Pambuka

Cahya nduweni peran penting ing proses pertumbuhan tanduran. Iki minangka pupuk paling apik kanggo ningkatake penyerapan klorofil tanduran lan penyerapan macem-macem kualitas pertumbuhan tanduran kayata karoten. Nanging, faktor penentu sing nemtokake pertumbuhan tanduran yaiku faktor sing komprehensif, ora mung ana gandhengane karo cahya, nanging uga ora bisa dipisahake saka konfigurasi banyu, lemah lan pupuk, kahanan lingkungan pertumbuhan lan kontrol teknis sing komprehensif.

Sajrone rong utawa telung taun kepungkur, ana laporan tanpa wates babagan aplikasi teknologi cahya semikonduktor babagan pabrik telung dimensi utawa pertumbuhan tanduran. Nanging sawise maca kanthi teliti, mesthi ana rasa ora nyaman. Umumé, ora ana pangerten sing nyata babagan peran cahya ing pertumbuhan tanduran.

Kapisan, ayo padha mangerteni spektrum srengenge, kaya sing dituduhake ing Gambar 1. Bisa dideleng yen spektrum surya minangka spektrum sing terus-terusan, ing ngendi spektrum biru lan ijo luwih kuwat tinimbang spektrum abang, lan spektrum cahya sing katon ana ing kisaran 380 nganti 780 nm. Pertumbuhan organisme ing alam ana hubungane karo intensitas spektrum kasebut. Contone, umume tanduran ing wilayah cedhak khatulistiwa tuwuh kanthi cepet banget, lan ing wektu sing padha, ukuran pertumbuhane relatif gedhe. Nanging intensitas iradiasi srengenge sing dhuwur ora mesthi luwih apik, lan ana tingkat selektivitas tartamtu kanggo pertumbuhan kewan lan tanduran.

Gambar 1, Ciri-ciri spektrum surya lan spektrum cahya sing katon

Kapindho, diagram spektrum kapindho saka sawetara unsur panyerepan kunci saka wutah tanduran dituduhake ing Gambar 2.

Gambar 2, Spektrum serapan saka sawetara auksin ing pertumbuhan tanduran

Saka Gambar 2, bisa dideleng manawa spektrum panyerepan cahya saka sawetara auksin utama sing mengaruhi pertumbuhan tanduran beda banget. Mulane, aplikasi lampu pertumbuhan tanduran LED dudu perkara sing gampang, nanging fokus banget. Ing kene perlu dikenalake konsep rong unsur pertumbuhan tanduran fotosintetik sing paling penting.

• Klorofil

Klorofil iku salah siji pigmen paling penting sing ana gandheng cenenge karo fotosintesis. Klorofil ana ing kabeh organisme sing bisa nggawe fotosintesis, kalebu tanduran ijo, ganggang biru-ijo prokariotik (sianobakteri) lan ganggang eukariotik. Klorofil nyerep energi saka cahya, sing banjur digunakake kanggo ngowahi karbon dioksida dadi karbohidrat.

Klorofil a utamane nyerep cahya abang, lan klorofil b utamane nyerep cahya biru-ungu, utamane kanggo mbedakake tanduran iyub-iyub saka tanduran srengenge. Rasio klorofil b karo klorofil a tanduran iyub-iyub cilik, mula tanduran iyub-iyub bisa nggunakake cahya biru kanthi kuat lan adaptasi kanggo tuwuh ing iyub-iyub. Klorofil a warnane biru-ijo, lan klorofil b warnane kuning-ijo. Ana rong panyerepan klorofil a lan klorofil b sing kuwat, siji ing wilayah abang kanthi dawa gelombang 630-680 nm, lan liyane ing wilayah biru-ungu kanthi dawa gelombang 400-460 nm.

• Karotenoid

Karotenoid iku istilah umum kanggo kelas pigmen alami sing penting, sing umum ditemokake ing pigmen kuning, oranye-abang utawa abang ing kewan, tanduran tingkat dhuwur, jamur, lan ganggang. Nganti saiki, luwih saka 600 karotenoid alami wis ditemokake.

