Què són PAR, PPFD i PPF?
PAR (Radiació fotosintèticament activa) es refereix a la radiació dins del rang de longitud d'ona específic de 400 a 700 nanòmetres que les plantes utilitzen per a la fotosíntesi. El rang de longituds d'ona de la llum a la qual són sensibles les plantes difereix de la percebuda per l'ull humà, i les unitats per descriure la intensitat de la llum també varien. L'ull humà és més sensible a la llum-verda groga, amb la intensitat de la llum mesurada en lumens (lm) i lux (lx). En canvi, les plantes responen més a la llum vermella i blava, i la seva intensitat de llum es quantifica en micro-mols per segon (μmol/s) i micro{-moles per metre quadrat per segon (μmol/m²/s).
Les plantes depenen principalment de la llum dins de l'espectre de longitud d'ona de 400-700 nm per a la fotosíntesi, que és exactament el que comunament ens referim com a radiació fotosintèticament activa (PAR). PAR s'expressa en dues unitats:
Irradiància fotosintètica(W/m²), que s'utilitza principalment en estudis sobre la fotosíntesi sota la llum solar natural.
Densitat de flux de fotons fotosintètics (PPFD)(μmol/m²/s), que s'aplica principalment a la investigació sobre els efectes tant de les fonts de llum artificial com de la llum solar natural sobre la fotosíntesi de les plantes.
PPFD representa el nombre de fotons (dins del rang PAR) rebuts per segon sobre una superfície il·luminada específica, és a dir, la densitat de flux de fotons fotosintètics, amb la unitat de μmol/m²/s. És un indicador clau per avaluar l'eficàcia real de la il·luminació dels sistemes d'il·luminació de les plantes, ja que influeix directament en la fotosíntesi i el creixement de les plantes. Com es mostra a la figura, el nombre de fotons rebuts per segon en una superfície d'1-metre quadrat és de 33 μmol/m²/s.
PAR mesura l'energia radiant que utilitzen les plantes per a la fotosíntesi. PPF quantifica el nombre total de fotons fotosintètics actius emesos per una font de llum per segon, però no indica directament si aquests fotons arriben a la superfície de la planta.
La PPFD (Densitat de flux de fotons fotosintètics) és d'una importància crítica en la il·luminació de les plantes, ja que no només mesura la sortida total de fotons d'un sistema d'il·luminació, sinó que també avalua els impactes de diferents fonts de llum en el creixement de les plantes. Un PPFD més alt s'associa amb un augment de les taxes de fotosíntesi i un millor rendiment de les plantes; PPFD s'utilitza per avaluar la intensitat de llum real que arriba a les plantes, i serveix com a indicador clau per optimitzar els entorns de creixement de les plantes.
La figura adjunta mostra l'informe de prova de la llum de creixement de plantes LED plegables de 1000 W produïda per Benwei LED, amb un flux de fotons fotosintètics (PPF) de 2895,35 μmol/s.
Quines longituds d'ona (espectres) es necessiten per a la il·luminació de les plantes?
280–315 nm: Impacte mínim en els processos morfològics i fisiològics.
315–400 nm (UV‑A): La baixa absorció de clorofil·la afecta els efectes fotoperòdics i inhibeix l'allargament de la tija.
400–520 nm (llum blava): La proporció d'absorció més alta de clorofil·la a carotenoides exerceix l'impacte més significatiu en la fotosíntesi PMC.
520–610 nm (Llum verda): Baixa taxa d'absorció de pigments.
610–720 nm (llum vermella): Baixa taxa d'absorció de clorofil·la però impactes significatius en la fotosíntesi i els efectes fotoperòdics.
720–1000 nm (de vermell llunyà a infraroig proper): Alta taxa d'absorció, afavoreix l'allargament cel·lular i influeix en la floració i la germinació de llavors.
>1000 nm (infrarojos): Convertida en energia tèrmica.
Més enllà de la llum blava i vermella, altres espectres com la llum verda, violeta i ultraviolada també exerceixen certs efectes sobre el creixement de les plantes. La llum verda ajuda a retardar la senescència prematura de les fulles; la llum violeta millora la coloració i l'aroma; la llum ultraviolada regula la síntesi de metabòlits vegetals. L'efecte sinèrgic d'aquests espectres simula l'entorn de llum natural i afavoreix el creixement saludable de les plantes.
