परिचय

प्रकाश पौधों के विकास की प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।यह पौधे के क्लोरोफिल के अवशोषण और कैरोटीन जैसे विभिन्न पौधों के विकास गुणों के अवशोषण को बढ़ावा देने के लिए सबसे अच्छा उर्वरक है।हालांकि, पौधों के विकास को निर्धारित करने वाला निर्णायक कारक एक व्यापक कारक है, जो न केवल प्रकाश से संबंधित है, बल्कि पानी, मिट्टी और उर्वरक, विकास पर्यावरण की स्थिति और व्यापक तकनीकी नियंत्रण के विन्यास से भी अविभाज्य है।

पिछले दो या तीन वर्षों में, त्रि-आयामी संयंत्र कारखानों या पौधों के विकास के संबंध में अर्धचालक प्रकाश प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग पर अंतहीन रिपोर्टें आई हैं।लेकिन इसे ध्यान से पढ़ने के बाद हमेशा कुछ न कुछ बेचैनी सी महसूस होती है।आम तौर पर, पौधों की वृद्धि में प्रकाश की क्या भूमिका होनी चाहिए, इसकी कोई वास्तविक समझ नहीं है।

सबसे पहले, आइए सूर्य के स्पेक्ट्रम को समझें, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। यह देखा जा सकता है कि सौर स्पेक्ट्रम एक सतत स्पेक्ट्रम है, जिसमें नीला और हरा स्पेक्ट्रम लाल स्पेक्ट्रम की तुलना में अधिक मजबूत होता है, और दृश्यमान प्रकाश स्पेक्ट्रम की सीमा होती है। 380 से 780 एनएम।प्रकृति में जीवों की वृद्धि स्पेक्ट्रम की तीव्रता से संबंधित है।उदाहरण के लिए, भूमध्य रेखा के पास के क्षेत्र में अधिकांश पौधे बहुत तेजी से बढ़ते हैं, और साथ ही, उनके विकास का आकार अपेक्षाकृत बड़ा होता है।लेकिन सूर्य के विकिरण की उच्च तीव्रता हमेशा बेहतर नहीं होती है, और जानवरों और पौधों के विकास के लिए कुछ हद तक चयनात्मकता होती है।

चित्र 1, सौर स्पेक्ट्रम और इसके दृश्यमान प्रकाश स्पेक्ट्रम की विशेषताएं

दूसरे, पौधों की वृद्धि के कई प्रमुख अवशोषण तत्वों का दूसरा स्पेक्ट्रम आरेख चित्र 2 में दिखाया गया है।

चित्रा 2, पौधे के विकास में कई ऑक्सिन का अवशोषण स्पेक्ट्रा

यह चित्र 2 से देखा जा सकता है कि पौधों की वृद्धि को प्रभावित करने वाले कई प्रमुख ऑक्सिनों के प्रकाश अवशोषण स्पेक्ट्रा काफी भिन्न होते हैं।इसलिए, एलईडी प्लांट ग्रोथ लाइट्स का अनुप्रयोग कोई साधारण मामला नहीं है, बल्कि बहुत लक्षित है।यहां दो सबसे महत्वपूर्ण प्रकाश संश्लेषक पौधों के विकास तत्वों की अवधारणाओं को पेश करना आवश्यक है।

• क्लोरोफिल

क्लोरोफिल प्रकाश संश्लेषण से संबंधित सबसे महत्वपूर्ण रंजकों में से एक है।यह सभी जीवों में मौजूद है जो प्रकाश संश्लेषण कर सकते हैं, जिसमें हरे पौधे, प्रोकैरियोटिक नीले-हरे शैवाल (सायनोबैक्टीरिया) और यूकेरियोटिक शैवाल शामिल हैं।क्लोरोफिल प्रकाश से ऊर्जा को अवशोषित करता है, जिसका उपयोग तब कार्बन डाइऑक्साइड को कार्बोहाइड्रेट में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है।

