1. Ο Επιστημονικός Κώδικας Φωτοσύνθεσης: Ένας Κβαντικός Διάλογος μεταξύ Φυτών και Φωτός
Η χλωροφύλλη και τα καροτενοειδή είναι οι χρωστικές ουσίες που απορροφούν ορισμένα μήκη κύματος φωτός κατά τη φωτοσύνθεση στα φυτά. Η χλωροφύλλη a/b απορροφά το περισσότερο φως στο εύρος του κόκκινου φωτός 620–680 nm και του μπλε φωτός στα 430–460 nm. Τα καροτενοειδή βοηθούν στην απορρόφηση του φωτός στο εύρος του μπλε-ιώδους φωτός των 400–500 nm. Αυτή η φυσική επιλογή προέρχεται από το πώς το ηλιακό φάσμα απλώνεται σε όλη την επιφάνεια της Γης: το κόκκινο φως αποτελεί περίπου το 42% του ορατού φωτός και το μπλε φως περίπου το 10%. Αυτό ακριβώς χρειάζονται τα φυτά για να συλλάβουν το φως.
Το σύστημα αντίληψης φωτός του φυτού αποτελείται από φυτόχρωμα και κρυπτόχρωμα. Το κόκκινο φως (660nm) αλλάζει το σχήμα της φωτοευαίσθητης χρωστικής Pr σε Pfr, το οποίο προκαλεί φυσιολογικές αντιδράσεις όπως η βλάστηση των σπόρων και η αναστολή της επιμήκυνσης του στελέχους. Το μακρινό κόκκινο φως (730nm) κάνει το αντίθετο. Το Cryptochrome ελέγχει το άνοιγμα και το κλείσιμο των στομάτων, τους κιρκάδιους ρυθμούς και την παραγωγή ανθοκυανινών ανιχνεύοντας το μπλε φως (450nm). Τα φυτά μπορούν να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο αναπτύσσονται ανάλογα με το πόσο φως παίρνουν χάρη σε αυτό το μοριακό-σύστημα ρύθμισης του επιπέδου φωτός.
Η ποσοτική ανάλυση του PPFD (πυκνότητα ροής φωτοσυνθετικών φωτονίων) και του YPFD (πυκνότητα ροής φωτονίων απόδοσης) διευκρινίζει τη θεμελιώδη φύση της απόδοσης φωτισμού. Ένα PPFD 1 μ mol/m²/s σημαίνει ότι κάθε τετραγωνικό μέτρο παίρνει 1 μικρογραμμομοριακό φωτόνιο ανά δευτερόλεπτο. Το YPFD, από την άλλη πλευρά, δείχνει πόσο καλά χρησιμοποιείται η φωτεινή ενέργεια λαμβάνοντας υπόψη τις φωτοσυνθετικές συνεισφορές διαφορετικών μηκών κύματος. Όταν το μαρούλι εκτίθεται σε 40% φάσμα μπλε φωτός, έχει 20% περισσότερη βιταμίνη C και 15% παχύτερα φύλλα. Όταν το κόκκινο φως αποτελεί το 60% του φωτός, η ποσότητα της ξηρής ύλης αυξάνεται κατά 25%.
2. Η γεωργική επανάσταση της τεχνολογίας LED: μετάβαση από το εργαστήριο στο εργοστάσιο (1) Η επανάσταση "Light Formula" in Plant Factories01)(1)Το Yangling Plant Factory χρησιμοποιεί ένα τρισδιάστατο σύστημα καλλιέργειας με στρώσεις και κάθε στρώμα έχει τη δική του μονάδα φασματικού ελέγχου. Ένα "μαλακό ελαφρύ γεύμα" με 60% μπλε φως χρησιμοποιείται για να βοηθήσει τις ρίζες να αναπτυχθούν και να πυκνώσουν οι μίσχοι κατά το στάδιο της φύτευσης. Κατά τη διάρκεια της διατροφικής περιόδου ανάπτυξης, ένα κόκκινο μπλε φως "ελαφρύ γεύμα κορεσμού" 1:1 επιταχύνει τη συσσώρευση φωτοσυνθετικών προϊόντων. Κατά την περίοδο της αναπαραγωγικής ανάπτυξης, η ποσότητα του μακριού κόκκινου φωτός αυξάνεται για τον έλεγχο του χρόνου της ανθοφορίας και της ποιότητας του καρπού. Αυτή η δυναμική φασματική διαχείριση επιτρέπει στο μαρούλι να παράγει 2500 σπόρους την ημέρα ανά 1469 τετραγωνικά μέτρα, που είναι 50 φορές περισσότεροι από τις τυπικές φάρμες.
