1. Les bases científiques de la fotosíntesi: diàleg quàntic entre plantes i llum Les necessitats espectrals per a la fotosíntesi
La clorofil·la i els carotenoides són les parts principals de la fotosíntesi de les plantes. Absorbeixen determinades longituds d'ona de la llum. En el rang de llum vermella de 620–680 nm i el rang de llum blava de 430–460 nm, la clorofil·la a/b absorbeix més llum. En el rang de llum blava violeta de 400 a 500 nm, els carotenoides ajuden a l'absorció. Aquesta selecció natural prové de com s'estén l'espectre solar a mesura que la Terra va evolucionar. La llum vermella representa aproximadament el 42% de la llum visible a la superfície, mentre que la llum blava representa al voltant del 10%. Això és exactament el que necessiten les plantes per captar la llum.
Regulació del Fotoperíode i Morfologia de la Llum
El criptocrom i el fitocrom constitueixen el sistema de la planta per veure la llum. La llum vermella (660 nm) canvia la forma del pigment fotosensible Pr en Pfr, que provoca reaccions fisiològiques com la germinació de llavors i la inhibició de l'allargament de la tija. La llum vermella llunyana (730 nm) fa el contrari. El criptocrom controla l'obertura i el tancament dels estomes, els ritmes circadians i la producció d'antocians detectant llum blava (450 nm). Aquest mecanisme de regulació de la llum a nivell molecular-permet que les plantes canviïn el seu desenvolupament en funció de la quantitat de llum que rebin.
Nombres que mostren el bon funcionament de la fotosíntesi
PPFD (densitat de flux de fotons fotosintètics) i YPFD (densitat de flux de fotons de rendiment) són dos números importants que us indiquen com funciona la llum. Un PPFD d'1 μ mol/m²/s significa obtenir 1 fotó micromolar per segon per metre quadrat. YPFD, d'altra banda, ofereix una millor imatge de com s'utilitza l'energia lumínica tenint en compte la quantitat de fotosíntesi que contribueixen les diferents longituds d'ona. Quan l'enciam està exposat a un espectre de llum blava del 40%, té un 20% més de vitamina C i fulles un 15% més gruixudes. Quan la llum vermella representa el 60% de la llum, la quantitat de matèria seca augmenta un 25%.
2. La revolució agrícola de la tecnologia LED: anar del laboratori a la fàbrica (1) La revolució de la "fórmula lleugera" a les fàbriques de plantes
La fàbrica de plantes Yangling utilitza un sistema de cultiu tridimensional amb capes i cada capa té el seu propi mòdul de control espectral. S'utilitza un "àpat lleuger suau" amb un 60% de llum blava per ajudar a que les arrels creixin i les tiges s'espesseixin durant l'etapa de plàntula. Durant el període de creixement nutricional, un "àpat lleuger de sacietat" 1:1 de llum vermella i blava accelera l'acumulació de productes fotosintètics. Durant el període de creixement reproductiu, la quantitat de llum vermella llunyana augmenta per controlar el moment de la floració i la qualitat del fruit. Aquesta gestió espectral dinàmica permet que l'enciam produeixi 2500 llavors per dia per 1469 metres quadrats, que és 50 vegades més que les granges típiques.
Motor accionat per llum per accelerar la reproducció
Mitjançant la gestió del fotoperíode, el Centre Tecnològic Yangling del grup Sinochem Syngenta a la Xina és capaç de conrear cinc generacions de blat de moro cada any. La tecnologia LED de l'hivernacle intel·ligent imita la llum solar tropical, escurçant el cicle reproductiu de 120 dies a 48 dies. El mètode per regular la qualitat de la llum va fer que el pol·len de les espigues masculines fos més actiu en un 30%, la taxa de pol·linització de les espigues femenines en un 25% i el pes de 1000 grans en 5 grams per acre. El sistema de control ambiental IoT fa que la cria sigui 2,5 vegades més eficient que l'antic mode de camp.
La "Revolució de l'eficiència de la llum" en l'agricultura d'instal·lacions
La cooperativa agrícola de Baoshihong al comtat de Yanggao, província de Shanxi, mostra que l'ús de llums LED ha augmentat el nombre de capes de fruita a les plantes de tomàquet de tres a cinc i els ingressos anuals de cada hivernacle en 20.000 iuans. Els 700 iuans per temporada d'electricitat i els 2000 iuans per temporada d'estalvi de fertilitzants han donat lloc a grans guanys econòmics. Segons les dades del mercat, les hortalisses-conreades en instal·lacions que utilitzen llum d'ompliment LED tenen un 18% més de vitamina C, un 22% menys de nitrats i un 15% més de taxa de producte.
3. Avenços i millores tecnològiques en el sector: el creixement de la il·luminació agrícola LED
Precisió en l'espectre
En combinar molts xips, la tecnologia LED d'espectre complet pot produir una sortida espectral contínua de 400-780 nm. També és un 40% més eficient que les llums fluorescents típiques, amb una eficiència lumínica de 2,8 μ mol/J. La granja vertical de Qingdao utilitza un disseny espectral propietari que redueix el temps que triga a créixer l'enciam en 15 dies i la quantitat d'energia que utilitza en un 35%.
Una revolució en l'eficiència energètica
El xip LED de tercera generació augmenta l'eficiència de la llum a 3,2 μ mol/J. Funciona amb un mecanisme d'atenuació intel·ligent per proporcionar-vos llum quan ho necessiteu. La informació de Yangling Demonstration Park demostra que el control dinàmic de la il·luminació ha reduït l'ús d'energia per unitat de sortida de 0,35 kWh/kg a 0,22 kWh/kg, que ara es troba a nivell internacional avançat.
Integració intel·ligent
S'ha produït un sistema de connexió de "fertilitzant d'aigua a temperatura lleugera" gràcies a la combinació d'IA i Internet de les coses. El sistema de gestió intel·ligent de Lanjian Intelligent Technology Plant Factory recull dades ambientals cada 30 segons i les utilitza per optimitzar la intensitat de la llum, la relació espectral i la concentració de CO₂. La investigació va trobar que la tècnica va fer créixer l'enciam un 18% més ràpid i reduir les plagues i les infeccions en un 40%.
