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Esperti parole: applicazioni LED e prospettive della coltivazione delle piante

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發表於 2014-2-26 12:53:05 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
INTRODUZIONE

Con il rapido sviluppo della tecnologia dei semiconduttori , le varie lunghezze d'onda di diodi emettitori di luce ( light emitting diode , LED) è stato sviluppato e ampiamente utilizzato in varie industrie . Negli ultimi anni , il LED può essere utilizzato come un nuovo tipo di coltivazione delle piante sorgente luminosa a semiconduttore , con una gamma di tecnologie sorgente luminosa vantaggi tradizionali ineguagliabile e crescente preoccupazione . Attualmente le applicazioni LED in strutture vegetali è sempre più espandendo la coltivazione e ha mostrato buone prospettive di sviluppo . Questo documento dai seguenti aspetti del LED in zone di coltivazione delle piante hanno fatto una sintesi del lavoro svolto , e lo fa una valutazione delle prospettive in questo campo .

1 , applicato alle caratteristiche dei LED di coltivazione delle piante

Solo uno dei fattori fondamentali della crescita delle piante e lo sviluppo . Qualità della luce sulla crescita delle piante , morfogenesi , la fotosintesi , il metabolismo e la regolazione dell'espressione genica hanno . Regolando la morfogenesi impianto di controllo della qualità della luce e la crescita è un importante impianti tecnici campi coltivati ​​. Come la quarta generazione di nuova illuminazione , LED a risparmio energetico e tutela ambientale , sicurezza e affidabilità , lunga durata, tempi di risposta brevi , di piccola dimensione , peso leggero, meno calore , o una combinazione di controllo facilmente disperso differenza di altri luce elettrica e molte caratteristiche importanti . Coltivazione di piante utilizzate in fonti di luce tradizionali , in generale, è fluorescente , lampade ad alogenuri metallici , lampade al sodio ad alta pressione e lampade ad incandescenza . La sorgente luminosa è basata sulla capacità di adattamento dell'occhio umano selezionata , ci sono molte lunghezze d'onda spettrali inutili meno ruolo nella promozione della crescita delle piante . Con la diminuzione dei costi di innovazione tecnologica e di produzione fotovoltaici , LED ha le seguenti prestazioni superiori grazie a diventare la prima scelta nel campo degli impianti fonte coltivazione : buone proprietà spettrali possono essere ottenuti luce monocromatica pura con una combinazione di spettri complessi secondo le esigenze della sua larghezza spettrale inferiore a ± 30 nm , lunghezza d'onda di luce pianta coincide con la sintesi e la gamma spettrale fotomorfogenesi anastomosi ; rendimento di utilizzazione di energia fino a 80% al 90 % , e può essere controllato individualmente a diverse qualità di luce e intensità luminosa raggiunti; come sorgente luminosa fredda , in prossimità dell'impianto irradiazione migliorare notevolmente l'efficienza dello spazio può essere utilizzato per una combinazione di sistema di coltura multidimensionale , il carico termico basso e produzione spazio miniaturizzazione ; Inoltre , LED resistente agli urti , non facilmente rotto , nessun mercurio , nessun inquinamento , rifiuti riciclabili , vita è il numero di volte che la luce ordinaria , particolarmente forte durevolezza riduce anche i costi operativi . A causa di queste caratteristiche significative , LED è adatto per un ambiente controllato in impianti di coltivazione delle piante , come la coltura dei tessuti vegetali , orticoltura e vegetali fabbriche e sistemi di supporto vitale ecologico chiuso aerospaziali. A causa del prezzo corrente elevata di LED , promuovere l'uso delle zone di coltivazione di piante anche bisogno di avere un processo. Ma con la direzione del LED ad alta luminosità , il rapido sviluppo di basso prezzo , LED sarà nel prossimo futuro è ampiamente usato nei campi di coltivazione di piante .

