一, Nozioni di base di fotobiologia: come le piante assorbono e rispondono alla luce
I cloroplasti nelle piante includono pigmenti fotosintetici che consentono loro di assorbire determinate lunghezze d'onda della luce. Le bande principali che guidano la fotosintesi sono la luce rossa (600–700 nm) e la luce blu (400–500 nm). La luce rossa controlla la morfogenesi della luce utilizzando pigmenti fotosensibili per far crescere gli steli e produrre carboidrati; la luce blu impedisce agli steli di crescere troppo, fa accumulare clorofilla e proteine attraverso il criptocromo e fa crescere gli steli più a lungo. Quando il rapporto tra luce rossa e luce blu è 4:1, gli esperimenti hanno dimostrato che l’accumulo di sostanza secca della lattuga aumenta del 30% rispetto alla luce monocromatica e il contenuto di clorofilla aumenta del 22%.
Anche il rapporto tra la luce rossa lontana (700–800 nm) e la luce rossa (R/FR) è molto importante per la crescita delle piante. Le piante allungheranno i nodi dello stelo ed espanderanno l'area fogliare attraverso la "risposta di evitamento dell'ombra" per competere per le risorse luminose quando il rapporto R/FR diminuisce. Questa tecnica è molto essenziale per le colture piantate ravvicinate, come i pomodori coltivati in verticale, dove la modifica del rapporto R/FR può ridurre l'altezza della pianta del 18% e aumentare la produzione di frutti del 15%.
2, Vantaggi della tecnologia LED: controllo accurato e rivoluzione nell'efficienza energetica
1. Sintonizzazione spettrale: un grande passo avanti dalla luce monocromatica all'intero spettro
Le sorgenti luminose convenzionali, come le lampade al sodio ad alta-pressione (HPS), focalizzano i loro spettri sulla luce gialla-verde (550–600 nm). Le piante, invece, assorbono solo meno del 5% della luce verde. La tecnologia LED può modificare lo spettro della luce in modo molto preciso controllando separatamente i chip di luce rossa, blu e bianca. La lampada di crescita a LED della serie FloraFlex, ad esempio, utilizza luce rossa intensa da 660 nm, luce blu da 450 nm e luce bianca da 5000 K. Ha una densità di flusso di fotoni fotosintetici (PPFD) di 1200 μ mol/m ²/s, che è il 40% più efficiente dal punto di vista energetico-rispetto alle lampade HPS.
2. Caratteristiche di una sorgente di luce fredda: superare i limiti geografici
I LED hanno una luminosità superiore a 200 lm/W e producono solo 1/5 del calore rispetto alle lampade HPS. Grazie a questa caratteristica, il pannello luminoso a LED può essere posizionato vicino alla chioma della pianta (a 10-30 cm di distanza), il che rende l'intensità della luce per unità di superficie 3-5 volte più forte. Un sistema di coltivazione tridimensionale a LED multi-strato-viene utilizzato in una fattoria verticale a Shenzhen. Questa tecnologia utilizza la terra 8 volte in modo più efficiente rispetto alle tipiche aziende agricole e utilizza il 92% di acqua in meno.
3. Controllo di un ambiente luminoso dinamico che imita i ritmi naturali
Il LED può modificare dinamicamente la luminosità, il colore e la durata della luce con l'aiuto di un sistema di controllo intelligente. Ad esempio, durante la fase di semina della lattuga, un ciclo di luce blu di 16 ore e di luce rossa di 8 ore può aumentare il tasso di germinazione dei semi dal 78% al 92%. Inoltre, durante il periodo di induzione della fioritura, aumentando la quantità di luce rossa lontana dal 5% al 15% è possibile far fiorire i crisantemi 7 giorni prima.
3, Casi d'uso nel settore: dal laboratorio alla produzione commerciale
1. Fabbrica di piante: uno standard per produrre oggetti in fabbrica
Mirai Corporation gestisce in Giappone lo stabilimento produttivo più grande del mondo, che copre un'area di 23.000 metri quadrati e utilizza solo luci a LED. Produce 30.000 kg di verdure all'anno. Il sistema può modificare automaticamente la formula spettrale tenendo d'occhio i fattori ambientali in tempo reale. Ad esempio, la luce rossa e blu sono i colori principali durante il periodo di crescita nutrizionale (rapporto 3:1), mentre la luce rossa lontana viene aggiunta durante il periodo di crescita riproduttiva (R/FR=0.8). Ciò si traduce in un contenuto di CV che è 1,8 volte superiore a quello della piantagione di lattuga all’aperto.
2. Agricoltura verticale: un cambiamento nel modo in cui le città utilizzano lo spazio
Sky Greens a Singapore ha progettato un rack di coltivazione tridimensionale a forma di A--con strisce luminose a LED su ogni strato che possono essere regolate a diverse angolazioni. L'approccio "luce rossa mattutina + luce blu pomeridiana"-condivisione della fornitura di luce viene utilizzato per coltivare verdure a foglia. Ciò aumenta la resa per unità di superficie di quattro volte rispetto alla tipica agricoltura di pianura. Questa tecnologia è stata spinta in luoghi dove l’acqua è difficile da ottenere, come Dubai, dove utilizza solo 2,5 litri di acqua per chilogrammo di verdura.
3. Giardinaggio domestico: rendere più popolare la piantumazione personalizzata
Per le piante da balcone sono ora disponibili cassette LED con spettro regolabile. Ad esempio, la serie AeroGarden dispone di luci LED rosse, blu e bianche che possono essere regolate tramite un'app per ridurre il ciclo di crescita delle piante di vaniglia del 30% in termini di durata e intensità delle luci. L’aggiunta di luci a LED in luoghi con luce limitata, come i balconi che si affacciano a nord, può far crescere gli steli dell’edera verde del 44% più a lungo e le foglie del 15% più larghe.
4, Problemi e tendenze del settore
1. Blocco tecnico: ottimizzare lo spettro e contenere i costi
Il costo di acquisto delle luci di crescita a LED è ancora da 2 a 3 volte superiore a quello delle lampade HPS. Anche se una lunga durata (oltre 50.000 ore) può far risparmiare sulle spese operative a lungo-termine, la tecnologia di personalizzazione spettrale deve ancora fare progressi. Il database della "formula leggera" per varie colture non è ancora terminato e necessita di molti più test sul campo per ottenere dati sufficienti.
2. Nessuno standard: lacune nella regolamentazione del mercato
Il mercato globale dell'illuminazione degli impianti a LED non prevede standard coerenti e alcuni prodotti presentano difficoltà, ad esempio la falsa etichettatura dello spettro e le frodi in materia di efficienza energetica. Le "Specifiche tecniche per le lampade a LED per la crescita delle piante" sono state redatte dal Ministero cinese dell'Agricoltura e degli Affari rurali. Specificherà gli standard richiesti per fattori importanti tra cui PPFD e rapporto R/FR.
3. La traiettoria dell’innovazione è verso l’intelligenza e l’integrazione multifunzionale.
In futuro, le luci di crescita a LED saranno in grado di controllare la "temperatura della luce, l'umidità dell'aria" tutto in una volta. Il sistema GrowWise di Philips nei Paesi Bassi, ad esempio, utilizza pannelli luminosi a LED con sensori per tenere d'occhio la velocità con cui le piante traspirano e modificare automaticamente l'intensità della luce. Ciò consente un migliore utilizzo delle risorse idriche del 60%.