L'avantatge de la il·luminació d'espectre complet rau en la llum vermella llunyana, que permet l'efecte de guany de llum dual (efecte Emerson). El rang d'espectre complet és de 400 a 800 nm, que cobreix no només la regió vermella llunyana per sobre de 660 a 800 nm, sinó també el component verd a 500 a 540 nm. Els experiments mostren que el component verd millora la penetració de la llum i millora l'eficiència quàntica, aconseguint així una fotosíntesi més eficient. A partir de l'"efecte de guany de llum dual", complementar la llum vermella de 650 nm quan la longitud d'ona supera els 685 nm pot millorar significativament l'eficiència quàntica, fins i tot superant la suma dels efectes quan s'utilitzen aquestes dues longituds d'ona soles. Aquest fenomen on dues longituds d'ona de llum milloren conjuntament l'eficiència fotosintètica es coneix com a efecte de guany de llum dual o efecte Emerson PMC.
Les llums de creixement de plantes estan dissenyades amb una proporció espectral raonable, que cobreix un rang de longituds d'ona de 380 a 800 nm. Proporcionen a les plantes la proporció espectral ideal necessària per al creixement alhora que complementen la llum natural. Això fa que les plantes siguin més sanes i exuberants, aptes per a qualsevol etapa de creixement i aplicables tant al cultiu hidropònic com al sòl. Són ideals per a jardins interiors, plantes en test, cria de plàntules, propagació, granges, hivernacles, etc.
Com es dissenya la combinació de llum vermella i blava a les llums de creixement de plantes?
La importància de la combinació de llum vermella i blava a les llums de creixement de plantes
Maximització de l'eficiència fotosintètica
La clorofil·la a i b tenen pics d'absorció a 660 nm (llum vermella) i 450 nm (llum blava), respectivament. La llum vermell-blava combinada cobreix amb precisió el rang espectral bàsic per a la fotosíntesi, augmentant l'eficiència de conversió d'energia de la llum en més d'un 20%. La llum vermella activa Photosystem II, mentre que la llum blava impulsa Photosystem I; el seu efecte sinèrgic accelera la producció d'ATP i NADPH durant les reaccions dependents de la llum, proporcionant energia suficient per al cicle de Calvin (reaccions independents de la llum).
La llum blava millora la compacitat de la planta inhibint l'allargament de la tija, afavorint l'engrossiment de les fulles i augmentant la resistència mecànica; la llum vermella estimula l'allargament de la tija i accelera el creixement reproductiu. La combinació dels dos aconsegueix un equilibri entre l'estructura de la planta i el rendiment. La llum blava afavoreix l'acumulació de metabòlits secundaris com vitamines i antocianines, mentre que la llum vermella augmenta el contingut de sucre soluble. La llum combinada optimitza la síntesi tant de nutrients com de compostos de sabor PMC.
Relacions de llum variables per a diferents etapes de creixement
Per a les verdures de fulla en l'etapa de plàntules, es requereix una proporció de llum blava més alta (4:1-7:1) per promoure el creixement de la tija i les fulles. Durant les etapes de floració i fructificació, canviar a una proporció de llum vermella més alta (9:1) pot augmentar el rendiment.
Millora significativa de l'eficiència
En comparació amb les fonts de llum d'espectre complet, la llum vermell-blava combinada se centra en el rang de longitud d'ona efectiu, reduint el consum d'energia causat per espectres ineficaços, aconseguint així un major rendiment de biomassa per unitat d'energia elèctrica.
Integració d'efectes multidimensionals
Els sistemes de control intel·ligents poden integrar longituds d'ona ultraviolada per aconseguir funcions compostes com ara el desenvolupament de les arrels, la inhibició de l'allargament de les plàntules i la millora del color de les flors. Per exemple, les suculentes poden aconseguir una forma de planta compacta i colors vius mitjançant la tecnologia d'atenuació dinàmica.
Les següents són les proporcions de llum vermell-blava habituals per a diferents plantes, com a referència en el disseny o l'adquisició:
1. Apte per a verdures de fulla o plantes ornamentals de fulla ampla, com ara enciam, espinacs i col xinesa.
2.Adequat per a plantes que requereixen una il·luminació suplementària durant tot el seu cicle de creixement, com les suculentes.