Penyerapan cahya karotenoid nutupi kisaran OD303 ~ 505 nm, sing nyedhiyakake warna panganan lan mengaruhi asupan panganan awak. Ing ganggang, tanduran, lan mikroorganisme, warnane ditutupi klorofil lan ora bisa katon. Ing sel tanduran, karotenoid sing diasilake ora mung nyerep lan nransfer energi kanggo mbantu fotosintesis, nanging uga duwe fungsi nglindhungi sel saka karusakan dening molekul oksigen ikatan elektron tunggal sing tereksitasi.

Sawetara kesalahpahaman konseptual

Senadyan efek hemat energi, selektivitas cahya lan koordinasi cahya, cahya semikonduktor wis nuduhake kaluwihan sing gedhe. Nanging, saka perkembangan sing cepet sajrone rong taun kepungkur, kita uga wis ndeleng akeh kesalahpahaman ing desain lan aplikasi cahya, sing utamane katon ing aspek-aspek ing ngisor iki.

①Anggere chip abang lan biru kanthi dawa gelombang tartamtu digabungake kanthi rasio tartamtu, bisa digunakake ing budidaya tanduran, contone, rasio abang lan biru yaiku 4:1, 6:1, 9:1 lan sateruse.

②Anggere cahyane putih, bisa ngganti cahya srengenge, kayata tabung cahya putih telung utama sing digunakake sacara wiyar ing Jepang, lan liya-liyane. Panggunaan spektrum kasebut nduweni efek tartamtu marang tuwuhing tanduran, nanging efek kasebut ora apik kaya sumber cahya sing digawe dening LED.

③Anggere PPFD (kapadhetan fluks kuantum cahya), parameter penting kanggo iluminasi, tekan indeks tartamtu, contone, PPFD luwih gedhe tinimbang 200 μmol·m-2·s-1. Nanging, nalika nggunakake indikator iki, sampeyan kudu nggatekake apa iku tanduran iyub-iyub utawa tanduran srengenge. Sampeyan kudu nggoleki titik saturasi kompensasi cahya saka tanduran kasebut, sing uga diarani titik kompensasi cahya. Ing aplikasi nyata, tunas asring kobong utawa layu. Mulane, desain parameter iki kudu dirancang miturut spesies tanduran, lingkungan pertumbuhan, lan kahanan.

Babagan aspek pisanan, kaya sing wis dikenalake ing pambuka, spektrum sing dibutuhake kanggo tuwuhing tanduran kudu dadi spektrum sing terus-terusan kanthi jembar distribusi tartamtu. Temtu ora cocog nggunakake sumber cahya sing digawe saka rong chip dawa gelombang tartamtu abang lan biru kanthi spektrum sing sempit banget (kaya sing dituduhake ing Gambar 3(a)). Ing eksperimen, ditemokake yen tanduran cenderung kuning, batang godhonge entheng banget, lan batang godhonge tipis banget.

Kanggo tabung fluoresen kanthi telung warna utama sing umum digunakake ing taun-taun sadurunge, sanajan putih disintesis, spektrum abang, ijo, lan biru dipisahake (kaya sing dituduhake ing Gambar 3(b)), lan jembar spektrum kasebut sempit banget. Intensitas spektrum saka bagean terus-terusan ing ngisor iki relatif ringkih, lan dayane isih relatif gedhe dibandhingake karo LED, 1,5 nganti 3 kali konsumsi energi. Mulane, efek panggunaan ora apik kaya lampu LED.

