1. Regulierung der Lichtqualität: Verstoß gegen den Pflanzenlichtkodex
Pflanzen sind sehr wählerisch, was die Nutzung von Licht angeht. Pflanzen können für die Photosynthese nur sichtbares Licht im Bereich von 400–700 nm (was etwa 43–52,5 % der Sonnenstrahlung ausmacht) absorbieren. Die Hauptabsorptionsspitzen sind rotes Licht (610–720 nm) und blaues Licht (400–510 nm). LED-Pflanzenleuchten nutzen die fotoelektrischen Fähigkeiten von Halbleitermaterialien, um jeweils nur Licht einer Farbe auszusenden. Durch die Kombination von Chips können sie auch eine feine Spektrumssteuerung erreichen.
660-nm-Rotlicht kann lichtempfindliche Pflanzenpigmente aktivieren, was Pflanzen dabei hilft, mehr Chlorophyll zu produzieren und mehr Kohlenhydrate zu speichern. Wenn der Anteil des roten Lichts in Tomatenpflanzen auf 60 % ansteigt, erhöht sich der Gehalt an löslichem Zucker in der Frucht um 18 % und der Vitamin-C-Gehalt um 25 %. Eine Studie der Nanjing Agricultural University ergab, dass Stängelsegmente von Chrysanthemen zu 100 % Wurzeln bildeten, wenn sie rotem Licht ausgesetzt wurden, was 40 % mehr Wurzeln bedeutete als bei der Einwirkung von natürlichem Licht.
Regeln für blaues Licht: 450 nm blaues Licht ist für die Bildung von Chlorophyll und das Wachstum von Stängeln und Blättern am wichtigsten. In einer Umgebung mit 30 % blauem Licht hatten die Salatblätter 22 % mehr Chlorophyll und die Stängel waren 15 % dicker. Blaues Licht kann außerdem verhindern, dass Pflanzen zu stark wachsen, wodurch sie kompakter werden und den Platz besser nutzen können.
Fernrotes 730-nm-Licht arbeitet mit dem Pflanzen-Photosensibilisator B (PhyB) zusammen, um die Zellverlängerung und die Blütezeit zu modulieren. Die Zugabe von 10 % rotem Licht zu Erdbeerpflanzen kann die Internodien der kriechenden Stängel um 20 % verkürzen und die Reifung der Früchte um 5 Tage beschleunigen.
Vollspektrumsimulation: High-End-LED-Systeme können das Sonnenspektrum kopieren, das ultraviolettes Licht (380–400 nm) und infrarotes Licht (700–1.000 nm) umfasst. Pflanzen können mehr sekundäre Metaboliten, einschließlich Lycopin und Anthocyane, produzieren, wenn sie UV-Licht ausgesetzt werden. Infrarotlicht hilft Pflanzen zu atmen und die richtige Temperatur zu halten.
2. Lichtintensität und Photoperiode steuern: Sicherstellen, dass die Entwicklungsbedürfnisse genau erfüllt werden
Bei der Photosynthese von Pflanzen gibt es Lichtkompensationspunkte (wo die Photosyntheserate gleich der Atmungsrate ist) und Lichtsättigungspunkte (wo die Photosyntheserate nicht mit mehr Licht ansteigt). Das LED-System nutzt intelligente Dimmtechnologie, um sich automatisch an die Bedürfnisse von Pflanzen in verschiedenen Wachstumsstadien anzupassen.
Verwenden Sie während der Sämlingsphase eine Mischung aus 40 % blauem Licht und 50 % rotem Licht, um das Wurzelwachstum und die Ausbreitung der Blätter zu unterstützen. Auf der Yuntai Farm in Lianyungang verkürzt LED-Zusatzlicht im intelligenten Kultivierungsraum für Phalaenopsis die Wurzelzeit von gewebekultivierten Sämlingen um 7 Tage und erhöht die Rate hochwertiger Sämlinge um 30 %.
Erhöhen Sie während der Nährstoffwachstumsphase die Menge an rotem Licht (60–70 %), um die Photosynthese in den Blättern zu beschleunigen. Diese Spektralformel verkürzt den Wachstumszyklus von Salat in einer Fabrik von 60 Tagen auf 45 Tage und steigert den Ertrag pro Flächeneinheit um 40 %.
Fortpflanzungswachstumsphase: Um die Pflanzen zum Blühen zu bringen, ändern Sie das Verhältnis von rotem zu fernrotem Licht (5:1). Um zu verhindern, dass sie zu stark wachsen, fügen Sie blaues Licht hinzu. Dieser Vorschlag erhöht den Zuckergehalt von Erdbeeren um 15 % und verschiebt die Marktzeit um 10 Tage.