क्लोरोफिल ए मुख्य रूप से लाल प्रकाश को अवशोषित करता है, और क्लोरोफिल बी मुख्य रूप से नीले-बैंगनी प्रकाश को अवशोषित करता है, मुख्य रूप से छायादार पौधों को सूर्य के पौधों से अलग करने के लिए।छायादार पौधों के क्लोरोफिल बी से क्लोरोफिल ए का अनुपात छोटा होता है, इसलिए छायादार पौधे नीले प्रकाश का दृढ़ता से उपयोग कर सकते हैं और छाया में बढ़ने के लिए अनुकूल हो सकते हैं।क्लोरोफिल ए नीला-हरा है, और क्लोरोफिल बी पीला-हरा है।क्लोरोफिल ए और क्लोरोफिल बी के दो मजबूत अवशोषण होते हैं, एक लाल क्षेत्र में 630-680 एनएम के तरंग दैर्ध्य के साथ, और दूसरा नीला-बैंगनी क्षेत्र में 400-460 एनएम के तरंग दैर्ध्य के साथ होता है।

• कैरोटेनॉयड्स

कैरोटेनॉयड्स महत्वपूर्ण प्राकृतिक पिगमेंट के एक वर्ग के लिए सामान्य शब्द है, जो आमतौर पर जानवरों, उच्च पौधों, कवक और शैवाल में पीले, नारंगी-लाल या लाल रंग के पिगमेंट में पाए जाते हैं।अब तक, 600 से अधिक प्राकृतिक कैरोटीनॉयड की खोज की जा चुकी है।

कैरोटेनॉयड्स का प्रकाश अवशोषण OD303 ~ 505 एनएम की सीमा को कवर करता है, जो भोजन का रंग प्रदान करता है और शरीर के भोजन के सेवन को प्रभावित करता है।शैवाल, पौधों और सूक्ष्मजीवों में, इसका रंग क्लोरोफिल से ढका होता है और प्रकट नहीं हो सकता।पादप कोशिकाओं में, उत्पादित कैरोटीनॉयड न केवल प्रकाश संश्लेषण में मदद करने के लिए ऊर्जा को अवशोषित और स्थानांतरित करते हैं, बल्कि उत्तेजित एकल-इलेक्ट्रॉन बंधन ऑक्सीजन अणुओं द्वारा कोशिकाओं को नष्ट होने से बचाने का कार्य भी करते हैं।

कुछ वैचारिक गलतफहमी

ऊर्जा-बचत प्रभाव के बावजूद, प्रकाश की चयनात्मकता और प्रकाश का समन्वय, अर्धचालक प्रकाश ने बहुत फायदे दिखाए हैं।हालाँकि, पिछले दो वर्षों के तीव्र विकास से, हमने प्रकाश के डिजाइन और अनुप्रयोग में बहुत सी गलतफहमियाँ भी देखी हैं, जो मुख्य रूप से निम्नलिखित पहलुओं में परिलक्षित होती हैं।

①जब तक एक निश्चित तरंग दैर्ध्य के लाल और नीले चिप्स एक निश्चित अनुपात में संयुक्त होते हैं, तब तक उनका उपयोग पौधों की खेती में किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, लाल से नीले रंग का अनुपात 4: 1, 6: 1, 9: 1 और इसी तरह है पर।

②जब तक यह सफेद रोशनी है, यह सूर्य के प्रकाश को प्रतिस्थापित कर सकता है, जैसे जापान में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली तीन प्राथमिक सफेद प्रकाश ट्यूब आदि। इन स्पेक्ट्रमों के उपयोग से पौधों के विकास पर एक निश्चित प्रभाव पड़ता है, लेकिन प्रभाव है एलईडी द्वारा बनाए गए प्रकाश स्रोत जितना अच्छा नहीं है।

③ जब तक पीपीएफडी (लाइट क्वांटम फ्लक्स डेंसिटी), रोशनी का एक महत्वपूर्ण पैरामीटर, एक निश्चित सूचकांक तक पहुंचता है, उदाहरण के लिए, पीपीएफडी 200 μmol·m-2·s-1 से अधिक है।हालाँकि, इस सूचक का उपयोग करते समय, आपको इस बात पर ध्यान देना चाहिए कि यह छायादार पौधा है या सूर्य का पौधा।आपको इन पौधों के प्रकाश क्षतिपूर्ति संतृप्ति बिंदु को क्वेरी करने या खोजने की आवश्यकता है, जिसे प्रकाश क्षतिपूर्ति बिंदु भी कहा जाता है।वास्तविक अनुप्रयोगों में, अंकुर अक्सर जल जाते हैं या मुरझा जाते हैं।इसलिए, इस पैरामीटर का डिज़ाइन पौधों की प्रजातियों, विकास पर्यावरण और स्थितियों के अनुसार डिज़ाइन किया जाना चाहिए।

