälyn ja esineiden internetin yhdistelmän ansiosta. Lanjian Intelligent Technology Plant Factoryn älykäs hallintajärjestelmä kerää ympäristötietoja 30 sekunnin välein ja käyttää niitä optimoimaan valon voimakkuutta, spektrisuhdetta ja CO₂-pitoisuutta. Tutkimuksessa havaittiin, että tekniikka sai salaatin kasvamaan 18 prosenttia nopeammin ja vähentämään tuholaisia ja infektioita 40 prosenttia.
