PPFD का मूल्यांकन करना आसान है जब एक पौधे को सफेद एल ई डी से रोशन किया जाता है: 1000 लक्स = 15 μmol / s / m2

" व्हाइट एलईडी के साथ प्लांट लाइटिंग " लेख ने व्यावहारिक समस्याओं की जीवंत चर्चा की, और यह स्पष्ट हो गया कि तरीकों को सरल बनाने की आवश्यकता है।



प्रकाश संश्लेषक सक्रिय विकिरण की इकाइयों में रोशनी को कैसे परिवर्तित करें: PPFD , YPFD और रेडियोमेट्रिक पावर घनत्व? और यह वास्तव में क्या चाहिए?

माप और प्रकाश व्यवस्था के मापदंडों की रिकॉर्डिंग

शीर्षक तस्वीर बच्चों द्वारा निर्मित प्रकाश व्यवस्था को दिखाती है, जिसके लिए, कई वाणिज्यिक समाधानों के विपरीत, मापदंडों का एक पूरा सेट ज्ञात है: {0.3 मीटर ² ; 50 वाट; 11000 लक्स; 3000 K ; आर _ए = 98; 165 μmol / s / m ² ; 24 × 7}। पैरामीटर इष्टतम नहीं हो सकते हैं, लेकिन उन्हें रिकॉर्ड करने से निर्णय पर चर्चा करने, अनुभव अपनाने, सुझाव देने और अन्य विकल्पों को आज़माने की अनुमति मिलती है। एक शैक्षिक परियोजना में ऐसी प्रविष्टियां नहीं करना गलत और गैर-शैक्षणिक है।

गैर-सफेद प्रकाश वाले पौधे की रोशनी की मात्रा का अनुमान लगाने के लिए एक स्पेक्ट्रोमीटर की आवश्यकता होती है। सफेद रोशनी को अधिक किफायती प्रकाश मीटर से मापा जाता है। और चूंकि कृषि प्रयोजनों के लिए पर्याप्त सटीकता के साथ सफेद प्रकाश स्पेक्ट्रम के आकार को आमतौर पर ज्ञात रंग तापमान और रंग प्रतिपादन [1] द्वारा वर्णित किया गया है, सुइट्स में रोशनी की माप किसी अन्य इकाइयों में प्रकाश संश्लेषण सक्रिय विकिरण का मूल्यांकन करना संभव बनाता है।

जब सफेद रोशनी न केवल उचित है, बल्कि वांछनीय भी है

सफेद रोशनी के तहत, पौधों ने पृथ्वी पर जीवन के पूरे इतिहास को विकसित किया है, इसके तहत और एक कृत्रिम वातावरण में विकसित होते हैं। आधुनिक सफेद एलईडी luminaires की दक्षता, 400 की वर्तमान रेंज में μmol / J में व्यक्त की गई ... 700 एनएम, लगभग सबसे अच्छा विशेष DNaT से मेल खाती है और एक खराब स्पेक्ट्रम के साथ फाइटो-लैंप को एलईडी करने के लिए थोड़ा नीच है। सफेद प्रकाश का उपयोग ऊर्जावान रूप से उचित बनाता है।
फाइटक्स परियोजना ने एक ही स्थिति के तहत विभिन्न फसलों को उगाने पर एक प्रयोग के परिणाम प्रस्तुत किए , लेकिन एक अलग स्पेक्ट्रम के प्रकाश में। प्रयोग से पता चला कि स्पेक्ट्रम उपज मापदंडों को प्रभावित करता है। डीएनएटी और संकीर्ण-बैंड गुलाबी (छवि 2) के प्रकाश के तहत, सफेद रोशनी में उगाए जाने वाले पौधों की तुलना करना बेहद उत्सुक है।


अंजीर। 2 सलाद एक ही स्थिति में, लेकिन एक अलग स्पेक्ट्रम के प्रकाश में उगाया जाता है। मार्च 2018 में सम्मेलन "एग्रोफोटोनिक टेक्नोलॉजीज" की सामग्री में फाइटेक्स परियोजना द्वारा प्रकाशित वीडियो से छवियां।

संख्यात्मक संकेतकों में, पहला नाम वाणिज्यिक नाम रोज के तहत एक अद्वितीय गैर-सफेद स्पेक्ट्रम द्वारा लिया गया था, जो कि उच्च गर्म रंग के आर- _ए = 90 के साथ परीक्षण किए गए गर्म सफेद प्रकाश से बहुत अलग नहीं है। यह एक आश्चर्य की बात है कि यह एक्स्ट्रा-हाई कलर रेंडरिंग आर = _एक 98 (बहुत ही जो हेडर फोटो में प्रकाश व्यवस्था में बच्चों द्वारा इस्तेमाल किया गया था) के साथ गर्म सफेद प्रकाश के स्पेक्ट्रम से भी कम भिन्न होता है। मुख्य अंतर यह है कि हटाए गए मध्य भाग से गुलाब का ऊर्जा का एक छोटा सा हिस्सा है (किनारों पर पुनर्वितरित):