पहले पहलू के संबंध में, जैसा कि परिचय में पेश किया गया है, पौधे के विकास के लिए आवश्यक स्पेक्ट्रम एक निश्चित वितरण चौड़ाई के साथ एक सतत स्पेक्ट्रम होना चाहिए।एक बहुत ही संकीर्ण स्पेक्ट्रम के साथ लाल और नीले रंग के दो विशिष्ट तरंग दैर्ध्य चिप्स से बने प्रकाश स्रोत का उपयोग करना स्पष्ट रूप से अनुचित है (जैसा कि चित्र 3 (ए) में दिखाया गया है)।प्रयोगों में यह पाया गया कि पौधे पीले रंग के होते हैं, पत्ती के तने बहुत हल्के होते हैं और पत्ती के तने बहुत पतले होते हैं।

पिछले वर्षों में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले तीन प्राथमिक रंगों वाले फ्लोरोसेंट ट्यूब के लिए, हालांकि सफेद संश्लेषित होता है, लाल, हरा और नीला स्पेक्ट्रा अलग होता है (जैसा कि चित्र 3(बी) में दिखाया गया है), और स्पेक्ट्रम की चौड़ाई बहुत संकीर्ण है।निम्नलिखित निरंतर भाग की वर्णक्रमीय तीव्रता अपेक्षाकृत कमजोर है, और एलईडी की तुलना में बिजली अभी भी अपेक्षाकृत बड़ी है, ऊर्जा की खपत का 1.5 से 3 गुना।इसलिए, उपयोग प्रभाव एलईडी लाइट्स जितना अच्छा नहीं है।

चित्रा 3, लाल और नीली चिप एलईडी संयंत्र प्रकाश और तीन प्राथमिक रंग फ्लोरोसेंट प्रकाश स्पेक्ट्रम

पीपीएफडी प्रकाश क्वांटम फ्लक्स घनत्व है, जो प्रकाश संश्लेषण में प्रकाश के प्रभावी विकिरण प्रकाश प्रवाह घनत्व को संदर्भित करता है, जो पौधे के पत्ते पर प्रकाश क्वांटा घटना की कुल संख्या का प्रतिनिधित्व करता है, जो प्रति इकाई समय और इकाई क्षेत्र में 400 से 700 एनएम की तरंग दैर्ध्य सीमा में होता है। .इसकी इकाई μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1) है।प्रकाश संश्लेषक रूप से सक्रिय विकिरण (PAR) 400 से 700 एनएम की सीमा में तरंग दैर्ध्य के साथ कुल सौर विकिरण को संदर्भित करता है।इसे या तो प्रकाश क्वांटा या विकिरण ऊर्जा द्वारा व्यक्त किया जा सकता है।

अतीत में, इलुमिनोमीटर द्वारा प्रतिबिंबित प्रकाश की तीव्रता चमक थी, लेकिन पौधे से प्रकाश स्थिरता की ऊंचाई, प्रकाश कवरेज और क्या प्रकाश पत्तियों के माध्यम से गुजर सकता है, के कारण पौधों की वृद्धि का स्पेक्ट्रम बदल जाता है।इसलिए, प्रकाश संश्लेषण के अध्ययन में प्रकाश की तीव्रता के संकेतक के रूप में पार का उपयोग करना सही नहीं है।

आम तौर पर, प्रकाश संश्लेषण तंत्र तब शुरू किया जा सकता है जब सूरज से प्यार करने वाले पौधे का PPFD 50 μmol·m-2·s-1 से बड़ा होता है, जबकि छायादार पौधे के PPFD को केवल 20 μmol·m-2·s-1 की आवश्यकता होती है। .इसलिए, एलईडी ग्रो लाइट्स खरीदते समय, आप इस संदर्भ मूल्य और आपके द्वारा लगाए गए पौधों के प्रकार के आधार पर एलईडी ग्रो लाइट्स की संख्या चुन सकते हैं।उदाहरण के लिए, यदि एक एलईडी प्रकाश का PPFD 20 μmol·m-2·s-1 है, तो धूप से प्यार करने वाले पौधों को उगाने के लिए 3 से अधिक एलईडी बल्बों की आवश्यकता होती है।

अर्धचालक प्रकाश व्यवस्था के कई डिज़ाइन समाधान

सेमीकंडक्टर प्रकाश का उपयोग पौधे की वृद्धि या रोपण के लिए किया जाता है, और दो बुनियादी संदर्भ विधियाँ हैं।

