Giriş

Ösümlikleriň ösüş prosesinde ýagtylyk möhüm rol oýnaýar. Ol ösümlik hlorofilliniň özleşdirilmegini we karotin ýaly dürli ösümlik ösüş häsiýetleriniň özleşdirilmegini höweslendirýän iň gowy dökündir. Şeýle-de bolsa, ösümlikleriň ösüşini kesgitleýän aýgytlaýjy faktor diňe bir ýagtylyk bilen baglanyşykly däl, eýsem suwuň, topragyň we döküniň konfigurasiýasyndan, ösüş gurşawynyň şertlerinden we toplumlaýyn tehniki gözegçilikden aýrylmaz bolan toplumlaýyn faktordyr.

Soňky iki ýa-da üç ýylyň dowamynda ýarymgeçirijili yşyklandyryş tehnologiýasynyň üç ölçegli ösümlik zawodlary ýa-da ösümlikleriň ösüşi bilen baglanyşykly ulanylyşy barada san-sajaksyz habarlar peýda boldy. Emma ony üns bilen okandan soň, hemişe birneme rahatsyzlyk duýulýar. Umuman aýdanyňda, ösümlikleriň ösüşinde ýagtylygyň nähili rol oýnamalydygy barada hakyky düşünje ýok.

Ilki bilen, 1-nji suratda görkezilişi ýaly, günüň spektrini düşüneliň. Gün spektriniň üznüksiz spektrdigini, onda gök we ýaşyl spektriň gyzyl spektrden has güýçlidigini we görünýän ýagtylyk spektriniň 380-den 780 nm-e çenli üýtgeýändigini görmek bolýar. Tebigatda organizmleriň ösüşi spektriň intensiwligi bilen baglanyşyklydyr. Mysal üçin, ekwatoryň golaýyndaky sebitdäki ösümlikleriň köpüsi örän çalt ösýär we şol bir wagtyň özünde olaryň ösüşiniň ululygy deňeşdirme boýunça ulydyr. Emma gün şöhlelenmesiniň ýokary intensiwligi hemişe gowy bolmaýar we haýwanlaryň we ösümlikleriň ösüşi üçin belli bir derejede selektiwlik bar.

1-nji surat, Gün spektriniň we onuň görünýän ýagtylyk spektriniň häsiýetnamalary

Ikinjiden, ösümlik ösüşiniň birnäçe esasy siňdiriş elementleriniň ikinji spektr diagrammasy 2-nji suratda görkezilen.

2-nji surat, Ösümlik ösüşinde birnäçe auksinleriň siňdiriş spektrleri

2-nji suratdan ösümlikleriň ösüşine täsir edýän birnäçe esasy auksinleriň ýagtylyk siňdiriş spektrleriniň düýpli tapawutlanýandygyny görmek bolýar. Şonuň üçin LED ösümlikleriň ösüş çyralaryny ulanmak ýönekeý mesele däl, eýsem örän maksada gönükdirilen meseledir. Bu ýerde iň möhüm iki fotosintez ösümlikleriň ösüş elementleriniň düşünjelerini girizmek zerurdyr.

• Hlorofill

Hlorofil fotosintez bilen baglanyşykly iň möhüm pigmentleriň biridir. Ol ýaşyl ösümlikler, prokariot gök-ýaşyl suw otlary (sianobakteriýalar) we eukariot suw otlary ýaly fotosintez döredip bilýän ähli organizmlerde bar. Hlorofil ýagtylykdan energiýany özüne siňdirýär, soňra ol uglerod dioksidini uglewodlara öwürmek üçin ulanylýar.