2 , LED utilizzato nella coltivazione di strutture impiantistiche

Nel 1964 primo successo dello sviluppo del mondo del LED rosso , LED giallo dopo appare fino stato sviluppato 1994 azzurro , il LED verde . Ma a causa della sua differenza di luminosità , limitazioni costosi , ecc , non è stato capace come applicazione generale sorgente . Negli ultimi dieci anni , come approfondimento di ricerca persone semiconduttori materiali luminescenti e al miglioramento continuo sviluppo di nuovi materiali LED processo di fabbricazione , lo sviluppo di svolta a LED è stato fatto , il prezzo è sceso in modo significativo , che ha utilizzato nella coltivazione di piante studiosi di ricerca provenienti da vari paesi sono stati progressivamente interessato. Soprattutto dopo il successo dello sviluppo di ultra- alta luminosità LED , è ampiamente usato negli studi di fisiologia vegetale o di campi coltivati ​​, come la morfogenesi luce , la fotosintesi e la ricerca di sintesi della clorofilla .

Cultura della ricerca 2.1 , LED utilizzata nei tessuti vegetali

Nella coltura di tessuti vegetali , fotosintetica fotone densità di flusso ( PPFD : fotosintetica Photon Flux Density ) , fotoperiodo e distribuzione spettrale di fotosintesi delle piante e morfogenesi , gioca un ruolo importante . Coltura di tessuti vegetali si basano principalmente sulla luce elettrica , impianto di luce elettrica tradizionale efficienza energetica bio è molto bassa , il calore , i conti di illuminazione per circa il 65 % del costo totale di energia elettrica di energia elettrica è uno dei più alti in impianti di coltura tissutale di costi non salariali . Pertanto, l'uso di colture di tessuti vegetali nella fornitura di illuminazione a LED , regolazione della qualità della luce e PPFD , non solo per la regolazione del tessuto vegetale la crescita della cultura e della morfogenesi , abbreviare i cicli di allenamento , migliorare la qualità , e può ridurre significativamente i consumi energetici e ridurre i costi .

2.1.1 , rosso ( 620 ~ 660 nm) e di ampia luce rossa ( 710 ~ 740 nm )

Impatto sulla coltura del tessuto rosso, pianta crescita e rosso lontano rapporto tra i flussi di spettro ( R / FR) sulla pianta morfogenesi LED , regolamento ha un impatto importante sulla altezza delle piante . R / FR impianto controllo del rapporto morfologia è diventato un parametro importante di valutazione . Fujiwara e altri studi hanno trovato , sorgente luminosa a LED , il LED rosso e LED rosso sorgente di luce di gran lunga più influenza di luce fluorescente incorporata piantine e la crescita di forma . Tanaka et al studio ha trovato che il LED rosso piantine di orchidea promuovere la crescita delle foglie , ma ha ridotto il contenuto di clorofilla di peso a secco , fusto e radici. Lian ricerca ha dimostrato che : In un rosso separato giglio vitro indice di crescita della cultura e bulbi di accumulo di materia secca inferiore , che sola conduce ad abbassare assimilazione della CO2 effetti di luce rossa a LED , . Questo risultato conferma i risultati Goins , come il LED rosso saranno utilizzati nella produzione fotosintetica di frumento . Tuttavia , il LED rosso o rosso lontano sulla crescita del tessuto relazioni coltura di piante non sono coerenti . Miyashita e altri studi hanno trovato un aumento PPFD con LED rosso , piantine di patate staminali allungamento, contenuto di clorofilla anche aumentato , ma la superficie fogliare e peso a secco di alcuna differenza significativa . Nhut altri studi dimostrano che il LED rosso chiaro, colture di tessuti foglia di fragola stiramento piccioli allungati , arginare l'allungamento significativo, ma ha ridotto il contenuto di clorofilla . Kim e altri studi suggeriscono che il trattamento a luce rosso lontano , coltura di tessuti stelo di crisantemo troppo fragile stelo allungamento portare ad altri indicatori importanti anche ridotto la crescita , nel complesso non è favorevole per la normale crescita e sviluppo delle piante un singolo LED rosso o rosso LED + LED . Hahn et al hanno scoperto che l'effetto inibitorio di rosso digitale LED sulla crescita gambo di piantine . Questi fenomeni sono considerati a causare la luce rossa è sistemi monocromatici luce energetiche disponibili Ⅱ Ⅰ e distribuzione irregolare , inibendo così la crescita di steli . Inoltre , lo studio PPFD erano 45 micromol / ( m2 · s) di lampadine LED di qualità luce diversa i risultati sperimentali orchidee piccolo irradiazione , abbiamo trovato il LED rosso trattamento di induzione callo da frammenti del bulbo originale è il più efficace .