3.Adequat per a plantes amb flors i fruites, com ara tomàquets, albergínies i cogombres.
Com complementar la llum per a les plantes
Com triar llums de cultiu adequades per a plantes d'interior?
La llum natural normalment no compleix els requisits per al creixement saludable dels cultius. Mitjançant l'ús de llums de creixement LED, podeu controlar eficaçment la tendència de creixement dels cultius i augmentar els rendiments. Tant si es cultiven verdures, fruites o flors en hivernacles, sistemes de cultiu verticals o altres instal·lacions interiors, els llums de cultiu LED poden proporcionar una cura òptima adaptada a les característiques específiques de cada cultiu. S'ha demostrat que els llums de cultiu LED produïts per Sena Optoelectronics afavoreixen un creixement uniforme dels cultius, millorant així la qualitat i el rendiment dels cultius.
Els estudis experimentals han demostrat que la il·luminació suplementària millora l'entorn de llum, donant lloc a millores en la longitud de la tija de la planta, el diàmetre de la tija i la mida de la fulla. Després de complementar la llum, la intensitat de la llum real es pot ajustar en conseqüència per millorar l'eficiència general de l'ús de l'energia de la llum. Els rendiments dels cultius poden augmentar aproximadament un 25% i l'eficiència en l'ús de l'aigua pot augmentar un 3,1%.
A més, quan s'utilitza il·luminació suplementària LED als hivernacles durant l'hivern, per maximitzar l'efecte de la il·luminació suplementària, la temperatura de l'hivernacle s'ha de controlar adequadament, la qual cosa pot augmentar el consum d'energia de calefacció. Això ajudarà a optimitzar de manera integral l'estratègia d'il·luminació suplementària LED i millorar l'eficiència de la producció d'hivernacle i els beneficis econòmics. Les formes habituals d'il·luminació suplementària són les següents: a) Combinació de llum vermella-blava: la llum vermella (660 nm) afavoreix la síntesi de clorofil·la, la floració i la fructificació, mentre que la llum blava (450 nm) millora el creixement de la tija i les fulles. La combinació d'ambdues millora l'eficiència fotosintètica.b) Llums d'-espectre complet: simula la llum natural, adequada per a necessitats d'il·luminació suplementària a-a llarg termini i evita l'allargament excessiu de la planta o la reducció de la resistència.c) Làmpades de xenó: la intensitat de la llum és propera a la llum natural, apta per a plantes d'-alt valor, però generen una gran quantitat de calor, consumeixen i generen una gran quantitat de calor, consumeixen i tenen una gran quantitat de calor.
En dies ennuvolats o plujosos, s'ha de proporcionar una il·luminació addicional durant tot el dia. Els dies assolellats, quan la llum natural disminueix, la il·luminació es pot encendre entre les 15 i les 16 hores, assegurant que la durada total de la llum diària es controla entre 10 i 12 hores. La il·luminació suplementària contínua durant més de 16 hores pot provocar una fotoinhibició, que es caracteritza per la cremada o el groguenc del marge de la fulla.
S'ha d'implementar una il·luminació addicional quan la temperatura ambient sigui superior o igual a 15 graus. Les baixes temperatures inhibeixen la fotosíntesi. A l'hivern o quan la llum natural és insuficient, la durada de la il·luminació suplementària es pot ampliar a 14 hores, però s'han de fer ajustos en funció de les espècies vegetals.
Quan la intensitat de la llum natural cau per sota de 100 μmol/m²·s, s'ha d'activar la il·luminació suplementària per mantenir la densitat de flux de fotons fotosintètics (PPFD) entre 200 i 1000 μmol/m²·s. S'han d'utilitzar sensors de llum per controlar la uniformitat de la llum a les fulles, evitant la sobre-irradiació local o la il·luminació insuficient. Les fonts de llum d'alta-intensitat s'han d'utilitzar juntament amb cortines d'ombra o reguladors d'intensitat per evitar danys ultraviolats a les fulles.