Regulierung des Photozyklus: Verwenden Sie einen Timer, um die Blütezeit der Pflanzen einem zirkadianen Zyklus folgen zu lassen. Bei 12 Stunden Licht und 12 Stunden Dunkelheit blühen Kurztagpflanzen wie Chrysanthemen 20 Tage früher als in ihrer natürlichen Umgebung.
3. Intelligentes Steuerungssystem: Schaffung einer hellen Umgebung mit geschlossenem -Kreislauf
Das neue LED-Pflanzenlichtsystem nutzt IoT-Sensoren, KI-Algorithmen und Aktoren, um die Lichtumgebung in einem geschlossenen Regelkreis zu regeln.
Ebene der Umweltwahrnehmung: Verwenden Sie Lichtquantensensoren (zur Messung von PPFD), Spektrumanalysatoren und Geräte zur Überwachung des Pflanzenphänotyps, um Echtzeitdaten zur Lichtintensität, Spektralverteilung und Pflanzenwachstumsfaktoren zu erhalten.
Entscheidungsebene: KI-Algorithmen ändern die Spektralformeln und die Lichtdauer in Echtzeit basierend auf Modellen des Pflanzenwachstums. Wenn beispielsweise die Chlorophyllkonzentration in Tomatenblättern sinkt, erhöht das System automatisch die Menge des roten Lichts und lässt die Lichter länger brennen.
Executive-Ebene: Verwendung eines dimmbaren LED-Treibermoduls zur stufenlosen Dimmung von 0 % bis 100 %. In einem mehrschichtigen Anbausystem können Sie jede Beleuchtungsschicht separat anpassen, um sicherzustellen, dass das Licht gleichmäßig ist.
Team, das für das Energiemanagement verantwortlich ist: Gemeinsame Nutzung von Photovoltaik-Stromerzeugungs- und Energiespeichergeräten, um die Energie optimal zu nutzen. Die Shanghai Sunqiao Modern Agricultural Development Zone nutzt eine integrierte Lichtspeichertechnologie, die den Energieverbrauch von LED-Systemen um 30 % und die CO2-Emissionen um 45 % senkt.
4. Technologischer Durchbruch: Vom Labor zur Fabrik
LED-Pflanzenleuchten haben sich im Laufe der Zeit auf drei Arten verändert:
Die erste Generation (2000–2010) bestand größtenteils aus roten und blauen LEDs, die nur in einer Farbe funktionierten. Sie hatten eine Lichtausbeute von etwa 50 lm/W und passten nicht sehr gut zum Spektrum. Sie wurden überwiegend für wissenschaftliche Forschungszwecke genutzt.
Zweite Generation (2010–2020): Entwickelte eine Multi-Wellenlängen-Kombinations-LED mit besserer Lichteffizienz (150 lm/W), verfügte über eine intelligente Dimmfunktion und begann, in großem Umfang in der Gewächshausproduktion eingesetzt zu werden.
Dritte Generation (2020 bis heute): Dank Quantenpunkt-LED und Perowskit-Materialien, die eine dynamische Steuerung des gesamten Spektrums ermöglichen, ist die Lichteffizienz auf über 250 lm/W gestiegen. Die Nanjing Agricultural University hat eine LED-Lampe für Gewebekulturen hergestellt, die 50.000 Stunden hält, 69,7 % weniger Strom verbraucht als Leuchtstofflampen und sich in 1,5 Jahren amortisiert.
5. Anwendungsfall: Verbesserung der landwirtschaftlichen Produktion
Die Lianyungang Yuntai Farm verwendet LED-Pflanzenlichter in einem 10-schichtigen, dreidimensionalen Wachstumsgestell. Dadurch ist die Pflanzdichte der Phalaenopsis dreimal höher, der Ertrag pro Flächeneinheit zehnmal höher als in Standardgewächshäusern und der Wasserverbrauch um 90 % geringer.
Das Beijing Xiaotangshan-Gewächshaus verfügt über ein Dual-Mode-Zusatzbeleuchtungssystem für die obere und untere Pflanze, das sich automatisch einschaltet, wenn die Lichtintensität unter 200 μ mol/m²/s fällt. Dies verkürzt den Wachstumszyklus von grünem Gemüse um 15 Tage und erfüllt die Qualitätskriterien der Europäischen Union.
Das weltweit erste Demonstrationsprojekt „Plant Factory 5.0“ wurde an der Universität Wageningen in den Niederlanden gebaut. Es nutzt die Regulierung der LED-Lichtumgebung, um 100 Kilogramm Tomaten pro Quadratmeter und Jahr anzubauen, und es verbraucht 92 % der Lichtenergie der Erdoberfläche.