Gambar 3, Lampu LED chip abang lan biru lan spektrum lampu neon telung warna utama

PPFD iku kapadhetan fluks kuantum cahya, sing nuduhake kapadhetan fluks cahya radiasi efektif ing fotosintesis, sing makili jumlah total kuanta cahya sing kedadeyan ing batang godhong tanduran ing kisaran dawa gelombang 400 nganti 700 nm saben unit wektu lan unit area. Unit kasebut yaiku μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). Radiasi aktif fotosintesis (PAR) nuduhake total radiasi surya kanthi dawa gelombang ing kisaran 400 nganti 700 nm. Iki bisa diekspresikan kanthi kuanta cahya utawa energi radiasi.

Ing jaman biyen, intensitas cahya sing dipantulake dening illuminometer iku padhange, nanging spektrum pertumbuhan tanduran owah amarga dhuwure lampu saka tanduran, jangkauan cahya, lan apa cahya bisa nembus godhong. Mulane, ora akurat nggunakake par minangka indikator intensitas cahya ing panliten fotosintesis.

Umumé, mekanisme fotosintesis bisa diwiwiti nalika PPFD tanduran sing seneng srengenge luwih gedhe tinimbang 50 μmol·m-2·s-1, dene PPFD tanduran sing rindang mung butuh 20 μmol·m-2·s-1. Mulane, nalika tuku lampu tanam LED, sampeyan bisa milih jumlah lampu tanam LED adhedhasar nilai referensi iki lan jinis tanduran sing sampeyan tandur. Contone, yen PPFD saka siji lampu LED yaiku 20 μmol·m-2·s-1, luwih saka 3 bohlam tanduran LED dibutuhake kanggo nandur tanduran sing seneng srengenge.

Sawetara solusi desain lampu semikonduktor

Lampu semikonduktor digunakake kanggo pertumbuhan utawa nandur tanduran, lan ana rong metode referensi dhasar.

• Saiki, model tanduran njero ruangan lagi populer banget ing Tiongkok. Model iki nduweni sawetara ciri:

①Peran lampu LED yaiku kanggo nyedhiyakake spektrum lengkap cahya tanduran, lan sistem cahya dibutuhake kanggo nyedhiyakake kabeh energi cahya, lan biaya produksi relatif dhuwur;
Desain lampu LED kudu nimbang kontinuitas lan integritas spektrum;
③Perlu kanggo ngontrol wektu cahya lan intensitas cahya kanthi efektif, kayata nglilani tanduran ngaso sajrone sawetara jam, intensitas iradiasi ora cukup utawa kuwat banget, lan liya-liyane;
④Kabeh proses kudu niru kahanan sing dibutuhake dening lingkungan pertumbuhan optimal tanduran ing njaba ruangan, kayata kelembapan, suhu, lan konsentrasi CO2.

• Mode nandur ing njaba ruangan kanthi pondasi nandur omah kaca njaba ruangan sing apik. Ciri-ciri model iki yaiku:

①Peran lampu LED yaiku kanggo nambah cahya. Salah sijine yaiku kanggo nambah intensitas cahya ing area biru lan abang ing sangisore sinar srengenge ing wayah awan kanggo ningkatake fotosintesis tanduran, lan liyane yaiku kanggo ngimbangi nalika ora ana sinar srengenge ing wayah wengi kanggo ningkatake laju pertumbuhan tanduran.
②Cahaya tambahan kudu nimbang tahap pertumbuhan tanduran kasebut, kayata periode tunas utawa periode kembang lan woh.

Mulane, desain lampu tanam LED kudune duwe rong mode desain dhasar, yaiku, cahya 24 jam (njero ruangan) lan cahya suplemen pertumbuhan tanduran (njaba ruangan). Kanggo budidaya tanduran njero ruangan, desain lampu tanam LED kudu nimbang telung aspek, kaya sing dituduhake ing Gambar 4. Ora bisa ngemas chip nganggo telung warna utama kanthi proporsi tartamtu.

Gambar 4, Ide desain nggunakake lampu LED kanggo tanduran njero ruangan kanggo cahya 24 jam

Umpamane, kanggo spektrum ing tahap pembibitan, amarga kudu nguatake pertumbuhan oyot lan batang, nguatake percabangan godhong, lan sumber cahya digunakake ing njero ruangan, spektrum kasebut bisa dirancang kaya sing dituduhake ing Gambar 5.