2.1.2 , Blu -ray ( 450 ~ 470 nm ) la crescita delle piante LED coltura tissutale

Rapporti Blu- ray considerati direttamente o indirettamente influenzano regolamentazione e vegetali sintesi hypocotyl enzimi allungamento , la maturità e la luce pori forma aperta , cloroplasto costruita . Tuttavia , un impatto significativo della crescita di un singolo LED blu piantine rapporti sono rari . Appelgen stata riportata , come piantine di geranio blu estensione dello stelo fortemente inibita . Nhut altri studi hanno dimostrato che il LED blu coltura trattata numero unico tessuto della foglia di fragola minimo , la lunghezza della radice più corta , piantine di fragole inibizione della crescita , ma nessun LED blu radiazione può causare lo sviluppo ineguale e la crescita di piantine di fragola . L'effetto sulla crescita e la coltura di tessuti fotosintetici allevati in condizioni di studio calla trovato che il trattamento prima di LED , differenze significative nella secca di qualità e tasso di crescita , ma aggiungere LED blu trattamento contenuto di clorofilla e altezza della pianta indicatori hanno un positivo e significativo effetti . Tanaka et al studio ha trovato che il LED rosso per promuovere la crescita delle foglie di orchidea , ma è diminuito contenuto di clorofilla , ma il LED blu ha invertito questo effetto .

2.1.3 , l'impatto di una combinazione di crescita delle piante LED rosso e blu su coltura tissutale

Finora , ci sono molti rapporti ritengono che il LED rosso e blu combinati per produrre un impatto positivo sulla crescita e lo sviluppo delle colture di tessuto vegetale è superiore al trattamento monocromatico . Come Hahn e altri studi hanno trovato che piantine della digitale da un unico LED rosso o blu LED trattamento apparire fenomeno gambe lunghe , ma nel composito luce robusta crescita rossa e blu LED. Altri studi hanno trovato che una doppia farfalla genere di coltura di tessuti vegetali a radicarsi nel LED rosso sotto il meglio e il peggio del LED sotto la root blu, mentre nel complesso di rosso e blu del LED , le radici , il peso fresco e il contenuto di clorofilla dell'indicatore composito piante significativamente migliore rispetto a LED monocromatici e di trasformazione fluorescente . Alcuni studi mostrano che combinazione LED rosso e blu può aumentare il tasso fotosintetico netto al fine di migliorare la crescita delle piante e sviluppo a causa della distribuzione di energia rossa e blu spettrale è coerente con lo spettro di assorbimento della clorofilla . Kim et al trovato in rosso, crisantemo piantine blu tasso di fotosintesi netta di illuminazione a LED irradiazione composito sotto la massima qualità freschi, secchi e superficie fogliare per ottenere la massima qualità , il numero minimo di stomi , l'apertura degli stomi max . Tanaka et al ha riferito che nel colore rosso , peso fresco e asciutto blu LED luce Piantine di irradiazione di orchidee composito aumento di peso . Lian et giglio bulbi in esperimenti di coltura in vitro disegnati , rosso , luce LED blu è più adatto per la complessa la crescita delle lampadine , dimensioni bulbo, fresco , asciugare la massima qualità e il numero di radici. Ma circa il combined ratio LED rosso e blu , diverse piante di coltura tissutale come materiale di prova riportati i risultati dello studio effettuato non coerenti. Se Nhut come l'uso del 80% LED blu LED rosso +20 % del proprio portafoglio in crescita del tessuto banana e acclimatazione significativo effetto la promozione . E uno per lo studio di piantine di eucalipto hanno trovato che la stessa proporzione di LED rosso e blu , e con membrana traspirante e lana di roccia substrati per raggiungere la sua cultura senza zucchero . Nhut , ecc e poi trovato nel 70 % del LED rosso +30 % LED blu di illuminazione , il numero di foglie di piantine di fragola , radice numero , lunghezza della radice , peso fresco , secca di qualità e il valore dei più grandi in crescita trapiantato nel terreno è meglio . Piantine Spathiphyllum successivi studi hanno dato risultati simili . Così , il rapporto di massa tra le diverse piante di diversa sensibilità alla luce esporre diversa flessibilità . Nello studio di indicatori di qualità freschi / secchi accumulo di piantine di patata rilevato che il controllo della luce alternata collaborativo di controllo di illuminazione intermittente , il 45 % LED blu LED rosso effetto crescita del +55 % per il trattamento di piantine di patata è ottimale . Inoltre , gli studi hanno trovato che nel 25 % +75 % blu combinazioni di LED rosso , dalle orchidee per indurre il callo piccoli bulbi possono essere ottenuti nel corpo originale della più alta incidenza di corm .

