Introductio

Lux partes primas agit in processu incrementi plantarum. Optimum est stercus ad absorptionem chlorophylli plantarum et absorptionem variarum qualitatum incrementi plantarum, ut caroteni, promovendam. Tamen, factor decisivus qui incrementum plantarum determinat est factor comprehensivus, non solum ad lucem pertinens, sed etiam inseparabilis a configuratione aquae, soli et stercoris, condicionibus ambitus incrementi et plena moderatione technica.

Per biennium vel triennium proxime praeteritum, infinitae relationes de applicatione technologiae illuminationis semiconductricis ad officinas plantarum tridimensionales vel ad incrementum plantarum divulgatae sunt. Sed postquam diligenter legeris, semper quaedam perturbatio oritur. Generaliter loquendo, nulla vera intellegentia est qualem partem lux in incremento plantarum agere debeat.

Primum, spectrum solis, ut in Figura 1 demonstratur, intellegamus. Videtur spectrum solare esse spectrum continuum, in quo spectrum caeruleum et viride validius est quam spectrum rubrum, et spectrum lucis visibilis a 380 ad 780 nm vagatur. Incrementum organismorum in natura cum intensitate spectri coniunctum est. Exempli gratia, pleraeque plantae in regione prope aequatorem celerrime crescunt, et simul magnitudo incrementi earum relative magna est. Sed non semper magna intensitas irradiationis solis melior est, et quidam gradus selectivitatis ad incrementum animalium et plantarum adest.

Figura 1, Proprietates spectri solaris et spectri lucis visibilis eius.

Deinde, secundum diagramma spectri plurium elementorum absorptionis clavium crescentiae plantarum in Figura 2 ostenditur.

Figura II, Spectra absorptionis plurium auxinorum in incremento plantarum.

Ex Figura II videri potest spectra absorptionis lucis plurium auxinorum clavium, quae incrementum plantarum afficiunt, insigniter differre. Ergo, applicatio luminarium LED ad incrementum plantarum non est res simplex, sed admodum directa. Hic necesse est notiones duorum elementorum photosyntheticorum incrementi plantarum maximi momenti introducere.

• Chlorophyllum

Chlorophyllum est unum e pigmentis gravissimis ad photosynthesis pertinens. Exstat in omnibus organismis qui photosynthesis creare possunt, inter quas sunt plantae virides, algae prokaryoticae caeruleo-viridis (cyanobacteria) et algae eukaryoticae. Chlorophyllum energiam a luce absorbet, quae deinde ad convertendum dioxidum carbonis in carbohydrata adhibetur.

Chlorophyllum a praecipue lucem rubram absorbet, chlorophyllum b autem lucem caeruleo-violaceam, praecipue ad plantas umbrosas a plantis solaris distinguendas. Proportio chlorophylli b ad chlorophyllum a plantarum umbrosarum parva est, ita plantae umbrosae lucem caeruleam fortiter uti et ad crescendum in umbra accommodari possunt. Chlorophyllum a caeruleo-viridis est, et chlorophyllum b flavo-viridis. Duae absorptiones fortes chlorophylli a et chlorophylli b sunt, una in regione rubra cum longitudine undae 630-680 nm, altera in regione caeruleo-violacea cum longitudine undae 400-460 nm.

• Carotenoida

Carotenoida sunt terminus generalis pro classe pigmentorum naturalium magni momenti, quae vulgo inveniuntur in pigmentis flavis, aurantiaco-rubris vel rubris in animalibus, plantis superioribus, fungis et algis. Hactenus, plus quam sescenti carotenoida naturalia inventa sunt.

Absorptio lucis carotenoidum spatium OD303~505 nm tegit, quod colorem cibi praebet et corporis cibum ingestum afficit. In algis, plantis, et microorganismis, color eius chlorophyllo tegitur et apparere non potest. In cellulis plantarum, carotenoida producta non solum energiam absorbent et transferunt ad photosynthesis adiuvandam, sed etiam munus habent cellulas protegendi ne a moleculis oxygenii excitatis, quae unum vinculum electronicum habent, deleantur.

Quaedam misconceptiones conceptuales

Quamvis effectu energiae conservandae, sive selectivitate lucis, sive coordinatione luminis, illuminatio semiconductoria magna commoda ostendit. Attamen, ex rapida evolutione biennii proximi, multas etiam errores in designio et applicatione lucis vidimus, qui imprimis in sequentibus aspectibus reflectuntur.

① Dummodo micae rubrae et caeruleae cuiusdam longitudinis undae certa ratione coniungantur, in cultura plantarum adhiberi possunt; exempli gratia, proportio rubri ad caeruleum est 4:1, 6:1, 9:1, et cetera.

