1. Den spektrala koden för fotosyntes i växter
Kloroplaster har fotosystem I och II, som är ganska kräsna med de spektra de använder för att omvandla ljusenergi till kemisk energi. Klorofyll a/b absorberar ljus bäst i det röda ljusbandet vid 660nm och det blåljusbandet vid 450nm. Detta står för mer än 90 % av ljusenergiomvandlingen. Karotenoider hjälper till att absorbera blått-violett ljus mellan 400 och 500 nm, vilket gör ett system som fångar båda typerna av ljus.
När mängden rött ljus är 80 % visar experiment att tomater kan fotosyntetisera 50 % snabbare och varje frukt kan gå upp 14 % till 30 % i vikt. Genom att använda blått ljusreglering gör Yunnan-rosplanteringsbasen stjälkarna 20 % tjockare och kronbladen 35 % jämnare i färg. Blått ljus kontrollerar porernas ledningsförmåga exakt, varför det är så. Vid en våglängd på 450nm växer poröppningen med 22%, och effektiviteten av koldioxidabsorptionen går upp mycket.
Växter kan reflektera upp till 60 % av grönt ljus (520–610 nm), men det kan också få de nedre bladen att fotosyntetisera 18 % mer effektivt efter att de har kommit genom baldakinen. Mitsubishi Chemicals försök i Japan visade att tillsats av 5 % grönt ljus till det röda blå kompositljuset ökade salladsproduktionen med 12 %. Detta löste problemet med ljusförlust vid plantering med hög-densitet.
2. LED-teknikens spektrala revolution
Det finns tre huvudproblem med traditionella ljuskällor: högtrycksnatriumlampor-omvandlar bara 12 % av den elektriska energin till fotosyntetiskt aktiv strålning; lysrörsspektra är upp till 40 % rabatt på vad växter behöver; och metallhalogenlampor avger för mycket-infraröd strålning, vilket gör att växter växer för snabbt. LED har uppnått exakt spektrumanpassning genom förbättring av halvledarmaterial.
Monokromatisk optisk chipteknologi: den kan avge rena spektra med ett toppvåglängdsfel på ± 2nm med hjälp av InGaN/GaN-materialsystemet. Osrams OSLON Square-serie halvledare har en ljuseffektivitet på 3,2 μ mol/J i 660nm rött ljusband. Detta är 300 % högre än för vanliga ljuskällor.
Dynamisk spektralkontroll: Philips GrowWise-systemet använder IoT-teknik för att ändra spektralförhållandena baserat på hur plantorna växer. För att stoppa hypokotylförlängning höjdes mängden blått ljus till 30 % under plantstadiet. För att hjälpa blomknoppar att växa höjdes mängden rött ljus till 85 % under blomningsstadiet. För att få frukten att växa sig större introducerades långt rött ljus (730nm) under fruktperioden.
Att använda keramiska substrat och vätskekylningsteknik för att hålla LEDs driftstemperatur under 45 grader är ett stort steg framåt i termisk hantering. Den avger 60 % mindre värme än vanliga ljuskällor, så ljus kan sättas upp endast 15 cm från växtkronan och den utnyttjar utrymmet 4 gånger bättre.
3. Lantbrukets "Ljuskontrollerade era".
Det intelligenta växthuset i Shouguang, Shandong, använder LED-lampor för att odla tomater. Denna teknik producerar 60 kg/m² tomater per år, vilket är tre gånger mer än traditionella metoder. Planteringen av "tre-dimensionella hyllor" är möjlig genom att använda ett förhållande på 6:1 av rött och blått ljus. Detta ökar uteffekten per ytenhet med 500 %. Ökenväxthuset i Inre Mongoliet ger gurkor 4 till 6 extra timmars ljus varje dag under mulna och snöiga dagar (med en intensitet på 200 μ mol/m ² · s). Detta gör att gurkorna växer 25 % mer än de normalt skulle göra, vilket löser problemet med låg produktivitet vid dåligt väder.
LED-tekniken förändrar sättet som saker tillverkas i växtfabrikernas rike. Mirai Company i Japan använder fullspektrum LED-lampor (inklusive UV-A 380nm och långt rött ljus 730nm) för att öka C-vitaminhalten i sallad med 18 % och antocyaninnivån med 25 %. Genom att kontrollera fotoperioden (16 timmars rött ljus och 8 timmars mörkertid) minskas tiden det tar för jordgubbar att mogna till en-tredjedel av vad det skulle vara med standardplantering. Det gör att jordgubbar finns tillgängliga året runt.
