1. کنترل سطح کوانتومی{1}}فتوسنتز: اعمال ترکیبی گیرنده های قرمز، آبی و نور
کلروپلاست ها قسمت هایی از گیاهان هستند که فتوسنتز را انجام می دهند. آنها امواج نور خاصی را جذب و تغییر می دهند. مطالعات نشان میدهند که اثربخشی جذب کلروفیل a/b در طیفهای نور آبی 660 نانومتری قرمز و 450 نانومتری به حداکثر میرسد، در حالی که کاروتنوئیدها جذب نور آبی-بنفش 500 نانومتری را افزایش میدهند. این ترجیح طیف ذاتی به فناوری LED یک چارچوب زمانی بسیار خاص برای مداخله می دهد.
روش اصلی کار چراغهای الایدی گیاهی، کار با هم برای کنترل رنگدانههای حساس به نور و کریپتوکروم است. فیتوکروم با تشخیص نور قرمز در طول موج 660 نانومتر و نور قرمز دور در طول موج 730 نانومتر، زمان جوانه زدن دانه ها، شکوفه دادن گل ها و تغییر ساعت بدن را کنترل می کند. به عنوان مثال، گلخانهها در مغولستان داخلی، در روزهای ابری و برفی، هر روز 4 تا 6 ساعت نور اضافی (200 میکرومول بر متر مربع) به گیاهان یک روزه کوتاه-میدهند. این امر با افزایش تابش نور قرمز که منجر به افزایش ۲۵ درصدی تولید خیار در برابر روند می شود، خواب آنها را می شکند. کریپتوکروم به نور آبی و فرابنفش واکنش نشان می دهد که باز و بسته شدن روزنه ها و ساعت بیولوژیکی را تغییر می دهد. پایه گل یوننان از تنظیم نور آبی استفاده می کند تا ساقه های گل رز را 20 درصد ضخیم تر کند و از کشیدگی هیپولپه جلوگیری کند که باعث می شود محصولات برگی (مانند برگ کاهو) 15 درصد ضخیم تر شود و شکل فشرده ای به گیاهان می دهد.
پیشرفت تکنولوژیکی فرمول نور پویا این ظرفیت تنظیم را افزایش می دهد. شوگوانگ، شاندونگ، از چراغ های LED با 80 درصد نور قرمز برای پرورش گوجه فرنگی استفاده می کند. این میزان فتوسنتز را 50٪ و بازده را 14٪ تا 30٪ افزایش می دهد. اما دستور رنگآمیزی Xinnuofei برای کاهوی برگدار، محتوای آنتوسیانین کاهوی برگدار قرمز را 2.3 برابر افزایش داده، محتوای نیترات را تا 41 درصد کاهش داده و با تغییر نسبت طیفی قبل از برداشت، 6 روز به ماندگاری آن اضافه کرده است. این تغییر از «تامین انرژی» به «برنامه ریزی مورفولوژیکی» نشان می دهد که فناوری LED به مرحله تنظیم دقیق در سطح مولکولی رسیده است.
2. انقلاب بهره وری انرژی: جهشی از استفاده از انرژی زیاد به ساخت کربن کم
مزیت اصلی چراغ های LED این است که انرژی را به گونه ای مصرف می کنند که بسیار مخرب است. داده های مقایسه ای نشان می دهد که سیستم های LED دارای راندمان تبدیل فوتوالکتریک 40٪ هستند. این بدان معناست که آنها 75٪ انرژی کمتری نسبت به لامپ های سدیم{4} فشار قوی مصرف می کنند و بیش از 30000 ساعت دوام می آورند. برای یک گلخانه 50 هکتاری، هزینه تجهیزات بین 40000 تا 60000 یوان است و نسبت برگشت برق بیش از 1:5 است. این جهش در بهره وری انرژی مستقیماً مسئول تغییر در صنعت است. تا سال 2031، ارزش بازار جهانی نور کارخانه LED بیش از 4.99 میلیارد دلار تخمین زده می شود که نرخ رشد سالانه مرکب آن در چین 21 درصد است.