② Dummodo lux alba sit, lucem solis substituere potest, ut puta tubus lucis albae trium primariorum, qui in Iaponia late adhibetur, et cetera. Usus horum spectrorum effectum quendam in incrementum plantarum habet, sed effectus non tam bonus est quam fons lucis a LED factus.

③Dummodo PPFD (densitas fluxus quantici lucis), magni momenti parametrus illuminationis, certum indicem attingit, exempli gratia, PPFD maior est quam 200 μmol·m-2·s-1. Attamen, cum hoc indicatore uteris, attendendum est utrum planta umbratica an solaris sit. Punctum saturationis compensationis lucis harum plantarum, quod etiam punctum compensationis lucis appellatur, interrogare vel invenire debes. In applicationibus realibus, plantulae saepe comburuntur vel arescunt. Ergo, designatio huius parametri secundum speciem plantae, ambitum crescentiae et condiciones designanda est.

De primo aspectu, ut in introductione introductum est, spectrum ad incrementum plantarum requisitum debet esse continuum cum certa latitudine distributionis. Plane inconveniens est fontem lucis ex duabus specificis fragmentis longitudinis undae rubri et caerulei cum spectro angustissimo compositum adhibere (ut in Figura 3(a) demonstratur). In experimentis, inventum est plantas flavescentes esse, caules foliorum tenuissimos, et caules foliorum tenuissimos.

In tubis fluorescentibus tribus coloribus primariis, quae annis praecedentibus vulgo adhibita sunt, quamquam album synthetizatum est, spectra rubra, viridis, et caerulea separantur (ut in Figura 3(b) demonstratur), et latitudo spectri valde angusta est. Intensitas spectralis partis continuae sequentis relative debilis est, et potentia tamen relative magna est comparata cum lampis LED, 1.5 ad 3 vicibus maior energiae consumpta. Ergo, effectus usus non tam bonus est quam luminibus LED.

Figura 3, Lux LED rubra et caerulea plantarum et spectrum lucis fluorescentis trium colorum primariorum.

PPFD est densitas fluxus quantici lucis, quae ad densitatem fluxus radiationis lucis effectivae in photosynthesi refert, quae numerum totalem quantorum lucis in caules foliorum plantarum incidentium in spatio longitudinis undae 400 ad 700 nm per unitatem temporis et unitatem areae repraesentat. Unitas eius est μE·m-2·s-1 (μmol·m-2·s-1). Radiatio photosynthetice activa (PAR) ad radiationem solarem totalem cum longitudine undae in spatio 400 ad 700 nm refert. Exprimi potest vel quantis lucis vel energia radianti.

Olim, intensitas lucis ab illuminometro reflexa erat claritas, sed spectrum crescentiae plantae mutatur propter altitudinem luminaris a planta, extensionem lucis, et utrum lux per folia transire possit. Quapropter, non accurate est par adhibere ut indicem intensitatis lucis in studio photosyntheseos.

Generaliter, mechanismus photosyntheseos initiari potest cum PPFD plantae solis amantis maior est quam 50 μmol·m-2·s-1, dum PPFD plantae umbrosae tantum 20 μmol·m-2·s-1 requirit. Ergo, cum lumina LED crescentia emis, numerum luminarium LED crescentiae eligere potes secundum hunc valorem referentialem et genus plantarum quas plantas. Exempli gratia, si PPFD unius luminaris LED 20 μmol·m-2·s-1 est, plus quam tres bulbi plantarum LED requiruntur ad plantas solis amantes crescendas.

Plures solutiones designandi illuminationis semiconductorum

Illuminatio semiconductoria ad incrementum plantarum vel plantationem adhibetur, et duae sunt methodi referentiae fundamentales.

• In praesenti, exemplar plantationis interioris in Sinis valde populare est. Hoc exemplar plures proprietates habet:

①Munus luminarium LED est totum spectrum illuminationis plantarum praebere, et systema illuminationis requiritur ut omnem energiam illuminationis praebeat, et sumptus productionis relative alti sunt;
② Designatio luminarium crescentium LED continuitatem et integritatem spectri considerare debet;
③ Necesse est tempus illuminationis et intensionem illuminationis efficaciter moderari, ut plantas aliquot horas quiescere permittas, intensitas irradiationis non sufficiens vel nimis magna sit, et cetera;
④Totus processus condiciones quas vera regionum optimae crescentiae plantarum sub aperto caelo requirit, ut humiditatem, temperaturam et concentrationem CO2, imitari debet.