Strutture di ricerca giardinaggio 2.2 , LED applicata

Negli ultimi dieci anni , il rapido sviluppo della zona orticoltura cinese , la tecnologia di illuminazione di controllo luce ambiente la crescita delle piante ha attirato l'attenzione . La tecnologia di illuminazione Horticultural viene utilizzato principalmente in due modi : in primo luogo, sotto il sole o meno ore di sole un breve periodo come un impianto di illuminazione supplementare fotosintesi , in secondo luogo , come i cicli di luce pianta , morfogenesi luce indotta illuminazione .

2.2.1 , illuminazione a LED supplementari di ricerca fotosintesi delle piante

Nichols e altre ricerche hanno scoperto che la luce tradizionale artificiale all'interno della serra per produrre troppo calore , come l'uso di illuminazione supplementare LED e sistemi idroponica , ciclo aria può essere utilizzato per eccessivo calore e umidità può essere rimossa , la potenza può essere efficientemente convertita in efficace radiazione fotosintetica , la conversione finale del materiale vegetale . Nell'applicazione di frequenza a LED di 400 ms e duty cycle 50% , il tasso di crescita , tasso di fotosintesi lattuga sono aumentati di oltre il 20 per cento , lo studio ha dimostrato che il LED per la fabbrica di pianta è fattibile . Yanagi altro studio ha trovato che , rispetto alle lampade fluorescenti , led rosso sugli effetti della crescita non è evidente , dopo l'aggiunta di indicatori LED blu spinaci morfologia sensibilmente migliorate. Yorio e altri studi hanno trovato che l'applicazione del 90% LED rosso +10 % di illuminazione a LED blu come un integratore , può promuovere significativamente la crescita di spinaci , ravanelli e lattuga . Shin e altri studi hanno trovato che la quantità di barbabietola da zucchero rosso e blu LED sotto bioaccumulo compositi massimi radici di barbabietola lordo di luce cresciuto accumulati i fattori più significativi e produrre lo zucchero e l'amido più alto accumulo nelle radici dei capelli . Ci sono rapporti che rispetto alle lampade ad alogenuri metallici controllo , coltivate in rosso e blu LED pepe composito leggero steli, foglie significativi cambiamenti anatomici verificano. Choi e altri studi hanno conclusioni simili , in rosso e azzurro -grown basilico composito LED steli , foglie cambiamenti strutturali anatomici sono differenze significative nella lampada ad alogenuri metallici con basilico in crescita, e come PPFD aumentato tasso fotosintetico aumentato basilico . Heo calendula e salvia sulla struttura microscopica osservata con monocromatico LED blu o rosso rispetto a un aumento del numero di fori sia in rosso e blu piante composite di luce LED .