Hlorofil a esasan gyzyl şöhleni özüne siňdirýär, hlorofil b bolsa esasan gök-benewşe şöhleni özüne siňdirýär, bu esasan kölege ösümliklerini gün ösümliklerinden tapawutlandyrmak üçin. Kölege ösümlikleriniň hlorofil b-niň hlorofil a-a gatnaşygy az, şonuň üçin kölege ösümlikleri gök şöhleni güýçli ulanyp, kölegede ösmäge uýgunlaşyp bilerler. Hlorofil a gök-ýaşyl, hlorofil b bolsa sary-ýaşyl reňkde. Hlorofil a we hlorofil b-niň iki güýçli özüne siňdirilişi bar, biri gyzyl sebitde, tolkun uzynlygy 630-680 nm, beýlekisi bolsa tolkun uzynlygy 400-460 nm bolan gök-benewşe sebitde.

• Karotinoidler

Karotinoidler möhüm tebigy pigmentleriň umumy ady bolup, olar haýwanlarda, ýokary derejeli ösümliklerde, kömeleklerde we suw otlarynda sary, mämişi-gyzyl ýa-da gyzyl pigmentlerde köp duş gelýär. Häzirki wagta çenli 600-den gowrak tebigy karotinoid açyldy.

Karotinoidleriň ýagtylygy siňdirmegi OD303 ~ 505 nm aralygynda bolup, iýmitiň reňkini üpjün edýär we bedeniň iýmit kabul etmegine täsir edýär. Suw otlarynda, ösümliklerde we mikroorganizmlerde onuň reňki hlorofil bilen örtülýär we peýda bolup bilmeýär. Ösümlik öýjüklerinde öndürilen karotinoidler diňe bir fotosinteze kömek etmek üçin energiýany siňdirip we geçirmek bilen çäklenmän, eýsem öýjükleri bir elektronly baglanyşyk kislorod molekulalary tarapyndan ýok edilmeginden goramak funksiýasyny hem ýerine ýetirýär.

Käbir konsepsiýa düşünişmezlikleri

Energiýa tygşytlaýjy täsirine, ýagtylygyň selektiwligine we ýagtylygyň utgaşyklylygyna garamazdan, ýarymgeçirijili yşyklandyryş uly artykmaçlyklary görkezdi. Şeýle-de bolsa, soňky iki ýylyň dowamyndaky çalt ösüşden, ýagtylygyň dizaýnynda we ulanylyşynda köp sanly düşünişmezlikleri hem gördük, olar esasan aşakdaky taraplarda öz beýanyny tapýar.

①Belgili bir tolkun uzynlygyndaky gyzyl we gök reňkler belli bir gatnaşykda birleşdirilen bolsa, olar ösümlik ösdürip ýetişdirmekde ulanylyp bilner, mysal üçin, gyzyl we gök reňkleriň gatnaşygy 4:1, 6:1, 9:1 we ş.m.

②Ak yşyk bolsa, ol gün şöhlesiniň ornuny tutup biler, mysal üçin Ýaponiýada giňden ulanylýan üç esasy ak yşyk turbasy we ş.m. Bu spektrleriň ulanylmagy ösümlikleriň ösüşine belli bir derejede täsir edýär, ýöne täsiri LED tarapyndan öndürilen yşyk çeşmesi ýaly gowy däl.

③Ýagtylygyň möhüm parametri bolan PPFD (yşyk kwant akymynyň dykyzlygy) belli bir indekse ýetýänçä, mysal üçin, PPFD 200 μmol·m-2·s-1-den uly bolýar. Şeýle-de bolsa, bu görkezijini ulananyňyzda, onuň kölege ösümligi ýa-da gün ösümligidigine üns bermeli. Bu ösümlikleriň ýagtylyk kompensasiýa nokadyny soramaly ýa-da tapmaly, bu bolsa ýagtylyk kompensasiýa nokady diýlip hem atlandyrylýar. Hakyky ulanylyşlarda nahallar köplenç ýanýar ýa-da guraýar. Şonuň üçin bu parametriň dizaýny ösümlik görnüşine, ösüş gurşawyna we şertlerine laýyklykda dizaýn edilmelidir.

