1. De wetenschappelijke code voor fotosynthese: een kwantumdialoog tussen planten en licht
Chlorofyl en carotenoïden zijn de pigmenten die bepaalde golflengten van licht absorberen tijdens fotosynthese in planten. Chlorofyl a/b absorbeert het meeste licht in het rode lichtbereik van 620–680 nm en het blauwe lichtbereik van 430–460 nm. Carotenoïden helpen bij het absorberen van licht in het blauwe-violette lichtbereik van 400–500 nm. Deze natuurlijke selectie komt voort uit de manier waarop het zonnespectrum over het aardoppervlak is verspreid: rood licht vormt ongeveer 42% van het zichtbare licht en blauw licht ongeveer 10%. Dit is precies wat planten nodig hebben om licht te vangen.
Het lichtwaarnemingssysteem van de plant bestaat uit fytochroom en cryptochroom. Rood licht (660 nm) verandert de vorm van het lichtgevoelige pigment Pr in Pfr, wat fysiologische reacties veroorzaakt zoals het ontkiemen van zaden en remming van de stengelverlenging. Verrood licht (730 nm) doet het tegenovergestelde. Cryptochroom regelt het openen en sluiten van huidmondjes, circadiane ritmes en de productie van anthocyanen door blauw licht (450 nm) te detecteren. Dankzij dit lichtregulerende systeem op moleculair-niveau kunnen planten de manier waarop ze zich ontwikkelen veranderen, afhankelijk van de hoeveelheid licht die ze krijgen.
De kwantitatieve analyse van PPFD (photosynthetic photon flux density) en YPFD (yield photon flux density) verheldert de fundamentele aard van verlichtingsefficiëntie. Een PPFD van 1 μmol/m²/s betekent dat elke vierkante meter 1 micromolair foton per seconde ontvangt. YPFD daarentegen laat zien hoe goed lichtenergie wordt gebruikt door rekening te houden met de fotosynthetische bijdragen van verschillende golflengten. Wanneer sla wordt blootgesteld aan een spectrum van 40% blauw licht, heeft deze 20% meer vitamine C en 15% dikkere bladeren. Wanneer rood licht 60% van het licht uitmaakt, neemt de hoeveelheid droge stof met 25% toe.
2. De agrarische revolutie van LED-technologie: van het laboratorium naar de fabriek (1) De 'lichtformule'-revolutie in fabrieksfabrieken01)(1)De Yangling Plant Factory maakt gebruik van een drie-dimensionaal kweeksysteem met lagen, en elke laag heeft zijn eigen spectrale controlemodule. Een "zachte lichte maaltijd" met 60% blauw licht wordt gebruikt om de wortels te helpen groeien en de stengels dikker te maken tijdens het zaailingstadium. Tijdens de voedingsgroeiperiode versnelt een 1:1 rood-blauw-licht "verzadigingslichtmaaltijd" de accumulatie van fotosynthetische producten. Tijdens de reproductieve groeiperiode wordt de hoeveelheid verrood licht vergroot om de timing van de bloei en de kwaliteit van het fruit te controleren. Dankzij dit dynamische spectrale beheer kan sla 2500 zaden per dag per 1469 vierkante meter produceren, wat 50 keer meer is dan op typische boerderijen.
(2) Motor aangedreven door licht om het fokken te versnellen
Door middel van fotoperiodebeheer kan het Yangling Technology Center van de Sinochem Syngenta Group in China jaarlijks vijf generaties maïs verbouwen. De LED-technologie in de slimme kas bootst tropisch zonlicht na, waardoor de voortplantingscyclus wordt verkort van 120 dagen naar 48 dagen. De methode voor het reguleren van de lichtkwaliteit zorgde ervoor dat het stuifmeel van mannelijke korenaren 30% actiever werd, de bestuivingssnelheid van vrouwelijke korenaren met 25% en het gewicht van 1000 granen met 5 gram per acre. Het IoT-omgevingscontrolesysteem maakt het fokken 2,5 keer efficiënter dan de oude veldmodus.
(3) De ‘lichtefficiëntierevolutie’ in de facilitaire landbouw
De Baoshihong Agricultural Cooperative in Yanggao County, provincie Shanxi, laat zien dat het gebruik van LED-verlichting het aantal lagen fruit op tomatenplanten heeft verhoogd van drie naar vijf en het jaarinkomen uit elke kas met 20.000 yuan. De 700 yuan per seizoen voor elektriciteit en de 2000 yuan per seizoen voor kunstmestbesparingen hebben tot grote economische winsten geleid. Volgens marktgegevens bevatten in de fabriek-groenten die LED-invullicht gebruiken, 18% meer vitamine C, 22% minder nitraat en 15% meer productdosering.
3. Technologische vooruitgang en verbeteringen in de industrie: de groei van LED-landbouwverlichting
(1) Precisie in het spectrum
Door veel chips te combineren kan LED-technologie met volledig spectrum een continue spectrale output van 400–780 nm produceren. Het is ook 40% efficiënter dan typische fluorescentielampen, met een lichtefficiëntie van 2,8 μmol/J. De Qingdao Vertical Farm maakt gebruik van een gepatenteerd spectraal ontwerp dat de groeitijd van sla met 15 dagen verkort en de hoeveelheid energie die het verbruikt met 35%.
(2) Een revolutie in energie-efficiëntie
De derde generatie LED-chip verhoogt de lichtefficiëntie tot 3,2 μmol/J. Het werkt met een intelligent dimmechanisme om u van licht te voorzien wanneer u het nodig heeft. De informatie van het Yangling Demonstration Park toont aan dat dynamische lichtregeling het energieverbruik per eenheid output heeft teruggebracht van 0,35 kWh/kg naar 0,22 kWh/kg, wat zich nu op het internationale geavanceerde niveau bevindt.
(3) Slimme integratie
Door de combinatie van AI en het Internet of Things is een ‘lichte temperatuur waterbemesting’-verbindingssysteem ontstaan. Het intelligente managementsysteem van Lanjian Intelligent Technology Plant Factory verzamelt elke 30 seconden omgevingsgegevens en gebruikt deze om de lichtintensiteit, spectrale verhouding en CO₂-concentratie te optimaliseren. Uit het onderzoek bleek dat de techniek ervoor zorgde dat sla 18% sneller groeide en het aantal plagen en infecties met 40% daalde.
