Рисунок 1. Экспериментальная фабрика в Университете префектуры Осака в Японии, которая также используется в качестве прототипа для коммерческих производителей, использует светодиоды и люминесцентные лампы для производства салата.
Светоизлучающие диоды (СИД) вызывают все больший интерес среди производителей коммерческих теплиц. В настоящее время они изучаются и разрабатываются в садоводческой промышленности для применения в фотопериодическом освещении низкой интенсивности, а также для освещения высокой интенсивности.
Светодиодное освещение низкой интенсивности в ночное время может способствовать цветению растений длинного дня и препятствовать цветению растений короткого дня. Дополнительное освещение высокой интенсивности в теплицах увеличивает дневной световой интеграл (DLI), что может увеличить фотосинтез и, следовательно, рост растений.
Светодиодные технологии интригуют, но стоят дорого.
Благодаря их растущему электрическому КПД и способности обеспечивать определенное соотношение света, светодиодные технологии открывают привлекательные возможности для промышленного производства. Например, световой спектр, излучаемый светодиодными лампами, может быть адаптирован для конкретных стадий производства сельскохозяйственных культур или для желаемых характеристик роста. Кроме того, светодиоды можно устанавливать ближе к растениям, чем обычные лампы, потому что потребляемая энергия, которая не преобразуется в свет (тепло), отделена от излучаемого света.
Стоимость светодиодов является основным ограничением их широкого использования в садоводстве. Кроме того, для высокоинтенсивного освещения существующие системы нельзя дооснащать светодиодами. Преимущества использования дополнительного освещения в теплицах при низком DLI (<10 моль ∙ м -2 ∙ д -1 )
Другие факторы, которые следует учитывать при использовании светодиодного освещения, включают: их эффективность в преобразовании энергии в свет (мкмоль ∙ Ватт), наличие скидок от энергетических компаний, затраты на электроэнергию, интенсивность и направленность света, спектральную мощность и репутацию производителя. Многие из этих факторов значительно различаются между производителями светодиодов.
Использование светодиодов на заводах может иметь экономическую ценность
В некоторых ситуациях светодиодное освещение может быть экономически практичным при выращивании ценных культур, таких как микрозелень, пропагаули или овощные культуры с высокой жилой, особенно там, где земля дорогая, а затраты на электроэнергию высоки.
Чтобы максимизировать урожайность с квадратного фута земли, в густонаселенных районах, таких как Япония, появляются «фабрики растений» (рис. 1). Завод - это полностью закрытое производственное предприятие с кондиционированием воздуха с многоярусными стеллажами и, как правило, с системами впрыска диоксида углерода. Существует около 120 коммерческих заводов по производству растений, в основном в Японии, и большинство из них в настоящее время используют люминесцентное освещение.
Концепция завода по производству растений может изменить способ выращивания ценных культур, включая культиваторы, прокладки и пропагулы тканевых культур. Пробные проекты, такие как Smart Plant Factory Network в Японии, нацелены на создание доказательной сети между коммерческими производителями и домовладельцами для местного производства продовольственных культур, таких как салат. Другие фабрики по производству растений в Японии и Нидерландах выращивают микрозелени или ценные декоративные растения.
Хотя производство на заводах по производству растений может быть намного больше, чем в обычных теплицах, по сообщениям, только меньшая часть заводов по производству растений получает прибыль. Тем не менее, экономичность светодиодов продолжает улучшаться, и это только вопрос времени, когда они будут широко использоваться в растениеводстве.
Исследовательские модули показывают, как саженцы реагируют на светодиодное освещение
В 2011 году мы начали исследовательский проект со светодиодами, чтобы изучить концепцию выращивания молодых растений только при светодиодном освещении. Наша цель состояла в том, чтобы глубже понять, как разные цвета света влияют на рост, чтобы можно было производить высококачественные молодые растения в коммерческих целях.
Рис. 2. Светодиодные модули были сконструированы для исследования в Университете штата Мичиган, чтобы изучить, как различные цвета света влияют на рост саженцев комнатных растений. Фото любезно предоставлено Osram Opto Semiconductors.
Мы сотрудничали с Osram Opto Semiconductors для создания шести настраиваемых модулей роста светодиодов (рис.2), каждый из которых содержит синие, зеленые, оранжевые, красные и гипер красные светодиоды (пиковые длины волн 446, 516, 596, 634 и 664 нм соответственно), которые может быть независимо затемнен, чтобы обеспечить желаемое соотношение света. Каждый модуль имеет платы драйверов с вентиляторным охлаждением, которые можно перемещать ближе или дальше от растений, чтобы обеспечить различную интенсивность света. Модули помещали в камеру для выращивания с кондиционированием воздуха, и интенсивность света, а также температуру воздуха и растений постоянно измеряли с помощью датчиков, подключенных к регистратору данных.
В серии экспериментов, которые мы провели, в первом изучается, как растения адаптируются к разным длинам волн красного света, при этом обеспечивая постоянное количество синего и зеленого света. Красный считается наиболее эффективным светом для фотосинтеза, но есть разные цвета красного света, и мы не знали, есть ли польза от получения того или иного красного цвета или от смешения двух или более красных цветов.
Помидоры 'Early Girl', 'календулы' Deep Orange, 'Petunia' Wave Pink 'и Impatiens' SuperElfin XP Red 'выращивали в течение 31-45 дней при фотосинтетическом освещении 160 мкмоль ∙ м -2 ∙ с -1 при шести световых обработках. Процентное соотношение оранжевого (пик при 596 нм), красного (пик при 635 нм) и гипер-красного (пик 665 нм) составляло 0-80-0, 0-60-20, 0-40-40, 20-30-30. , 0-20-60 и 0-0-80. Десять процентов синего и 10 процентов зеленого света были получены во всех сеансах лечения.
Как правило, растения, выращенные при разных цветах красного света, росли одинаково; Свежий и сухой вес побегов, высота проростков и количество листьев обычно были одинаковыми (рис. 3). У помидоров при всех обработках появлялись отеки или волдыри, особенно вдоль жилок на листьях проростков. Об этом ранее сообщалось у томатов и некоторых других видов семейства пасленовых, когда недостаточно синего и / или ультрафиолетового света. У бархатцев появлялись пурпурные пятнышки во всех вариантах обработки, но в остальном они развивались нормально вместе с другими видами растений.
Рис. 3. Impatiens «SuperElfin XP Red», выращенные при той же интенсивности света, но с разным процентным содержанием оранжевого, красного и гипер-красного света от светодиодов, имели аналогичные характеристики через 43 дня при 68 ° F. Все препараты также получали 10% синего и 10% зеленого света.
Поскольку при разных цветах красного света растения росли одинаково, тип красных светодиодов, устанавливаемых для садовых осветительных приборов, может зависеть от других факторов, таких как долговечность, эффективность и стоимость светодиодов, не влияя на качество растений.