کلید کارآمدتر کردن مصرف انرژی، پیشرفت فناوری در مدیریت حرارتی است. وقتی از لامپهای سدیم{1} معمولی با فشار بالا استفاده میکنید، 65 درصد انرژی که تولید میکنند به گرما تبدیل میشود. این بدان معناست که برای حفظ دمای اتاق به یک سیستم خنک کننده جداگانه نیاز دارید. چراغ کارخانه LED دارای یک پوشش آلومینیومی{5}}از بین بردن حرارت و ساختار ضد آب IP65 است. دمای تیغه فقط 2 تا 3 درجه افزایش می یابد، بنابراین خطر سوختگی حرارتی وجود ندارد. این ویژگی خروجی حرارت کم در مزرعه عمودی صحرای دبی، فضای بین لایههای قفسههای کاشت چندلایه را تا 30 سانتیمتر کاهش میدهد. عملکرد در واحد سطح 350 برابر اراضی کشاورزی معمولی است.
اهمیت اقتصادی انعطاف پذیری طیفی بیشتر مورد تاکید قرار می گیرد. LED با طیف کامل از فناوری پوشش فلورسنت برای تقلید از طیف کامل نور خورشید استفاده می کند. این شامل نور UV (280-400 نانومتر) و مادون قرمز دور (720-1000 نانومتر) است که می تواند تجمع متابولیت های ثانویه گیاهی مانند جین سنوزیدها و آنتوسیانین ها را کنترل کند. سری فیلیپس GreenPower مقادیر مختلفی از نور قرمز و آبی را برای نهال های گوجه فرنگی در مراحل مختلف رشد تنظیم می کند. عملکرد گروه آزمایش تقریباً دو برابر گروه کنترل است و سطح لیکوپن و ویتامین C بسیار بالاتر است.
3. تجدید ساختار صنعتی: حرکت از آزمایشگاه ها به بازارهای جهانی
چراغهای الایدی کارخانهای به دلیل مزایای تکنولوژیکی خود، زنجیره صنعتی کشاورزی را تغییر میدهند. بازار لامپ های رشد گیاهی در چین در سال 2022 بیش از 1.6 میلیارد یوان ارزش داشت و تعداد واحدهای فروخته شده 15.141 میلیون واحد بود که 19.09 درصد نسبت به سال قبل افزایش داشت. فناوری LED در حال شکستن محدودیتهای مکانی است و امکان کاربردهای بیشتر و بیشتری را فراهم میکند. به عنوان مثال، می توان از آن برای روشنایی گلخانه ها، کارخانه های گیاهی و حتی اکوسیستم های فضایی برای کاشت در فضا استفاده کرد. همچنین می توان از آن برای ایجاد مزارع بالکن برای باغبانی خانگی استفاده کرد.
یک مثال خوب از انقلاب بهره وری مزارع عمودی است. AeroFarms در ایالات متحده از یک سیستم کم نور هوشمند استفاده می کند که نسبت طیفی را بر اساس مرحله رشد گیاه تغییر می دهد. به عنوان مثال، در مرحله نهال، مقدار نور آبی به 30 درصد و در مرحله گلدهی، میزان نور قرمز به 85 درصد می رسد. این مدیریت دقیق چرخه رشد کاهو را تا 40 درصد به نصف کاهش می دهد، 90 درصد آب بیشتری مصرف می کند و پنج برابر عملکرد در واحد سطح کاشت استاندارد می شود.
رقابت در بازار صادرات برای فناوری به همان اندازه سخت است. شرکتهای چینی مانند Yaorong Technology به دلیل هزینههای پایین نیروی کار و توانایی انجام تحقیق و توسعه حرفهای، نام خود را در بازار جهانی به دست آوردهاند. محصولات این شرکت هر دو گواهینامه EU CE و US UL را دریافت کرده اند. صادرات 65 درصد از درآمد کلی شرکت را تشکیل می دهد. در آمریکای شمالی، 85 درصد از تولیدکنندگان قانونی ماری جوانا به سیستم های LED روی آورده اند که هزینه های انرژی را تا 62 درصد کاهش داده و سطح THC را تا 18 درصد افزایش می دهد.
