1. The Scientific Code of Photosynthesis: A Quantum Dialogue between Plants and Light
Klorofyll och karotenoider är de pigment som absorberar vissa våglängder av ljus under fotosyntes i växter. Klorofyll a/b absorberar mest ljus i det röda ljusområdet 620–680 nm och det blåljusområdet 430–460 nm. Karotenoider hjälper till att absorbera ljus i det blå-violetta ljusområdet på 400–500 nm. Detta naturliga urval kommer från hur solspektrumet är utspritt över hela jordens yta: rött ljus utgör cirka 42 % av det synliga ljuset och blått ljus utgör cirka 10 %. Det är precis vad växter behöver för att fånga ljus.
Växtens ljusperceptionssystem består av fytokrom och kryptokrom. Rött ljus (660nm) ändrar formen på det ljuskänsliga pigmentet Pr till Pfr, vilket orsakar fysiologiska reaktioner såsom frönsgroning och hämning av stamtöjning. Långt rött ljus (730nm) gör tvärtom. Kryptokrom kontrollerar öppning och stängning av stomata, dygnsrytmer och produktionen av antocyaniner genom att detektera blått ljus (450nm). Växter kan förändra hur de utvecklas beroende på hur mycket ljus de får tack vare detta ljusreglerande system på molekylär-nivå.
Den kvantitativa analysen av PPFD (fotosyntetisk fotonflödestäthet) och YPFD (utbytefotonflödestäthet) belyser den grundläggande karaktären av belysningseffektivitet. En PPFD på 1 μ mol/m ²/s betyder att varje kvadratmeter får 1 mikromolar foton per sekund. YPFD, å andra sidan, visar hur väl ljusenergi används genom att ta hänsyn till fotosyntetiska bidrag från olika våglängder. När sallat utsätts för ett 40 % blått ljusspektrum har den 20 % mer C-vitamin och 15 % tjockare blad. När rött ljus utgör 60 % av ljuset ökar mängden torrsubstans med 25 %.
2. LED-teknikens jordbruksrevolution: gå från labbet till fabriken (1) "Ljusformel"-revolutionen i växtfabriker01)(1) Yangling Plant Factory använder ett tre-dimensionellt odlingssystem med lager, och varje lager har sin egen spektralkontrollmodul. En "mjuk lätt måltid" med 60 % blått ljus används för att hjälpa rötterna att växa och stjälkarna tjockna under plantstadiet. Under näringstillväxtperioden påskyndar en 1:1 rött blått ljus "mättnadslätt måltid" ackumuleringen av fotosyntetiska produkter. Under den reproduktiva tillväxtperioden ökas mängden långt rött ljus för att kontrollera tidpunkten för blomningen och kvaliteten på frukten. Denna dynamiska spektralhantering låter sallad producera 2500 frön per dag per 1469 kvadratmeter, vilket är 50 gånger mer än vanliga gårdar.
(2) Motor som drivs av ljus för att påskynda uppfödningen
Genom fotoperiodhantering kan Yangling Technology Center i Sinochem Syngenta Group i Kina odla fem generationer majs varje år. LED-tekniken i det smarta växthuset efterliknar tropiskt solljus och förkortar reproduktionscykeln från 120 dagar till 48 dagar. Metoden för att reglera ljuskvaliteten gjorde manliga majsörons pollen mer aktiva med 30 %, kvinnliga majsörons pollineringsgrad med 25 % och vikten av 1000 korn med 5 gram per acre. IoT-miljökontrollsystemet gör avel 2,5 gånger effektivare än det gamla fältläget.
(3) "Lätteffektivitetsrevolutionen" inom anläggningsjordbruk
Baoshihong Agricultural Cooperative i Yanggao County, Shanxi-provinsen, visar att användningen av LED-lampor har ökat antalet lager av frukt på tomatplantor från tre till fem och den årliga inkomsten från varje växthus med 20 000 yuan. De 700 yuan per säsong för el och 2 000 yuan per säsong för gödselbesparingar har lett till stora ekonomiska vinster. Enligt marknadsdata har anläggnings-odlade grönsaker som använder LED-påfyllningsljus 18 % mer C-vitamin, 22 % mindre nitrat och 15 % högre produkthalt.
3. Tekniska framsteg och förbättringar inom branschen: tillväxten av LED-lantbruksbelysning
(1) Precision i spektrumet
Genom att kombinera många chips kan LED-teknik med full spektrum producera en kontinuerlig spektral uteffekt på 400–780 nm. Den är också 40 % effektivare än typiska lysrör, med en ljuseffektivitet på 2,8 μ mol/J. Qingdao Vertical Farm använder en egenutvecklad spektral design som minskar tiden det tar för sallad att växa med 15 dagar och mängden energi den använder med 35 %.
(2) En revolution inom energieffektivitet
Tredje generationens LED-chip ökar ljuseffektiviteten till 3,2 μ mol/J. Den fungerar med en intelligent dimningsmekanism för att ge dig ljus när du behöver det. Informationen från Yangling Demonstration Park visar att dynamisk ljusstyrning har minskat energianvändningen per effektenhet från 0,35 kWh/kg till 0,22 kWh/kg, vilket nu är på internationell avancerad nivå.
(3) Smart integration
Ett anslutningssystem för "lätt temperatur vattengödsel" har kommit till på grund av kombinationen av AI och Internet of Things. Det intelligenta ledningssystemet vid Lanjian Intelligent Technology Plant Factory samlar in miljödata var 30:e sekund och använder den för att optimera ljusintensitet, spektralförhållande och CO₂-koncentration. Undersökningen visade att tekniken fick sallad att växa 18 % snabbare och minska skadedjur och infektioner med 40 %.