• वर्तमान में, चीन में इनडोर रोपण मॉडल बहुत गर्म है।इस मॉडल की कई विशेषताएं हैं:

①एलईडी रोशनी की भूमिका संयंत्र प्रकाश व्यवस्था के पूर्ण स्पेक्ट्रम प्रदान करना है, और प्रकाश व्यवस्था को सभी प्रकाश ऊर्जा प्रदान करने की आवश्यकता है, और उत्पादन लागत अपेक्षाकृत अधिक है;
②एलईडी बढ़ने वाली रोशनी के डिजाइन को स्पेक्ट्रम की निरंतरता और अखंडता पर विचार करने की जरूरत है;
③ प्रकाश के समय और प्रकाश की तीव्रता को प्रभावी ढंग से नियंत्रित करना आवश्यक है, जैसे पौधों को कुछ घंटों के लिए आराम देना, विकिरण की तीव्रता पर्याप्त या बहुत मजबूत नहीं है, आदि;
④ पूरी प्रक्रिया को बाहर के पौधों के वास्तविक इष्टतम विकास वातावरण, जैसे कि आर्द्रता, तापमान और CO2 सांद्रता के लिए आवश्यक परिस्थितियों का अनुकरण करने की आवश्यकता है।

• अच्छे आउटडोर ग्रीनहाउस प्लांटिंग फाउंडेशन के साथ आउटडोर प्लांटिंग मोड।इस मॉडल की विशेषताएं हैं:

①एलईडी रोशनी की भूमिका प्रकाश के पूरक के लिए है।एक पौधों के प्रकाश संश्लेषण को बढ़ावा देने के लिए दिन के दौरान सूर्य के प्रकाश के विकिरण के तहत नीले और लाल क्षेत्रों में प्रकाश की तीव्रता को बढ़ाना है, और दूसरा पौधों की वृद्धि दर को बढ़ावा देने के लिए रात में सूरज की रोशनी नहीं होने पर क्षतिपूर्ति करना है।
②पूरक प्रकाश को इस बात पर विचार करने की आवश्यकता है कि पौधा किस विकास अवस्था में है, जैसे अंकुरण अवधि या फूल और फलने की अवधि।

इसलिए, एलईडी प्लांट ग्रो लाइट्स के डिजाइन में पहले दो बुनियादी डिजाइन मोड होने चाहिए, अर्थात् 24h लाइटिंग (इनडोर) और प्लांट ग्रोथ सप्लीमेंट लाइटिंग (आउटडोर)।इनडोर प्लांट की खेती के लिए, एलईडी ग्रो लाइट्स के डिजाइन को तीन पहलुओं पर विचार करने की जरूरत है, जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है। चिप्स को एक निश्चित अनुपात में तीन प्राथमिक रंगों के साथ पैकेज करना संभव नहीं है।

चित्रा 4, 24 घंटे प्रकाश व्यवस्था के लिए इनडोर एलईडी प्लांट बूस्टर रोशनी का उपयोग करने का डिजाइन विचार

उदाहरण के लिए, नर्सरी चरण में एक स्पेक्ट्रम के लिए, यह देखते हुए कि इसे जड़ों और तनों के विकास को मजबूत करने, पत्तियों की शाखाओं को मजबूत करने और प्रकाश स्रोत का उपयोग घर के अंदर करने की आवश्यकता है, स्पेक्ट्रम को चित्र 5 में दिखाए अनुसार डिज़ाइन किया जा सकता है।

चित्रा 5, एलईडी इनडोर नर्सरी अवधि के लिए उपयुक्त स्पेक्ट्रल संरचनाएं

दूसरे प्रकार के एलईडी ग्रो लाइट के डिजाइन के लिए, यह मुख्य रूप से बाहरी ग्रीनहाउस के आधार में रोपण को बढ़ावा देने के लिए प्रकाश के पूरक के डिजाइन समाधान के उद्देश्य से है।डिजाइन विचार चित्र 6 में दिखाया गया है।

चित्रा 6, आउटडोर बढ़ने वाली रोशनी के डिजाइन विचार 

लेखक का सुझाव है कि अधिक रोपण कंपनियां पौधों के विकास को बढ़ावा देने के लिए एलईडी रोशनी का उपयोग करने के लिए दूसरा विकल्प अपनाती हैं।