2.2.2 , LED come impianto a ciclo luce, illuminazione di induzione fotomorfogenesi

Goins altro studio ha trovato che il LED rosso può ritardare il tempo di fioritura in Arabidopsis . Heo altro studio ha trovato che il rosso + blu effetto sull'induzione di ciclamino in fiore , il trattamento 10h fotoperiodo , il più alto numero di gemme a fiore e la fioritura LED , illuminazione rossa o blu LED separato riduce la risposta fioritura , regolando la lunghezza e il peduncolo fioritura, produzione di fiori recisi ed è favorevole alla quotazione . Così, con qualità della luce e fotoperiodo può regolare la fioritura e la conseguente crescita delle piante . Heo , ecc I risultati hanno mostrato che : sotto la luce fluorescente + LED blu , fluorescente + LED rosso , LED rosso fluorescente trattamento con la luce + lontano , non secchi Ageratum significative differenze di qualità , lampade fluorescenti e lampade fluorescenti + sotto il LED rosso trattamento della luce e altezza della pianta di calendula Ageratum differenza non significativa , ma l'altezza massima fluorescenti + due impianti in corso di trattamento con luce rosso lontano , rispetto al trattamento con un singolo lampade fluorescenti , lampade fluorescenti + rosso + LED rosso lontano e fluorescente LED luce trattamento significativamente migliorata numero calendula composito di stomi .

2.3 , aerospaziale ricerca LED Sistema Ecologico Life Support utilizzata in

Al momento la comunità internazionale ritiene generalmente che l'istituzione di Controlled ecologica sistema Life Support ( Controlled Sistema Ecologico Life Support , CELSS ) è la strada fondamentale per risolvere i problemi di supporto vita spaziale con equipaggio a lungo termine. Per stabilire bene questo sistema , una delle tecnologie chiave che deve risolvere una delle tecniche di coltivazione di piante superiori , uno dei temi chiave nello spazio di piante superiori coltivazione è legata alla tecnologia di illuminazione . Sulla base delle particolari esigenze dell'ambiente spaziale , piante space maggiori fonti coltivati ​​utilizzati devono avere una elevata efficienza luminosa , emissione di luce adatta per la fotosintesi delle piante e morfogenesi , di piccola dimensione , peso leggero , lunga durata, elevata sicurezza e record di affidabilità e non ambientale inquinamento . Pertanto , l'applicazione di diodi emettitori di luce in anni recenti , coltura nello spazio molta attenzione . Alogenuri metallici allo xeno e ha trovato i due sistemi di illuminazione a LED in grado di fornire la distribuzione spettrale di energia necessaria ed uniforme illuminazione CELSS , ma utilizzando il sistema di illuminazione a LED utilizzando l'efficienza di conversione di potenza di oltre 5 volte il nostro sistema di lampada ad alogenuri metallici allo xeno . Guo Shuangsheng altro studio ha trovato che la normale crescita di piante nello spazio può essere una certa LED rosso e blu combinato con il rosso tubo LED blu 90% +10 % è più appropriato . Kim et al studio ha trovato che il 24% verde + blu + rosso ( RGB) il trattamento promuove la crescita , rispetto al gruppo trattato con lampade fluorescenti bianchi freschi, uscita fotosintetica lattuga RGB gruppo di trattamento ha migliorato significativamente la lattuga .

3 , le prospettive di LED utilizzati nell'analisi della coltivazione delle piante