Gambar 5, Struktur spektral sing cocog kanggo periode pembibitan njero ruangan LED

Kanggo desain lampu LED jinis kapindho, iki utamane ditujokake kanggo solusi desain suplemen cahya kanggo ningkatake penanaman ing dasar omah kaca ruangan terbuka. Ide desain kasebut dituduhake ing Gambar 6.

Gambar 6, Ide desain lampu tanam ruangan 

Penulis menehi saran supaya luwih akeh perusahaan tanduran nggunakake pilihan kapindho yaiku nggunakake lampu LED kanggo ningkatake pertumbuhan tanduran.

Kapisan, budidaya omah kaca ruangan terbuka Tiongkok wis puluhan taun lan wis duwe pengalaman sing akeh, ing sisih kidul lan lor. Tiongkok nduweni pondasi teknologi budidaya omah kaca sing apik lan nyedhiyakake akeh woh-wohan lan sayuran seger ing pasar kanggo kutha-kutha sekitar. Utamane ing babagan lemah, banyu, lan tanduran pupuk, asil riset sing sugih wis digawe.

Kapindho, solusi cahya tambahan iki bisa nyuda konsumsi energi sing ora perlu, lan ing wektu sing padha bisa nambah asil woh-wohan lan sayuran kanthi efektif. Kajaba iku, wilayah geografis China sing jembar banget trep kanggo promosi.

Minangka riset ilmiah babagan lampu tanduran LED, iki uga nyedhiyakake basis eksperimen sing luwih jembar. Gambar 7 minangka jinis lampu tuwuh LED sing dikembangake dening tim riset iki, sing cocog kanggo ditandur ing omah kaca, lan spektrume dituduhake ing Gambar 8.

Gambar 7, Jinis lampu LED kanggo tuwuh

Gambar 8, spektrum saka sawijining jinis lampu LED

Miturut ide desain ing ndhuwur, tim riset nglakokake serangkaian eksperimen, lan asil eksperimen kasebut penting banget. Contone, kanggo lampu tanam nalika pembibitan, lampu asli sing digunakake yaiku lampu fluoresen kanthi daya 32 W lan siklus pembibitan 40 dina. Kita nyedhiyakake lampu LED 12 W, sing nyepetake siklus tunas dadi 30 dina, kanthi efektif nyuda pengaruh suhu lampu ing bengkel tunas, lan ngirit konsumsi daya AC. Kekandelan, dawa, lan warna tunas luwih apik tinimbang solusi budidaya tunas asli. Kanggo tunas sayuran umum, kesimpulan verifikasi sing apik uga wis dipikolehi, sing dirangkum ing tabel ing ngisor iki.

Antarane, klompok cahya tambahan PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1, lan rasio abang-biru: 0,6-0,7. Kisaran nilai PPFD awan saka klompok alami yaiku 40 ~ 800 μmol·m-2·s-1, lan rasio abang dadi biru yaiku 0,6 ~ 1,2. Bisa dideleng yen indikator ing ndhuwur luwih apik tinimbang tunas sing thukul alami.

Dudutan

Artikel iki ngenalake perkembangan paling anyar ing aplikasi lampu tanam LED ing budidaya tanduran, lan nuduhake sawetara kesalahpahaman ing aplikasi lampu tanam LED ing budidaya tanduran. Pungkasan, ide lan skema teknis kanggo pangembangan lampu tanam LED sing digunakake kanggo budidaya tanduran dikenalake. Perlu dicathet yen ana uga sawetara faktor sing kudu ditimbang ing instalasi lan panggunaan lampu, kayata jarak antarane lampu lan tanduran, rentang iradiasi lampu, lan cara ngetrapake lampu nganggo banyu, pupuk, lan lemah normal.

Pengarang: Yi Wang et al. Sumber: CNKI