1. Le basi scientifiche della fotosintesi: dialogo quantistico tra piante e luce Le esigenze spettrali della fotosintesi
La clorofilla e i carotenoidi sono le parti principali della fotosintesi delle piante. Assorbono determinate lunghezze d'onda della luce. Nell’intervallo della luce rossa di 620–680 nm e nell’intervallo della luce blu di 430–460 nm, la clorofilla a/b assorbe la maggior parte della luce. Nell’intervallo di luce blu-viola di 400–500 nm, i carotenoidi aiutano l’assorbimento. Questa selezione naturale deriva dal modo in cui lo spettro solare si è diffuso durante l’evoluzione della Terra. La luce rossa costituisce circa il 42% della luce visibile sulla superficie, mentre la luce blu costituisce circa il 10%. Questo è esattamente ciò di cui le piante hanno bisogno per catturare la luce.
Regolazione del Fotoperiodo e della Morfologia della Luce
Il criptocromo e il fitocromo costituiscono il sistema della pianta per vedere la luce. La luce rossa (660 nm) modifica la forma del pigmento fotosensibile Pr in Pfr, provocando reazioni fisiologiche come la germinazione dei semi e l'inibizione dell'allungamento dello stelo. La luce rossa lontana (730 nm) fa il contrario. Il criptocromo controlla l'apertura e la chiusura degli stomi, i ritmi circadiani e la produzione di antociani rilevando la luce blu (450 nm). Questo meccanismo di regolazione della luce a livello molecolare- consente alle piante di modificare il modo in cui si sviluppano in base alla quantità di luce che ricevono.
Numeri che mostrano quanto bene funziona la fotosintesi
PPFD (densità del flusso di fotoni fotosintetici) e YPFD (densità del flusso di fotoni di resa) sono due numeri importanti che indicano quanto bene funziona la luce. Una PPFD di 1 μ mol/m ²/s significa ottenere 1 fotone micromolare al secondo per metro quadrato. YPFD, d’altro canto, fornisce un quadro migliore di quanto bene viene utilizzata l’energia luminosa tenendo conto di quanto contribuiscono alla fotosintesi le diverse lunghezze d’onda. Quando la lattuga è esposta a uno spettro di luce blu del 40%, contiene il 20% in più di vitamina C e foglie più spesse del 15%. Quando la luce rossa costituisce il 60% della luce, la quantità di sostanza secca aumenta del 25%.
2. La rivoluzione agricola della tecnologia LED: dal laboratorio alla fabbrica (1) La rivoluzione della “Light Formula” nelle fabbriche vegetali
La fabbrica di piante Yangling utilizza un sistema di coltivazione tridimensionale-a strati e ogni strato ha il proprio modulo di controllo spettrale. Un "pasto leggero" con il 60% di luce blu viene utilizzato per aiutare le radici a crescere e gli steli ad ispessirsi durante la fase di semina. Durante il periodo di crescita nutrizionale, un "pasto leggero saziante" con luce rossa blu 1:1 accelera l'accumulo di prodotti fotosintetici. Durante il periodo di crescita riproduttiva, la quantità di luce rossa lontana viene aumentata per controllare i tempi della fioritura e la qualità del frutto. Questa gestione spettrale dinamica consente alla lattuga di produrre 2.500 semi al giorno per 1.469 metri quadrati, ovvero 50 volte di più rispetto alle tipiche aziende agricole.
Motore azionato dalla luce per accelerare la riproduzione
Attraverso la gestione del fotoperiodo, il Centro tecnologico Yangling del gruppo Sinochem Syngenta in Cina è in grado di coltivare cinque generazioni di mais ogni anno. La tecnologia LED della serra intelligente imita la luce solare tropicale, abbreviando il ciclo riproduttivo da 120 giorni a 48 giorni. Il metodo per regolare la qualità della luce ha reso il polline delle spighe di mais maschili più attivo del 30%, il tasso di impollinazione delle spighe di mais femminili del 25% e il peso di 1000 chicchi di 5 grammi per acro. Il sistema di controllo ambientale IoT rende l’allevamento 2,5 volte più efficiente rispetto alla vecchia modalità sul campo.
La "rivoluzione dell'efficienza luminosa" nell'agricoltura delle strutture
La cooperativa agricola Baoshihong nella contea di Yanggao, nella provincia dello Shanxi, mostra che l'uso delle luci a LED ha aumentato il numero di strati di frutta sulle piante di pomodoro da tre a cinque e il reddito annuo di ciascuna serra di 20.000 yuan. Il risparmio di 700 yuan a stagione per l'elettricità e di 2.000 yuan a stagione per i fertilizzanti ha portato a grandi vantaggi economici. Secondo i dati di mercato, le verdure-coltivate che utilizzano la luce di riempimento a LED contengono il 18% in più di vitamina C, il 22% in meno di nitrati e il 15% in più di percentuale di prodotto.
3. Progressi tecnologici e miglioramenti nel settore: la crescita dell'illuminazione agricola a LED
Precisione nello spettro
Combinando molti chip, la tecnologia LED a spettro completo può produrre un'emissione spettrale continua di 400–780 nm. È inoltre più efficiente del 40% rispetto alle tipiche luci fluorescenti, con un'efficienza luminosa di 2,8 μmol/J. La Qingdao Vertical Farm utilizza un design spettrale proprietario che riduce il tempo necessario alla crescita della lattuga di 15 giorni e la quantità di energia utilizzata del 35%.
Una rivoluzione nell’efficienza energetica
Il chip LED di terza generazione aumenta l'efficienza luminosa a 3,2 μmol/J. Funziona con un meccanismo di regolazione intelligente per fornirti la luce quando ne hai bisogno. Le informazioni provenienti dal Yangling Demonstration Park dimostrano che il controllo dinamico dell'illuminazione ha ridotto il consumo di energia per unità di produzione da 0,35 kWh/kg a 0,22 kWh/kg, livello che ora è a un livello avanzato internazionale.
Integrazione intelligente
Grazie alla combinazione di intelligenza artificiale e Internet delle cose è nato un sistema di connessione "fertilizzante per acqua a temperatura leggera". Il sistema di gestione intelligente della Lanjian Intelligent Technology Plant Factory raccoglie dati ambientali ogni 30 secondi e li utilizza per ottimizzare l’intensità della luce, il rapporto spettrale e la concentrazione di CO₂. L'indagine ha rilevato che la tecnica ha fatto crescere la lattuga il 18% più velocemente e ha ridotto i parassiti e le infezioni del 40%.
