Малюнок 1. Експериментальна фабрика в Університеті префектури Осака в Японії, яка також використовується як прототип для комерційних виробників, використовує світлодіоди та люмінесцентні лампи для виробництва салату.
Світловипромінюючі діоди (СІД) викликають дедалі більший інтерес серед виробників комерційних теплиць. В даний час вони вивчаються та розробляються в садівницькій промисловості для застосування у фотоперіодичному освітленні низької інтенсивності, а також для освітлення високої інтенсивності.
Світлодіодне освітлення низької інтенсивності в нічний час може сприяти цвітінню рослин довгого дня та перешкоджати цвітінню рослин короткого дня. Додаткове освітлення високої інтенсивності в теплицях збільшує денний світловий інтеграл (DLI), що може збільшити фотосинтез і, отже, зростання рослин.
Світлодіодні технології інтригують, але коштують дорого.
Завдяки їхньому зростаючому електричному ККД та здатності забезпечувати певне співвідношення світла, світлодіодні технології відкривають привабливі можливості для промислового виробництва. Наприклад, світловий спектр, що випромінюється світлодіодними лампами, може бути адаптований для конкретних стадій виробництва сільськогосподарських культур або для бажаних характеристик зростання. Крім того, світлодіоди можна встановлювати ближче до рослин, ніж звичайні лампи, тому що споживана енергія, яка не перетворюється на світло (тепло), відокремлена від світла, що випромінюється.
Вартість світлодіодів є основним обмеженням їхнього широкого використання у садівництві. Крім того, для високоінтенсивного освітлення існуючі системи не можна оснащувати світлодіодами. Переваги використання додаткового освітлення в теплицях при низькому DLI (<10 моль ∙ м -2 ∙ д -1 )
Інші фактори, які слід враховувати при використанні світлодіодного освітлення, включають: їх ефективність у перетворенні енергії на світло (мкмоль ∙ Ватт), наявність знижок від енергетичних компаній, витрати на електроенергію, інтенсивність та спрямованість світла, спектральну потужність та репутацію виробника. Багато з цих факторів значно різняться між виробниками світлодіодів.
Використання світлодіодів на заводах може мати економічну цінність
У деяких ситуаціях світлодіодне освітлення може бути економічно практичним при вирощуванні цінних культур, таких як мікрозелень, пропагаулі або овочеві культури з високою жилою, особливо там, де земля дорога, а витрати на електроенергію високі.
Щоб максимізувати врожайність із квадратного фута землі, у густонаселених районах, таких як Японія, з'являються «фабрики рослин» (рис. 1). Завод - це повністю закрите виробниче підприємство з кондиціюванням повітря з багатоярусними стелажами і, як правило, із системами упорскування діоксиду вуглецю. Існує близько 120 комерційних заводів з виробництва рослин, в основному в Японії, і більшість з них нині використовують люмінесцентне освітлення.
Концепція заводу з виробництва рослин може змінити спосіб вирощування цінних культур, включаючи культиватори, прокладки та пропагули тканинних культур. Пробні проекти, такі як Smart Plant Factory Network у Японії, мають на меті створення доказової мережі між комерційними виробниками та домовласниками для місцевого виробництва продовольчих культур, таких як салат. Інші фабрики з виробництва рослин у Японії та Нідерландах вирощують мікрозелені або цінні декоративні рослини.
Хоча виробництво на заводах з виробництва рослин може бути набагато більшим, ніж у звичайних теплицях, за повідомленнями, тільки менша частина заводів з виробництва рослин отримує прибуток. Тим не менш, економічність світлодіодів продовжує покращуватися, і це лише питання часу, коли вони будуть широко використовуватися в рослинництві.
Дослідницькі модулі показують, як саджанці реагують на світлодіодне освітлення
У 2011 році ми розпочали дослідницький проект зі світлодіодами, щоб вивчити концепцію вирощування молодих рослин лише за світлодіодного освітлення. Наша мета полягала в тому, щоб глибше зрозуміти, як різні кольори світла впливають на зростання, щоб можна було виробляти високоякісні молоді рослини з комерційною метою.
Мал. 2. Світлодіодні модулі були сконструйовані для дослідження в Університеті штату Мічиган, щоб вивчити, як різні кольори світла впливають на зростання саджанців кімнатних рослин. Фото представлено Osram Opto Semiconductors.
Ми співпрацювали з Osram Opto Semiconductors для створення шести настроюваних модулів росту світлодіодів (рис.2), кожен з яких містить сині, зелені, помаранчеві, червоні та гіпер червоні світлодіоди (пікові довжини хвиль 446, 516, 596, 634 та 664 нм відповідно) , які можуть бути незалежно затемнені, щоб забезпечити бажане співвідношення світла. Кожен модуль має плати драйверів з вентиляторним охолодженням, які можна переміщати ближче чи далі від рослин, щоб забезпечити різну інтенсивність світла. Модулі поміщали в камеру для вирощування з кондиціюванням повітря, інтенсивність світла, а також температуру повітря і рослин постійно вимірювали за допомогою датчиків, підключених до реєстратора даних.
У серії експериментів, які ми провели, у першому вивчається, як рослини адаптуються до різних довжин хвиль червоного світла, забезпечуючи при цьому постійну кількість синього і зеленого світла. Червоний вважається найбільш ефективним світлом для фотосинтезу, але є різні кольори червоного світла, і ми не знали, чи є користь від отримання того чи іншого червоного кольору або змішування двох або більше червоних кольорів.
Помідори 'Early Girl', 'календули' Deep Orange, 'Petunia' Wave Pink 'і Impatiens' SuperElfin XP Red 'вирощували протягом 31-45 днів при фотосинтетичному освітленні 160 мкмоль ∙ м -2 ∙ с -. Відсоткове співвідношення помаранчевого (пік при 596 нм), червоного (пік при 635 нм) та гіпер-червоного (пік 665 нм) становило 0-80-0, 0-60-20, 0-40-40, 20-30-30. . , 0-20-60 та 0-0-80. Десять відсотків синього та 10 відсотків зеленого світла було отримано у всіх сеансах лікування.
Як правило, рослини, вирощені за різних кольорів червоного світла, росли однаково; Свіжа і суха вага пагонів, висота проростків та кількість листя зазвичай були однаковими (рис. 3). У помідорів при всіх обробках з'являлися набряки або пухирі, особливо вздовж жилок на листі проростків. Про це раніше повідомлялося у томатів та деяких інших видів сімейства пасльонових, коли недостатньо синього та/або ультрафіолетового світла. У чорнобривців з'являлися пурпурові цятки у всіх випадках обробки, але в іншому вони розвивалися нормально разом з іншими видами рослин.
Мал. 3. Impatiens «SuperElfin XP Red», вирощені при тій же інтенсивності світла, але з різним відсотковим вмістом помаранчевого, червоного та гіпер-червоного світла від світлодіодів, мали аналогічні характеристики через 43 дні при 68°F. Усі препарати також отримували 10% синього та 10% зеленого світла.
Оскільки при різних кольорах червоного світла рослини росли однаково, тип червоних світлодіодів, що встановлюються для садових освітлювальних приладів, може залежати від інших факторів, таких як довговічність, ефективність та вартість світлодіодів, не впливаючи на якість рослин.