स्पेक्ट्रम के केंद्र से किनारों तक विकिरण ऊर्जा का पुनर्वितरण या तो कुछ भी नहीं करता है या निचले स्तर [2] की पत्तियों की प्रकाश संश्लेषण की दक्षता को कम करता है। लेकिन प्रकाश गुलाबी हो जाता है।

गुलाबी प्रकाश या पीले DNaT प्रकाश का उपयोग औद्योगिक ग्रीनहाउस में किया जा सकता है। लेकिन जब लोग पौधों के साथ एक साझा कमरा साझा करते हैं, तो सफेद रोशनी की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, शैक्षिक परियोजनाओं में, पौधों को लगातार देखा जाना चाहिए और उच्च प्रकाश रंग सफेद रोशनी का कोई विकल्प नहीं है जो किसी व्यक्ति के लिए दृश्य आराम प्रदान करता है और पौधे के विकास के लिए अच्छी स्थिति [1]।

प्लांट लाइटिंग के लिए विभिन्न वर्णक्रमीय विकल्पों की तुलना

प्रकाश स्रोतों (चित्रा 3) के स्पेक्ट्रा की प्रत्यक्ष तुलना से पता चलता है कि सबसे आम सफेद एल ई डी 4000 K / R _a = 80 का प्रकाश DNaT स्पेक्ट्रम से अधिक समृद्ध है और एक आदी, लेकिन स्पष्ट रूप से गलत वाणिज्यिक नाम के साथ पौधों की रोशनी के लिए विशिष्ट गुलाबी प्रकाश स्पेक्ट्रम के लिए लाल घटक की सामग्री में कुछ हद तक हीन है। " ग्रो लाइट फुल स्पेक्ट्रम "। वर्णक्रमीय संरचना के संदर्भ में उच्च रंग प्रतिपादन की सफेद रोशनी अन्य विकल्पों की तुलना में समृद्ध है और प्राकृतिक प्रकाश के निरंतर स्पेक्ट्रम के करीब है।


अंजीर। 3 सफेद एलईडी प्रकाश के स्पेक्ट्रा की तुलना और बढ़ते पौधों के लिए विशेष प्रकाश के लिए मुख्य विकल्प

ग्राफ के अनुसार, सफेद प्रकाश के रंग प्रतिपादन में वृद्धि प्रकाश के अनुपात में वृद्धि की ओर जाता है जो प्रकाश संश्लेषण के लिए 700 एनएम से अधिक की तरंग दैर्ध्य के साथ बेकार है। लेकिन यह हिस्सा कुछ प्रतिशत से अधिक नहीं है और " हल्के पूर्ण स्पेक्ट्रम बढ़ने " से अधिक नहीं है।

वर्णक्रमीय घटक जो केवल सिग्नल फ़ंक्शन करते हैं और सफेद एलईडी लाइट के स्पेक्ट्रम में शामिल नहीं होते हैं - मुख्य रूप से 400 एनएम और 730 एनएम, संकीर्ण-एलईड एलईडी के साथ अलग-अलग luminaires का उपयोग करके सफेद प्रकाश में जोड़ा जा सकता है। इस तरह के एक additive की उपयुक्तता की जाँच करना और प्रत्येक खेती की फसल के लिए इसकी इष्टतम तीव्रता का निर्धारण करना काफी सरल है। लेकिन सबसे पहले, प्रकाश के लिए संयंत्र की बुनियादी आवश्यकता को संतुष्ट किया जाना चाहिए - ऊर्जा।

एलईआर : ल्यूमिनेयर प्रभावकारिता रेटिंग

LER पैरामीटर [lm / W] में ल्यूमिनेश दक्षता के समान आयाम है [/ lm / W] जो ल्यूमिनेयर को चिह्नित करता है, लेकिन ल्यूमिनेन्स में ल्युमिनस फ्लक्स को विकीमितीय विकिरण शक्ति के एक वाट के बराबर दर्शाता है।

एलईआर कमजोर रूप से सीसीटी के रंग तापमान पर निर्भर करता है, और एक निश्चित रंग रेंडरिंग _ए (छवि 4) में एक महत्वपूर्ण बिखराव है। एलईआर के एक अनुमान के रूप में , आप एलईआर = 300 एलएम / डब्ल्यू के एक गोल मूल्य का उपयोग कर सकते हैं।