• Modus plantationis sub divo cum bono fundamento plantationis in tepidario sub divo. Huius exemplaris proprietates sunt:

①Munus luminarium LED est lucem supplere. Unum est intensionem lucis in regionibus caeruleis et rubris sub irradiatione solis interdiu augere ad photosynthesis plantarum promovendam, alterum est compensare cum noctu solis absentia est ad celeritatem incrementi plantarum promovendam.
②Lumen supplementare considerare debet in quo stadio accretionis planta sit, ut tempore germinis vel tempore florendi et fructificandi.

Quapropter, consilium luminarium LED ad plantas crescendas primum duos modos designandi fundamentales habere debet, scilicet illuminationem 24 horarum (intra) et illuminationem supplementi incrementi plantarum (exter). Ad plantas cultivandas intra aedes, consilium luminarium LED ad plantas crescendas tres aspectus considerare debet, ut in Figura 4 demonstratur. Non licet fragmenta cum tribus coloribus primariis certa proportione includere.

Figura 4, Ratio designandi utendo luminibus LED interioribus ad plantas amplificandas ad illuminationem 24 horarum.

Exempli gratia, pro spectro in stadio seminarii, cum incrementum radicum et caulium roborare, ramificationem foliorum roborare debeat, et fons lucis intus adhibeatur, spectrum ut in Figura 5 demonstratur designari potest.

Figura 5, Structurae spectrales aptae periodo cubiculi infantium cum luminibus LED intra aedes.

Ad designandum secundi generis luminaris crescentis LED, praecipue ad solutionem designandi supplementi luminis ad promovendam plantationem in fundo tepidarii exterioris spectatur. Idea designandi in Figura VI ostenditur.

Figura VI, Consilia designandi luminaria crescentiae externae 

Auctor suggerit ut plures societates plantationis secundam optionem adoptent, luminibus LED ad incrementum plantarum promovendum utentes.

Primum omnium, Sinae culturae sub tepidariis sub divo per decennia magnam experientiam et latam varietatem habent, tam in meridie quam in septentrione. Bonum fundamentum technologiae culturae sub tepidariis habet et magnum numerum fructuum et olerum recentium in foro urbium circumstantium praebet. Praesertim in agro soli et aquae et stercoris plantationis, copiosae investigationes factae sunt.

Deinde, hoc genus solutionis luminis supplementarii consumptionem energiae inutilem magnopere minuere potest, simulque proventum fructuum et olerum efficaciter augere. Accedit quod vasta area geographica Sinarum promotioni aptissima est.

Ut investigatio scientifica illuminationis plantarum LED, etiam basin experimentalem latiorem ei praebet. Figura 7 genus luminis LED ad plantas crescendas ab hoc grege investigatorum elaboratum, quod ad culturam in tepidariis aptum est, cuius spectrum in Figura 8 monstratur.

Figura VII, Genus lucis crescentis LED

Figura VIII, spectrum cuiusdam lucis crescentis LED.

Secundum supradictas notiones designandi, turma investigatrix seriem experimentorum perfecit, et eventus experimentales magni momenti sunt. Exempli gratia, ad lucernam crescentem in seminario, lucerna originalis adhibita est lucerna fluorescens cum potentia 32 W et cyclo seminarii 40 dierum. Lucernam LED 12 W praebemus, quae cyclum plantarum ad 30 dies abbreviat, vim temperaturae lucernarum in officina plantarum efficaciter minuit, et consumptionem energiae refrigeratoris conservat. Crassitudo, longitudo et color plantarum meliores sunt quam solutio originalis plantarum crescendarum. Pro plantis olerum communium, conclusiones verificationis bonae etiam obtentae sunt, quae in tabula sequenti compendiantur.

Inter ea, PPFD coetus lucis supplementaris: 70-80 μmol·m-2·s-1, et proportio rubri ad caeruleum: 0.6-0.7. Ambitus valoris PPFD diurni coetus naturalis erat 40~800 μmol·m-2·s-1, et proportio rubri ad caeruleum erat 0.6~1.2. Patet indices supra scriptos meliores esse quam eos plantularum naturaliter cultarum.

Conclusio

Hic articulus recentissimas progressiones in applicatione luminarium LED ad plantas colendas introducit, et nonnullas errores in applicatione luminarium LED ad plantas colendas demonstrat. Denique, notiones technicae et rationes ad evolutionem luminarium LED ad plantas colendas adhibitarum introducuntur. Notandum est etiam nonnullos factores in institutione et usu luminaris considerandos esse, ut distantia inter luminarem et plantam, ambitus irradiationis luminaris, et quomodo lumina cum aqua, stercore, et solo normali adhibeantur.

Author: Yi Wang et al. Source: CNKI