Birinji tarap barada aýdylanda, girişde görkezilişi ýaly, ösümlikleriň ösüşi üçin zerur bolan spektr belli bir paýlanyş giňligi bolan üznüksiz spektr bolmaly. Gyzyl we gök reňkli iki sany belli bir tolkun uzynlygyndaky çiplerden ýasalan we örän dar spektrli ýagtylyk çeşmesini ulanmak düşnükli däl (3(a) suratda görkezilişi ýaly). Tejribelerde ösümlikleriň sarymtyl reňkde bolmagy, ýapraklarynyň sapaklarynyň örän açyk we ýapraklarynyň sapaklarynyň örän inçe bolmagy anyklandy.

Öňki ýyllarda giňden ulanylýan üç esasy reňkli fluoressent lampalar üçin ak reňk sintezlense-de, gyzyl, ýaşyl we gök spektrler bölünýär (3(b) suratda görkezilişi ýaly) we spektriň giňligi örän dar. Indiki üznüksiz bölegiň spektr intensiwligi deňeşdirme boýunça gowşak we energiýa sarp edilişi LED-lere garanyňda deňeşdirme boýunça uly, energiýa sarp edilişiniň 1,5-3 esse köp. Şonuň üçin ulanyş täsiri LED çyralary ýaly gowy däl.

3-nji surat, Gyzyl we gök çipli LED ösümlik çyrasy we üç esasy reňkli fluorescent çyra spektri

PPFD ýagtylygyň kwant akymynyň dykyzlygydyr, ol fotosintezde ýagtylygyň netijeli şöhlelenme ýagtylyk akymynyň dykyzlygyna degişlidir, ol birlik wagt we birlik meýdan üçin 400-den 700 nm-e çenli tolkun uzynlygy aralygynda ösümlik ýapraklarynyň şahalaryna düşýän ýagtylyk kwantlarynyň umumy sanyny görkezýär. Onuň birligi μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). Fotosintetik taýdan işjeň şöhlelenme (PAR) 400-den 700 nm-e çenli tolkun uzynlygy bolan umumy gün şöhlelenmesini aňladýar. Ol ýagtylyk kwantlary ýa-da şöhle energiýasy bilen beýan edilip bilner.

Geçmişde, illuminometr tarapyndan şöhlelendirilýän ýagtylygyň intensiwligi ýagtylykdy, ýöne ösümlikleriň ösüş spektri ýagtylyk enjamynyň ösümlikden beýikligine, ýagtylygyň örtügine we ýagtylygyň ýapraklardan geçip bilmegine baglylykda üýtgeýär. Şonuň üçin fotosintezi öwrenmekde ýagtylygyň intensiwliginiň görkezijisi hökmünde par ulanmak dogry däl.

Umuman, fotosintez mehanizmi gün söýýän ösümligiň PPFD-si 50 μmol·m-2·s-1-den uly bolanda başlanyp bilner, kölegeli ösümligiň PPFD-si bolsa diňe 20 μmol·m-2·s-1 gerek. Şonuň üçin, LED ösüş çyralaryny satyn alanyňyzda, bu salgylanma gymmatyna we ekýän ösümlikleriň görnüşine esaslanyp, LED ösüş çyralarynyň sanyny saýlap bilersiňiz. Mysal üçin, bir LED çyrasynyň PPFD-si 20 μmol·m-2·s-1 bolsa, gün söýýän ösümlikleri ösdürmek üçin 3-den gowrak LED ösümlik lampasy gerek bolýar.

Ýarymgeçirijili yşyklandyryşyň birnäçe dizaýn çözgütleri

Ýarymgeçirijili yşyklandyryş ösümlikleriň ösmegi ýa-da ekilmegi üçin ulanylýar we iki esasy salgylanma usuly bar.