(2) Κινητήρας που λειτουργεί με φως για να επιταχύνει την αναπαραγωγή
Μέσω της διαχείρισης φωτοπεριόδου, το Yangling Technology Center του Ομίλου Sinochem Syngenta στην Κίνα μπορεί να καλλιεργεί πέντε γενιές αραβοσίτου κάθε χρόνο. Η τεχνολογία LED στο έξυπνο θερμοκήπιο μιμείται το τροπικό ηλιακό φως, συντομεύοντας τον αναπαραγωγικό κύκλο από 120 ημέρες σε 48 ημέρες. Η μέθοδος για τη ρύθμιση της ποιότητας του φωτός έκανε τη γύρη των αρσενικών στάχυα πιο ενεργή κατά 30%, το ποσοστό επικονίασης των στάχυα του θηλυκού καλαμποκιού κατά 25% και το βάρος των 1000 κόκκων κατά 5 γραμμάρια ανά στρέμμα. Το σύστημα περιβαλλοντικού ελέγχου IoT καθιστά την αναπαραγωγή 2,5 φορές πιο αποτελεσματική από την παλιά λειτουργία αγρού.
(3) Η «Επανάσταση της ελαφριάς απόδοσης» στη γεωργία εγκαταστάσεων
Ο Αγροτικός Συνεταιρισμός Baoshihong στην κομητεία Yanggao, στην επαρχία Shanxi, δείχνει ότι η χρήση λαμπτήρων LED έχει αυξήσει τον αριθμό των στρώσεων φρούτων στα φυτά τομάτας από τρία σε πέντε και το ετήσιο εισόδημα από κάθε θερμοκήπιο κατά 20.000 γιουάν. Τα 700 γιουάν ανά σεζόν για την ηλεκτρική ενέργεια και τα 2000 γιουάν ανά σεζόν για την εξοικονόμηση λιπασμάτων έχουν οδηγήσει σε μεγάλα οικονομικά κέρδη. Σύμφωνα με τα δεδομένα της αγοράς, τα λαχανικά-που καλλιεργούνται σε εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν φωτισμό LED έχουν 18% περισσότερη βιταμίνη C, 22% λιγότερα νιτρικά άλατα και 15% μεγαλύτερη ποσότητα προϊόντος.
3. Τεχνολογικές εξελίξεις και βελτιώσεις στον κλάδο: η ανάπτυξη του γεωργικού φωτισμού LED
(1) Ακρίβεια στο φάσμα
Συνδυάζοντας πολλά τσιπ, η τεχνολογία LED πλήρους φάσματος μπορεί να παράγει συνεχή φασματική έξοδο 400–780 nm. Είναι επίσης 40% πιο αποδοτικό από τα τυπικά φώτα φθορισμού, με απόδοση φωτός 2,8 μ mol/J. Το Qingdao Vertical Farm χρησιμοποιεί ένα ιδιόκτητο φασματικό σχέδιο που μειώνει τον χρόνο που χρειάζεται για να αναπτυχθεί το μαρούλι κατά 15 ημέρες και την ποσότητα ενέργειας που χρησιμοποιεί κατά 35%.
(2) Μια επανάσταση στην ενεργειακή απόδοση
Το τσιπ LED τρίτης γενιάς αυξάνει την απόδοση φωτός στα 3,2 μ mol/J. Λειτουργεί με έναν έξυπνο μηχανισμό μείωσης της φωτεινότητας για να σας παρέχει φως όταν το χρειάζεστε. Οι πληροφορίες από το Yangling Demonstration Park καταδεικνύουν ότι ο δυναμικός έλεγχος φωτισμού έχει μειώσει τη χρήση ενέργειας ανά μονάδα εξόδου από 0,35 kWh/kg σε 0,22 kWh/kg, που είναι πλέον σε διεθνές προηγμένο επίπεδο.
(3) Έξυπνη ενοποίηση
Ένα σύστημα σύνδεσης "λίπασμα νερού ελαφριάς θερμοκρασίας" δημιουργήθηκε λόγω του συνδυασμού της τεχνητής νοημοσύνης και του Internet of Things. Το έξυπνο σύστημα διαχείρισης στο Lanjian Intelligent Technology Plant Factory συλλέγει περιβαλλοντικά δεδομένα κάθε 30 δευτερόλεπτα και τα χρησιμοποιεί για τη βελτιστοποίηση της έντασης φωτός, του φασματικού λόγου και της συγκέντρωσης CO₂. Η έρευνα διαπίστωσε ότι η τεχνική έκανε το μαρούλι να μεγαλώνει 18% πιο γρήγορα και να μειώσει τα παράσιτα και τις μολύνσεις κατά 40%.
