LED 植物育成ライトを選択して設計するにはどうすればよいですか?

現代農業の重要な分野として、植物工場の概念は非常に人気があります。屋内の植栽環境では、植物の照明は光合成に不可欠なエネルギー源です。LED 成長ライト 従来の補助照明にはない圧倒的な利点があり、垂直農場や温室などの大規模な商業用途におけるメイン照明または補助照明の最初の選択肢となるでしょう。

植物は地球上で最も複雑な生命体の 1 つです。植物を植えるのは簡単ですが、難しくて複雑です。照明の栽培に加えて、多くの変数が相互に影響し合うため、これらの変数のバランスをとることは、栽培者が理解し、習得する必要がある優れた技術です。しかし、植物の照明に関しては、慎重に考慮する必要がある要素がまだ多くあります。

まず、太陽のスペクトルと植物によるスペクトルの吸収について理解しましょう。下の図からわかるように、太陽のスペクトルは連続スペクトルであり、青色と緑色のスペクトルが赤色のスペクトルよりも強く、可視光のスペクトルは 380 ～ 780 nm の範囲にあります。植物の成長にはいくつかの重要な吸収因子があり、植物の成長に影響を与えるいくつかの重要なオーキシンの光吸収スペクトルは大きく異なります。したがって、LED 育成ライトこれは単純な問題ではありませんが、非常に的を絞ったものです。ここで、2 つの最も重要な光合成植物成長要素の概念を導入する必要があります。

植物の光合成は、光合成に関連する最も重要な色素の 1 つである葉の葉緑体のクロロフィルに依存しています。これは、緑色植物や原核植物を含む、光合成を行うことができるすべての生物に存在します。藍藻類（シアノバクテリア）と真核藻類。クロロフィルは光のエネルギーを吸収し、二酸化炭素と水を合成して炭化水素を生成します。

クロロフィル a は青緑色で、主に赤色光を吸収します。クロロフィル b は黄緑色で、主に青紫光を吸収します。主に日陰の植物と日当たりの良い植物を区別するためです。日陰植物はクロロフィルaに対するクロロフィルbの割合が少ないため、青色光を強く利用し、日陰での生育に適応します。クロロフィル a とクロロフィル b には、波長 630 ～ 680 nm の赤色領域と波長 400 ～ 460 nm の青紫領域の 2 つの強い吸収があります。

カロテノイド (カロテノイド) は、動物、高等植物、菌類、藻類の黄色、オレンジがかった赤色、または赤色の色素として一般的に見られる、重要な天然色素のクラスの総称です。これまでに 600 を超える天然カロテノイドが発見されています。植物細胞内で生成されるカロテノイドは、エネルギーを吸収して伝達して光合成を助けるだけでなく、励起された一電子結合酸素分子による破壊から細胞を保護する機能も持っています。カロチノイドの光吸収は303～505nmの範囲をカバーします。それは食物の色を提供し、人体の食物摂取に影響を与えます。藻類、植物、微生物ではクロロフィルに覆われているため色を表現できません。

の設計と選択のプロセスでは、LED 植物育成ライト、主に次の点で避けるべき誤解がいくつかあります。

1. 光の波長の赤と青の波長の比

2 つの植物の光合成の 2 つの主な吸収領域として、LED 育成ライト主に赤色光と青色光である必要があります。しかし、単純に赤と青の比率で測ることはできません。たとえば、赤と青の比率は 4:1、6:1、9:1 などです。

さまざまな習性を持つさまざまな植物種があり、成長段階が異なれば、必要な光の焦点も異なります。植物の成長に必要なスペクトルは、ある分布幅を持った連続スペクトルである必要があります。スペクトルが非常に狭い赤と青の 2 つの特定の波長チップで構成される光源を使用するのは明らかに不適切です。実験では、植物は黄色がかる傾向があり、葉柄は非常に軽く、葉柄は非常に細いことがわかりました。外国では、赤外線部分の日長への影響、黄緑色部分の遮光効果への影響、光線の影響など、さまざまなスペクトルに対する植物の反応について多くの研究が行われています。紫色の部分は害虫や病気に対する抵抗力、栄養素などに関係します。

実際の用途では、苗木は燃えたり枯れたりすることがよくあります。したがって、このパラメータの設計は植物の種類、生育環境、条件に応じて設計する必要があります。

2. 通常の白色光とフルスペクトル

植物が「見る」光の効果は人間の目とは異なります。私たちが一般的に使用している白色光ランプは、日本で広く使用されている三原色白色光管などの太陽光に代わるものではありません。これらのスペクトルの使用は植物の成長に一定の影響を与えますが、その効果は完全ではありません。 LEDによる光源と同等です。 。

従来よく使われていた三原色の蛍光管では、白色は合成されていますが、赤、緑、青のスペクトルが分離しており、スペクトルの幅が非常に狭く、スペクトルの連続部分が比較的弱くなっています。同時に、電力は LED に比べて依然として比較的大きく、エネルギー消費量は 1.5 ～ 3 倍です。植物育成照明用に特別に設計された LED の全スペクトルにより、スペクトルが最適化されます。視覚効果はまだ白いですが、植物の光合成に必要な重要な光の部分が含まれています。

3. 照度パラメータPPFD

光合成束密度 (PPFD) は、植物の光の強度を測定するための重要なパラメーターです。それは光量子または放射エネルギーによって表現できます。光合成における光の有効放射束密度を指し、単位時間、単位面積あたりに植物の葉茎に入射する波長400～700nmの光量子の総数を表します。単位はμE·m-2·s-1 (μモル·m-2·s-1)。光合成活性放射 (PAR) は、400 ～ 700 nm の範囲の波長を持つ総太陽放射を指します。

植物の光補償飽和点 (光補償点とも呼ばれます) は、PPFD がこの点よりも高い必要があり、その光合成が呼吸よりも大きくなり、植物が成長する前に植物の成長が消費より大きくなる可能性があることを意味します。植物が異なれば光補償点も異なり、PPFDが200を超えるなど、単純に特定の指数に達するとみなすことはできません。μモル·m-2·s-1。

従来使用されていた照度計で反射される光の強度が明るさですが、植物からの光源の高さ、光の届く範囲、光が通過できるかどうかなどにより植物の成長スペクトルは変化するため、葉などを照らし、光合成を研究する際の光として利用されます。強いインジケーターは精度が十分ではないため、現在は主に PAR が使用されています。

一般に、陽性植物の PPFD > 50μモル·m-2·s-1 は光合成メカニズムを開始できます。一方、シェードプラントのPPFDには20個しか必要ありませんμモル·m-2·s-1。したがって、LED植物照明を設置する際には、この基準値に従って設置および設定し、適切な設置高さを選択することで、理想的なPPFD値と葉面の均一性を実現できます。

4. ライトフォーミュラ

ライトフォーミュラは最近提案された新しい概念であり、主に光の質、光量、持続時間の 3 つの要素を含みます。光の質は植物の光合成に最も適したスペクトルであることを理解してください。光量が適切なPPFD値と均一性であること。持続時間は日射量の累積値と昼と夜の時間の比率です。オランダの農学者らは、植物が赤外線と赤色光の比率を利用して昼夜の変化を判断していることを発見した。赤外線比率は日没時に大幅に増加し、植物はすぐに睡眠に反応します。このプロセスがなければ、植物がこのプロセスを完了するまでに数時間かかるでしょう。

実際のアプリケーションでは、テストを通じて経験を蓄積し、最適な組み合わせを選択する必要があります。