Per a plantes de balcons o d'interior (com ara plantes d'aranya o chlorophytum comosum), és recomanable utilitzar il·luminació suplementària LED de baixa potència -de 8 a 12 hores al dia.
En hivernacles, es poden integrar sistemes automatitzats per ajustar dinàmicament l'alçada de la il·luminació suplementària segons l'alçada de la planta, reduint així el consum d'energia. En combinar el disseny d'il·luminació científica amb un manteniment precís, les plantes verdes poden mantenir un aspecte vibrant i accelerar el creixement. Les millores en l'eficàcia de la il·luminació suplementària s'han d'optimitzar juntament amb la gestió de la temperatura i l'aigua-de fertilitzants.
Com triar una llum de creixement adequada per a plantes d'interior?
Quan es conreen diversos cultius en instal·lacions interiors amb llum natural insuficient, sovint s'utilitzen llums de cultiu LED per accelerar el creixement de les plantes i promoure un desenvolupament saludable. Tant si conreu verdures com fruites a l'interior, els llums de cultiu LED poden complementar la llum natural, optimitzar la composició espectral i augmentar la intensitat de la llum sense generar excés de calor.
A més, la il·luminació LED millora eficaçment la brillantor alhora que redueix el consum d'energia. La selecció de llums de cultiu adaptades al cultiu d'hortalisses de fulla ajuda els productors a augmentar els rendiments per unitat de superfície alhora que s'adapten a les característiques úniques dels cultius-com ara millorar el gust, millorar el valor nutricional i allargar la vida útil. Els diferents dispositius d'il·luminació varien en el rang espectral i la intensitat de la llum, la qual cosa afecta directament el creixement i el desenvolupament de les verdures de fulla. En general, els llums de cultiu que combinen llum blava i vermella són els més adequats.
Per a la majoria de les verdures de fulla durant l'etapa de creixement vegetatiu (fase de desenvolupament de tija i fulla), es recomana una proporció de llum vermella-a-blava de 4:1. Aquesta relació equilibra el paper de la llum vermella en l'augment de la fotosíntesi i l'avantatge de la llum blava en la regulació de la morfologia de les fulles. Per exemple, les verdures de fulla verda comunes com l'enciam i els espinacs aconsegueixen una acumulació eficient d'hidrats de carboni i un creixement coordinat de les fulles de tija- sota aquesta proporció de llum.
La proporció de llum vermella-blava per al cultiu d'hortalisses de fulla d'interior s'ha d'ajustar dinàmicament segons l'etapa de creixement:
Estratègia de control basada en etapa-
Etapa de plàntules
Fase dominant-de llum blava: una proporció de llum-a-blava de3:1 a 5:1és òptima. Augmentar la proporció de llum blava al 30%-50% promou el desenvolupament de les arrels i la diferenciació de les fulles, prevé l'allargament excessiu de la tija i millora significativament el vigor de les plàntules.
Etapa de creixement ràpid
Fase-de llum vermella millorada: ajusta gradualment la proporció de llum-a-blava a4:1 a 5:1. Augmentar la proporció de llum vermella (630–660 nm) augmenta les taxes fotosintètiques. Combinat amb una intensitat de llum de 200-300 μmol/m²/s, això pot augmentar la taxa de creixement diària en més d'un 30%.
-Etapa prèvia a la collita
Suplement -de llum vermella llunyana: mantenint la proporció espectral del nucli de 4:1, es pot afegir una petita quantitat de llum vermella llunyana (720–740 nm). Això afavoreix l'expansió de les fulles i l'allargament cel·lular, augmentant el pes fresc i la comercialització de les verdures de fulla.
Ajustos per requisits especials
Varietats de collita múltiples-(p. ex., cibulet xinès, espinacs d'aigua): manteniu una proporció estable de 4:1 per evitar l'esgotament de nutrients.
Varietats d'-clorofil·la alta(p. ex., kale): augmenta la proporció de llum blava al 25%-30% per millorar la síntesi de pigments.
Nota: En aplicacions pràctiques, s'aconsella seleccionar llums de creixement LED ajustables espectralment. -Ajusteu els paràmetres de llum en funció de varietats de cultius i entorns de cultiu específics, utilitzant indicadors morfològics com el gruix de la fulla i la rigidesa de la tija com a criteris de referència.