Il 21 ° secolo sarà il secolo di agricoltura ecologica , e l'agricoltura è uno dei principali modi in cui la realizzazione fisica di agricoltura ecologica in molte discipline del sapere nel campo della fisica , l'ottica gioca un ruolo vitale in cui , quindi , alcuni studiosi ritengono che la "luce del Secolo "coming . Come mancanza di regolamentazione in particolari circostanze di artificiale luce solare luce verde per l'attuazione dei diversi "grasso luce" , non solo per promuovere la crescita delle colture , ma anche per aumentare la produzione , l'efficienza , la qualità , la malattia , gli scopi di inquinamento , che per la promozione della cinese Modern Agriculture lo sviluppo ha un importante significato pratico . LED con i suoi vantaggi intrinseci stanno attirando l'attenzione del mondo, in particolare in minori timori di carenza di energia a livello mondiale risorgere in background . Il LED utilizzato in zone di coltivazione delle piante ha molti vantaggi : può fornire una varietà di complessi spettri di luce monocromatica pura e può fornire lo spettro appropriata combinata in base alle diverse colture e diversi stadi di crescita , ha un PPFD caratteristiche regolabili che possono simulare intensità di luce solare cambiamenti, frequenza di trasmissione e ciclo di lavoro può essere regolata per fornire le caratteristiche ad alta frequenza per la modalità intermittente della luce , aiutare ad indagare il meccanismo della fotosintesi e controllo fuori dal periodo buio , e possono essere espansi risparmio di spazio . LED ricerca applicata nel campo della fisiologia vegetale e la coltivazione delle piante ha attirato l'attenzione di tutto il mondo . Giappone e Stati Uniti come rappresentante dei paesi sviluppati , non solo lo studio approfondito del meccanismo di regolazione a LED crescita delle piante e lo sviluppo , la ricerca si concentrerà più sulla tecnologia LED positivo e prodotti sono largamente utilizzati nel campo della coltivazione delle piante . Americano Research Center della NASA impianto come il LED riempire base a luce dell'universo chiuso di sistemi di supporto vitale relative tecnologie di ricerca . Studi in fabbrica pianta Giappone Chiuso LED è entrato nella fase pratica ; CCS crescita delle piante prodotto dalla società attraverso il software del sistema di controllo della crescita per controllare l'illuminazione a LED , per ottenere il controllo automatico della qualità della luce ; nuovo vaso di coltura tissutale sorgente luminosa a LED " Uni- PACK " coltura tissutale sviluppato con successo ha migliorato l'utilizzo degli spazi , l'utilizzo di lunghezze d'onda efficace ed efficienza luminosa , ridurre i costi di produzione e altri vantaggi di coltura tissutale . Finora , meccanismo di applicazione di LED della Cina nel campo della coltivazione delle piante è ancora nella sua infanzia . Impara dai risultati di ricerca stranieri , ulteriormente approfondito studio del sistema utilizzato in Cina LED zone di coltivazione teoria di base è necessario. Vale la pena notare che la combinazione dello spettro desiderato di piante diverse in diversi stadi di crescita , ci sono alcune differenze di PPFD e fotoperiodo , anche se alcune applicazioni stranieri riportati in letteratura , come il rosso e il blu spettri per le diverse combinazioni di crescita delle piante e lo studio di impatto morfogenesi LED , ma la mancanza di caratteristiche di crescita di legame delle diverse epoche e diverse specie , la ricerca e l' analisi delle risposte delle piante al meccanismo di controllo di qualità della luce a LED , e quindi non è riuscito a dare diverse piante in crescita diverse fasi la migliore composizione LED spettrale , il parametro affidabile PPFD e fotoperiodo e dati di sistema . Inoltre , anche se la Cina è un grande paese dell'area di coltivazione delle piante , ma nelle zone di coltivazione hanno sviluppato prodotti proprietari della tecnologia LED , di base o vuoto , la disciplina e la necessità impiantistiche urgenti discipline lavorano insieme ricercatori , sviluppato in linea con la produzione effettiva della Cina impianto luce a LED , sistemi di controllo dell'illuminazione automatico, nuovo dispositivo di regolazione della crescita delle piante e un grande strutture vivaio di fabbrica . Con i costi di sviluppo e di produzione sono diminuiti di anno in anno la tecnologia LED , in particolare con l'avvio del progetto di illuminazione dei semiconduttori in Cina , credo che in un prossimo futuro , le varie tecnologie e prodotti a LED connessi e le pratiche di produzione saranno ampiamente utilizzati nella coltivazione delle piante.
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