अंजीर। 4 समग्र रंग प्रतिपादन सूचकांक पर LER सफेद एलईडी प्रकाश की निर्भरता

LER मान को जानकर, W = F / LER और रेडियोमेट्रिक पावर डेंसिटी W / S = E / LER , जहां W [W] रेडियोमेट्रिक पॉवर है, F [lm] लाइट फ्लक्स, S [m ² ] है, द्वारा रेडियोमेट्रिक पावर की गणना करना आसान है। वह क्षेत्र जिस पर चमकदार प्रवाह गिरता है, E [lx] - रोशनी।

यदि किसी दिए गए ऊर्जा की खपत में रेडियोमेट्रिक पावर को अधिकतम करना आवश्यक है, तो ल्यूमिनेयर को अधिकतम ऊर्जा दक्षता की कसौटी के अनुसार चुना जा सकता है, जो सूत्र द्वारा गणना की जाती है: दक्षता = 100% · η / LER , जहां l [lm / W] दीपक की चमकदार दक्षता है।

प्लांट लाइटिंग दिशानिर्देशों में रेडियोमीट्रिक प्रकाश प्रवाह घनत्व का उपयोग शायद ही कभी किया जाता है। एलईआर का अनुमान यह समझने में उपयोगी है कि रेडियोमेट्रिक फ्लक्स घनत्व लक्स में रोशनी के लिए आनुपातिक है, और सफेद प्रकाश के वर्णक्रमीय मापदंडों को पहले सन्निकटन के रूप में उपेक्षित किया जा सकता है। इसके अलावा, LER मूल्यांकन हमें सूत्र दक्षता = 100% · E · S / LER / P , जहाँ E [lx] क्षेत्र की वास्तविक मापी गई रोशनी की स्थापना की दक्षता का अनुमान लगाने की अनुमति देता है, जो प्रकाश स्थापना की खपत बिजली P [ S [ ² ] के क्षेत्र पर बनाई गई है। W]। प्रभावशीलता प्रभावशीलता नियंत्रण का एक महत्वपूर्ण अभिन्न अंग है।

प्रकाश की एक इकाई का ऊर्जा मूल्य

एक संयंत्र के लिए प्रकाश का ऊर्जा मूल्य PPF (फोटोसिंथेटिक फोटॉन फ्लक्स) मूल्य से 400 मीटर प्रति सेकेंड में 400 माइक्रोन ... YPF (यील्ड फोटॉन फ्लक्स) द्वारा निर्धारित होता है, जो मैकक्री 1972 वक्र [4] के सुधार को ध्यान में रखता है। अधिकांश वैज्ञानिक साहित्य में उद्धृत डेटा जिसे आपको पीपीएफ मूल्यों पर प्रकाश व्यवस्था के संचालन का मूल्यांकन करते समय भरोसा करना पड़ता है, और यह पीपीएफ के अनुपात का विश्लेषण करने के लिए वाईपीएफ के लिए दिलचस्प बनाता है।

सफेद रोशनी के लिए, PPF और YPF के बीच निर्भरता, बल्कि करीब है, कमजोर रूप से रंग प्रतिपादन पर निर्भर है, और रंग तापमान (छवि 5) द्वारा निर्धारित किया जाता है।


अंजीर। 5 सफेद रंग के तापमान पर पीपीएफ और वाईपीएफ के बीच अनुपात की निर्भरता

व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, यह ध्यान में रखना पर्याप्त है कि निर्भरता लगभग रैखिक है और 3000 K के लिए PPF YPF से लगभग 10% और 5000 K के लिए 15% से अधिक है। स्वीट में समान रोशनी के साथ ठंड की तुलना में संयंत्र गर्म प्रकाश के लिए लगभग 5% अधिक ऊर्जा मूल्य का मतलब है।

पीपीएफ और पीपीएफडी

वर्णक्रमीय मापदंडों के विशिष्ट मूल्यों के लिए पीपीएफ और पीपीएफडी निम्नानुसार प्राप्त किए जाते हैं:



यह देखा जा सकता है कि उच्च रंग के प्रजनन के साथ गर्म प्रकाश और प्रकाश समान रोशनी वाले पौधे के लिए थोड़ा अधिक ऊर्जा मूल्य है।