Els diferents vegetals tenen requisits espectrals diferents al llarg dels seus cicles de creixement, de la mateixa manera que els humans tenen preferències alimentàries. Per exemple, les verdures de fulla requereixen una proporció relativament alta de llum blava al llarg del seu cicle de creixement. La llum blava estimula el creixement de les fulles, donant lloc a un fullatge més exuberant i verd-per exemple, una llum blava suficient ajuda a que l'enciam i els espinacs desenvolupin fulles més àmplies i tendres. Per a les verdures amb fruita com els pebrots i els tomàquets, la llum vermella juga un paper crític durant les etapes de floració i fructificació: estimula la diferenciació dels brots florals, afavoreix la formació de fruites i produeix fruits més grans i més gruixuts. Quan compreu llums de cultiu, comproveu sempre els paràmetres espectrals del producte i trieu models que permetin un ajust flexible de les proporcions espectrals per satisfer les necessitats específiques de creixement de les vostres hortalisses.
Quins factors s'han de tenir en compte a l'hora d'utilitzar llums de cultiu interiors?
1.Controlar la durada i la intensitat de la llum
Intensitat de la llum, mesurada enPPFD (densitat de flux de fotons fotosintètics)amb la unitat μmol/m²・s, és un indicador clau del rendiment de la llum de creixement. Les verdures de fulla requereixen molta llum, però una intensitat de llum excessiva o una exposició prolongada poden afectar negativament el seu creixement.
En general, la durada de la llum diària s'ha de controlar aproximadament10-12 hores. Les plàntules són delicades i només requereixen una intensitat lleugera80–150 μmol/m²·sper garantir una cura suau i un creixement robust. A mesura que les verdures entren en l'etapa de creixement ràpid, la seva demanda d'intensitat de llum augmenta-al voltant200–400 μmol/m²·ses necessita per satisfer els requisits fotosintètics i proporcionar energia suficient per a un creixement vigorós. Durant l'etapa de floració i fructificació, algunes hortalisses fins i tot poden requerir una intensitat de llum superior500 μmol/m²·sper afavorir el desenvolupament de la fruita.
Per tant, és crucial seleccionar llums de creixement LED ambrangs d'intensitat de llum ajustablesque s'alineen amb els requisits de les diferents etapes de creixement vegetal.
2. Controlar el subministrament de nutrients i aigua
Si bé els llums de cultiu proporcionen il·luminació a les plantes, el subministrament de nutrients i aigua és igualment crucial. Quan es conreu enciam, cal aportar una quantitat adequada de solució nutritiva i aigua per garantir el seu creixement i desenvolupament. La suplementació moderada de fertilitzants nitrogenats (per exemple, fertilitzant de soja) pot afavorir la síntesi de clorofil·la, i el magnesi-com a component bàsic de la clorofil·la- també s'ha de reposar regularment.
A més, afegir closques de fruits secs descompostes (com ara closques de llavors de gira-sol) al sòl pot millorar la permeabilitat a l'aire i millorar la capacitat d'absorció de les arrels. A més, s'ha de dur a terme la ventilació i la regulació del gas (augment de la concentració de diòxid de carboni), juntament amb el control de la temperatura i la humitat (mantenint entre el 50 i el 70% d'HR), per prevenir malalties causades per altes temperatures i humitat.
3. Alçada de muntatge i uniformitat de la llum
Les llums de creixement varien en la potència de sortida i la intensitat de la llum corresponent. Quan seleccioneu una llum de creixement, tingueu en compte la seva alçada de muntatge-alta-llums suplementàries de potència normalment ofereixen una intensitat de llum relativament més alta.
En termes generals, com més a prop estigui la font de llum de les plantes, més alta serà la PPFD (Densitat de flux de fotons fotosintètics), el que significa que les plantes poden rebre una il·luminació més eficaç. Tanmateix, a mesura que augmenta la distància de la llum de creixement, l'àrea de cobertura de la llum s'expandeix mentre la intensitat de la llum disminueix en conseqüència. Les llums de cultiu sense disseny òptic professional presenten una disparitat important entre la il·luminació central i la perifèrica, que tendeix a provocar una il·luminació suplementària desigual i un malbaratament d'energia lumínica.
