1. 광합성의 과학적 기초: 식물과 빛의 양자 대화 광합성에 필요한 스펙트럼
엽록소와 카로티노이드는 식물 광합성의 주요 부분입니다. 그들은 특정 파장의 빛을 흡수합니다. 620~680nm의 적색광 범위와 430~460nm의 청색광 범위에서는 엽록소 a/b가 가장 많은 빛을 흡수합니다. 400~500nm의 청자색광 범위에서 카로티노이드는 흡수를 돕습니다. 이러한 자연 선택은 지구가 진화하면서 태양 스펙트럼이 어떻게 퍼져나가는지에 따라 발생합니다. 적색광은 표면 가시광선의 약 42%를 차지하고 청색광은 약 10%를 차지합니다. 이것이 바로 식물이 빛을 포착하는 데 필요한 것입니다.
광주기와 빛 형태의 조절
크립토크롬과 피토크롬은 식물의 빛을 보는 시스템을 구성합니다. 적색광(660nm)은 감광성 색소 Pr의 형태를 Pfr로 변화시켜 종자 발아, 줄기 신장 억제 등의 생리적 반응을 일으킵니다. 원적외선(730nm)은 그 반대입니다. 크립토크롬은 청색광(450nm)을 감지하여 기공의 개폐, 생체리듬, 안토시아닌 생성을 제어합니다. 이 분자-수준의 빛 조절 메커니즘을 통해 식물은 빛의 양에 따라 성장 방식을 바꿀 수 있습니다.
광합성이 얼마나 잘 이루어지는지를 보여주는 숫자
PPFD(광합성 광자속 밀도)와 YPFD(수율 광자속 밀도)는 빛이 얼마나 잘 작동하는지 알려주는 두 가지 중요한 숫자입니다. 1μmol/m²/s의 PPFD는 평방미터당 초당 1마이크로몰의 광자를 얻는다는 의미입니다. 반면에 YPFD는 다양한 파장이 광합성에 기여하는 정도를 고려하여 빛 에너지가 얼마나 잘 사용되고 있는지 더 잘 보여줍니다. 상추는 40%의 청색광 스펙트럼에 노출되면 비타민 C가 20% 더 많고 잎이 15% 더 두꺼워집니다. 적색광이 빛의 60%를 차지하면 건조 물질의 양이 25% 증가합니다.
2. LED 기술의 농업 혁명: 실험실에서 공장으로 (1) 식물 공장의 "Light Formula" 혁명
Yangling 식물 공장은 층이 있는 3차원 재배 시스템을 사용하며, 각 층에는 자체 스펙트럼 제어 모듈이 있습니다. 블루라이트가 60% 함유된 '부드러운 가벼운 식사'는 묘목 단계에서 뿌리의 성장과 줄기의 굵어짐을 돕기 위해 사용됩니다. 영양 성장기 동안 1:1 적청광 '포만감 가벼운 식사'는 광합성 산물의 축적을 가속화합니다. 생식생장기에는 개화시기와 과실의 품질을 조절하기 위해 원적색광의 양을 증가시킨다. 이러한 동적 스펙트럼 관리를 통해 상추는 하루에 1469평방미터당 2500개의 종자를 생산할 수 있으며 이는 일반 농장보다 50배 더 많은 수치입니다.
번식 속도를 높이기 위해 빛으로 작동되는 엔진
중국 Sinochem Syngenta Group의 Yangling Technology Center는 광주기 관리를 통해 매년 5세대의 옥수수를 재배할 수 있습니다. 스마트 온실의 LED 기술은 열대 햇빛을 모방하여 번식 주기를 120일에서 48일로 단축합니다. 광질 조절 방법에 따라 수컷 옥수수 이삭의 꽃가루 활성도는 30%, 암컷 옥수수 이삭의 수분율은 25%, 1000알의 무게는 에이커당 5그램 증가했습니다. IoT 환경 제어 시스템을 통해 기존 필드 모드보다 사육 효율성이 2.5배 향상되었습니다.
시설 농업의 "조명 효율성 혁명"
Shanxi성 Yanggao현의 Baoshihong 농업 협동조합은 LED 조명을 사용하여 토마토 식물의 과일 층 수가 3층에서 5층으로 증가했으며 각 온실의 연간 수입이 20,000위안 증가했음을 보여줍니다. 계절당 700위안의 전기료와 계절당 2000위안의 비료 절약으로 큰 경제적 이익을 얻었습니다. 시장 데이터에 따르면 LED 보조광을 사용하는 시설에서 재배한 야채는 비타민 C가 18% 더 많고, 질산염이 22% 적으며 생산율이 15% 더 높습니다.
3. 업계의 기술 발전과 발전: LED 농업용 조명의 성장
스펙트럼의 정밀도
많은 칩을 결합함으로써 전체 스펙트럼 LED 기술은 400~780nm의 연속 스펙트럼 출력을 생성할 수 있습니다. 또한 광효율이 2.8μmol/J로 일반 형광등보다 40% 더 효율적입니다. 칭다오 수직농장에서는 상추 재배 시간을 15일 단축하고 에너지 소비량을 35% 단축하는 독점 스펙트럼 설계를 사용합니다.
에너지 효율성의 혁명
3세대 LED 칩은 광효율을 3.2μmol/J까지 높입니다. 필요할 때 빛을 제공하기 위해 지능형 조광 메커니즘과 함께 작동합니다. Yangling Demonstration Park의 정보는 동적 조명 제어가 출력 단위당 에너지 사용량을 0.35kWh/kg에서 0.22kWh/kg으로 줄여 현재 국제 선진 수준에 있음을 보여줍니다.
스마트 통합
인공지능(AI)과 사물인터넷(IoT)의 결합으로 '광온수비료' 연결 시스템이 탄생했다. Lanjian Intelligent Technology Plant Factory의 지능형 관리 시스템은 30초마다 환경 데이터를 수집하고 이를 사용하여 광도, 스펙트럼 비율 및 CO2 농도를 최적화합니다. 조사 결과, 이 기술을 사용하면 상추의 성장이 18% 더 빨라지고 해충과 감염이 40% 감소하는 것으로 나타났습니다.