• Häzirki wagtda Hytaýda öýde ösümlik ekmek modeli örän meşhur. Bu modeliň birnäçe aýratynlyklary bar:

①LED çyralarynyň wezipesi ösümlikleriň yşyklandyryşynyň ähli spektrini üpjün etmekdir we yşyklandyryş ulgamy ähli yşyklandyryş energiýasyny üpjün etmek üçin zerurdyr we önümçilik çykdajylary deňeşdirme boýunça ýokarydyr;
②LED ösüş çyralarynyň dizaýny spektriň dowamlylygyny we bitewüligini göz öňünde tutmalydyr;
③Ýagtylyk wagtyny we yşyklandyryşyň intensiwligini netijeli gözegçilikde saklamak zerurdyr, mysal üçin ösümlikleri birnäçe sagat dynç almaga rugsat bermek, şöhlelendirmegiň intensiwligi ýeterlik däl ýa-da gaty güýçli we ş.m.;
④Bütin proses ösümlikleriň açyk howadaky iň gowy ösüş gurşawy tarapyndan talap edilýän şertleri, mysal üçin çyglylyk, temperatura we CO2 konsentrasiýasyny gaýtalamak üçin zerurdyr.

• Açyk howada ekmek üçin gowy esasly açyk howada ekmek usuly. Bu modeliň aýratynlyklary:

①LED çyralarynyň wezipesi ýagtylygyň goşmaça täsirini bermekdir. Birinjisi, ösümlikleriň fotosintezini höweslendirmek üçin gündiz gün şöhlesiniň täsiri astynda gök we gyzyl zolaklardaky ýagtylygyň intensiwligini ýokarlandyrmak, beýlekisi bolsa gije gün şöhlesiniň ýoklugynyň öwezini dolmak we ösümlikleriň ösüş depginini ýokarlandyrmakdyr.
②Goşmaça yşyklandyryş ösümligiň haýsy ösüş tapgyrynda, meselem, nahal döwri ýa-da güllemek we miwelemek döwri ýaly döwürdedigini göz öňünde tutmalydyr.

Şonuň üçin, LED ösümlik ösdürip ýetişdirmek üçin çyralaryň dizaýny ilki bilen iki esasy dizaýn režimine eýe bolmaly, ýagny 24 sagat yşyklandyryş (içerde) we ösümlik ösüşi üçin goşmaça yşyklandyryş (daşarda). Öýde ösümlik ösdürip ýetişdirmek üçin LED ösümlik ösdürip ýetişdirmek üçin 4-nji suratda görkezilişi ýaly üç tarapy göz öňünde tutmaly. Çipleri belli bir derejede üç esasy reňk bilen gaplamak mümkin däl.

4-nji surat, 24 sagat yşyklandyrmak üçin içerki LED ösümlik güýçlendiriji çyralaryny ulanmagyň dizaýn ideýasy

Mysal üçin, çagalar bagyndaky spektr üçin, kökleriň we göwdeleriň ösüşini güýçlendirmeli, ýapraklaryň şahalaryny güýçlendirmeli we ýagtylyk çeşmesiniň öýde ulanylýandygyny göz öňünde tutup, spektr 5-nji suratda görkezilişi ýaly dizaýn edilip bilner.

5-nji surat, LED içerki çagalar bagy üçin amatly spektral gurluşlar

Ikinji görnüşli LED ösüş çyrasynyň dizaýny üçin, esasan, açyk howadaky ýyladyşhananyň düýbünde ekmegi höweslendirmek üçin goşmaça çyranyň dizaýn çözgüdine gönükdirilendir. Dizaýn ideýasy 6-njy suratda görkezilen.

6-njy surat, Daşarky ösüş çyralarynyň dizaýn ideýalary 

Awtor ösümlikleriň ösüşini höweslendirmek üçin LED çyralaryny ulanmagyň ikinji wariantyny has köp ekiş kompaniýalarynyň ulanýandygyny aýdýar.