सबसे पहले, चीन के बाहरी ग्रीनहाउस की खेती में दक्षिण और उत्तर दोनों में दशकों की बड़ी मात्रा और अनुभव की एक विस्तृत श्रृंखला है।इसके पास ग्रीनहाउस खेती तकनीक की अच्छी नींव है और आसपास के शहरों के लिए बड़ी संख्या में ताजे फल और सब्जियां बाजार में उपलब्ध कराती है।विशेष रूप से मिट्टी और पानी और उर्वरक रोपण के क्षेत्र में समृद्ध शोध परिणाम प्राप्त हुए हैं।

दूसरे, इस तरह के पूरक प्रकाश समाधान ऊर्जा की अनावश्यक खपत को बहुत कम कर सकते हैं, और साथ ही फलों और सब्जियों की उपज को प्रभावी ढंग से बढ़ा सकते हैं।इसके अलावा, चीन का विशाल भौगोलिक क्षेत्र पदोन्नति के लिए बहुत सुविधाजनक है।

एलईडी प्लांट लाइटिंग के वैज्ञानिक अनुसंधान के रूप में, यह इसके लिए एक व्यापक प्रायोगिक आधार भी प्रदान करता है।अंजीर। 7 इस शोध दल द्वारा विकसित एक प्रकार की एलईडी ग्रो लाइट है, जो ग्रीनहाउस में बढ़ने के लिए उपयुक्त है, और इसका स्पेक्ट्रम चित्र 8 में दिखाया गया है।

चित्रा 7, एक प्रकार का एलईडी प्रकाश बढ़ता है

चित्रा 8, एक प्रकार की एलईडी बढ़ने वाली रोशनी का स्पेक्ट्रम

उपरोक्त डिजाइन विचारों के अनुसार, अनुसंधान दल ने कई प्रयोग किए, और प्रयोगात्मक परिणाम बहुत महत्वपूर्ण हैं।उदाहरण के लिए, नर्सरी के दौरान रोशनी बढ़ाने के लिए, इस्तेमाल किया जाने वाला मूल लैंप 32 W की शक्ति वाला एक फ्लोरोसेंट लैंप और 40 दिनों का नर्सरी चक्र है।हम एक 12 W एलईडी लाइट प्रदान करते हैं, जो सीडलिंग चक्र को 30 दिनों तक छोटा कर देता है, सीडलिंग वर्कशॉप में लैंप के तापमान के प्रभाव को प्रभावी ढंग से कम कर देता है, और एयर कंडीशनर की बिजली खपत को बचाता है।अंकुरों की मोटाई, लंबाई और रंग मूल अंकुर उगाने वाले घोल से बेहतर होते हैं।सामान्य सब्जियों की पौध के लिए अच्छे सत्यापन निष्कर्ष भी प्राप्त हुए हैं, जिनका सारांश निम्नलिखित तालिका में दिया गया है।

उनमें से, पूरक प्रकाश समूह PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, और लाल-नीला अनुपात: 0.6-0.7।प्राकृतिक समूह के दिन के पीपीएफडी मूल्य की सीमा 40 ~ 800 μmol·m-2·s-1 थी, और लाल से नीले रंग का अनुपात 0.6~1.2 था।यह देखा जा सकता है कि उपरोक्त संकेतक प्राकृतिक रूप से उगाए गए पौधों की तुलना में बेहतर हैं।

निष्कर्ष

यह लेख पौधों की खेती में एलईडी ग्रो लाइट्स के उपयोग में नवीनतम विकास का परिचय देता है, और पौधों की खेती में एलईडी ग्रो लाइट्स के उपयोग में कुछ गलतफहमियों को इंगित करता है।अंत में, पौधों की खेती के लिए उपयोग की जाने वाली एलईडी रोशनी के विकास के लिए तकनीकी विचार और योजनाएं पेश की जाती हैं।यह बताया जाना चाहिए कि कुछ ऐसे कारक भी हैं जिन्हें प्रकाश की स्थापना और उपयोग पर विचार करने की आवश्यकता है, जैसे कि प्रकाश और संयंत्र के बीच की दूरी, दीपक की विकिरण सीमा और प्रकाश को कैसे लागू किया जाए सामान्य पानी, उर्वरक और मिट्टी।

लेखक: यी वांग एट अल।स्रोत: सीएनकेआई