Ilki bilen, Hytaýyň açyk howada ýyladyşhana ösdürip ýetişdirmekde onlarça ýyl bäri uly möçberde we giň tejribe bar, günortada hem, demirgazykda hem. Ol ýyladyşhana ösdürip ýetişdirmek tehnologiýasynyň gowy binýadyna eýedir we töweregindäki şäherler üçin bazarda köp mukdarda täze miweleri we gök önümleri hödürleýär. Esasan hem toprak, suw we dökün ekmek babatda baý ylmy-barlag netijeleri gazanyldy.

Ikinjiden, bu görnüşli goşmaça yşyk çözgüdi gereksiz energiýa sarp edilişini ep-esli azaldyp biler we şol bir wagtyň özünde miweleriň we gök önümleriň hasylyny netijeli artdyryp biler. Mundan başga-da, Hytaýyň giň geografik meýdany mahabat üçin örän amatlydyr.

LED ösümlik yşyklandyryşynyň ylmy barlagy hökmünde, ol onuň üçin has giň tejribe binýadyny hem üpjün edýär. 7-nji surat bu ylmy topar tarapyndan işlenip düzülen we ýyladyşhanalarda ösdürmek üçin amatly bolan LED ösüş çyrasynyň bir görnüşi bolup, onuň spektri 8-nji suratda görkezilen.

7-nji surat, LED ösüş çyrasynyň bir görnüşi

8-nji surat, bir görnüşli LED ösüş çyrasynyň spektri

Ýokardaky dizaýn pikirlerine laýyklykda, ylmy-barlag topary birnäçe tejribe geçirdi we tejribe netijeleri örän möhümdir. Mysal üçin, nahalhanada ösüş çyrasy üçin ulanylan asyl lampa 32 W kuwwatly we nahalhana sikli 40 gün bolan fluoressent lampadyr. Biz nahal siklini 30 güne çenli gysgaldýan, nahal sehinde lampalaryň temperaturasynyň täsirini netijeli azaldýan we kondisioneriň energiýa sarp edilişini tygşytlaýan 12 W LED çyrasyny hödürleýäris. Nahallaryň galyňlygy, uzynlygy we reňki asyl nahal ösdürip ýetişdirmek üçin ulanylýan çözgütden has gowy. Adaty gök önümleriň nahallary üçin hem gowy barlag netijeleri alyndy, olar aşakdaky tablisada jemlenendir.

Olaryň arasynda goşmaça ýagtylyk topary PPFD: 70-80 μmol·m-2·s-1 we gyzyl-gök gatnaşygy: 0.6-0.7. Tebigy toparyň gündizki PPFD gymmatynyň diapazony 40~800 μmol·m-2·s-1, gyzylyň bolsa gök reňke gatnaşygy bolsa 0.6~1.2 boldy. Ýokardaky görkezijileriň tebigy ýagdaýda ösdürilip ýetişdirilen nahallaryň görkezijilerinden has gowydygyny görmek bolýar.

Netije

Bu makala ösümlik ösdürip ýetişdirmekde LED ösüş çyralarynyň ulanylyşyndaky iň soňky ösüşler bilen tanyşdyrýar we ösümlik ösdürip ýetişdirmekde LED ösüş çyralarynyň ulanylyşyndaky käbir düşünişmezlikleri görkezýär. Ahyrsoňy, ösümlik ösdürip ýetişdirmek üçin ulanylýan LED ösüş çyralaryny işläp düzmek üçin tehniki pikirler we shemalar tanyşdyrylýar. Çyranyň gurnalmagynda we ulanylmagynda göz öňünde tutulmaly käbir faktorlaryň bardygyny, mysal üçin, çyra bilen ösümlik arasyndaky aralyk, çyranyň şöhlelenme diapazony we çyrany adaty suw, dökün we toprak bilen nädip ulanmalydygy ýaly faktorlaryň bardygyny bellemek gerek.

Awtory: Yi Wang we başg. Çeşme: CNKI