तालिका में मान 7% से अधिक नहीं 15 इकाइयों के गोल मूल्य से भिन्न होते हैं, इसलिए, व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए, आप नियम का उपयोग कर सकते हैं: 1000 lm का प्रवाह PPF = 15 μmol / s से मेल खाता है, और 1000 लक्स की रोशनी PPFD = 15 μmol / s / m ^{2 से} मेल खाती है।
[३] के अनुसार, ६०० ... १००० W की शक्ति के साथ ग्रीनहाउस को जलाने के लिए विशेष DNaTs में १६० μmol / J की दक्षता है, PPF = १२ μmol / s के बारे में चमकदार प्रवाह के १००० lm, और १००० लक्स की रोशनी PPFD = १२ से मेल खाती है μmol / s / m ² । इस प्रकार, संयंत्र के लिए सफेद प्रकाश DNaT के प्रकाश की तुलना में "कैलोरी" का एक चौथाई है, और सुइट्स में समान रोशनी का अर्थ है एक बड़ा पीपीएफ।
इसके अलावा, ये आंकड़े डीएनएटी के लिए लक्स को रिकॉल करने के लिए itmol / s / m ² में संभव बनाते हैं और औद्योगिक ग्रीनहाउस में प्लांट लाइटिंग के अनुभव का उपयोग करते हैं।

दक्षता कारक

प्रकाश प्रवाह k के उपयोग का गुणांक प्रकाश अधिष्ठापन से प्रकाश प्रवाह का अंश है जो पौधों की पत्तियों पर पड़ता है। इस मान का उपयोग किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, सूत्र के अनुसार PPFD का अनुमान लगाने के लिए: PPFD [μmol / s / m ² ] = k · 15 · F [किमी] / S [m ² ], जहां F , किलोल्यूमन्स में चमकदार प्रवाह है, S को प्रकाशित किया गया है। वर्ग मीटर में क्षेत्र।

K की अनिश्चितता अनुमान त्रुटि को बढ़ाती है। मुख्य प्रकार के प्रकाश व्यवस्था के लिए कश्मीर के संभावित मूल्यों पर विचार करें:

1) बिंदु और रैखिक स्रोत

एक स्थानीय क्षेत्र में एक बिंदु स्रोत द्वारा बनाई गई रोशनी इस क्षेत्र और स्रोत के बीच की दूरी के वर्ग के साथ विपरीत रूप से गिरती है। संकीर्ण बेड पर रैखिक विस्तारित स्रोतों द्वारा बनाई गई रोशनी, दूरी के साथ विपरीत होती है।

रोशनी में कमी इस तथ्य के कारण नहीं होती है कि प्रकाश दूरी के साथ "कमजोर" होता है, लेकिन इस तथ्य के कारण कि बढ़ती दूरी के साथ, प्रकाश का बढ़ता अनुपात पत्तियों पर नहीं पड़ता है। यह अत्यधिक निलंबित लैंप के साथ एकल पौधों या एकल विस्तारित बेड को रोशन करने के लिए बेहद नुकसानदेह बनाता है। प्रकाश प्रवाह को कम करने वाले प्रकाशिकी संयंत्र पर प्रकाश प्रवाह के एक बड़े अंश को निर्देशित करने की अनुमति देता है, लेकिन सामान्य स्थिति में यह ज्ञात नहीं है कि कौन सा है।

दूरी पर रोशनी की मजबूत निर्भरता और प्रकाशिकी के उपयोग के प्रभाव की अनिश्चितता हमें सामान्य मामले में उपयोग गुणांक k निर्धारित करने की अनुमति नहीं देती है।

2) चिंतनशील सतहों

पूरी तरह से प्रतिबिंबित दीवारों के साथ बंद संस्करणों का उपयोग करते समय, पूरे चमकदार प्रवाह संयंत्र में प्रवेश करते हैं। हालांकि, दर्पण या सफेद सतहों का वास्तविक प्रतिबिंब गुणांक एकता से कम है। और यह इस तथ्य की ओर जाता है कि पौधों पर प्रकाश प्रवाह की घटना का अनुपात अभी भी सतहों और मात्रा ज्यामिति के चिंतनशील गुणों पर निर्भर करता है। और सामान्य मामले में कश्मीर का निर्धारण करना असंभव है।

3) बड़े लैंडिंग क्षेत्रों में स्रोतों की बड़ी सरणियाँ

बड़े लैंडिंग क्षेत्रों में स्पॉट या रैखिक luminaires के बड़े सरणियों ऊर्जावान रूप से लाभप्रद हैं। किसी भी दिशा में विकिरणित क्वांटम किसी शीट पर गिरेगी, गुणांक कश्मीर एकता के करीब है।

उदाहरण के लिए, शीर्षक तस्वीर में "बच्चों की" प्रकाश व्यवस्था प्रकाश स्रोतों के एक बड़े सरणी के लाभ को जोड़ती है (स्टेशनरी टेप के साथ एक चिकनी आधार पर एलईडी टेप) और चिंतनशील सतहों (सफेद पानी-फैलाव पेंट के साथ चित्रित दीवारें), इसके लिए प्रकाश प्रवाह गुणांक का वास्तविक मूल्य k > 0.9।

इंटरमीडिएट निष्कर्ष: सभी प्रकाश व्यवस्था के ज्यामितीयों के लिए, पौधों को प्रेषित प्रकाश के अनुपात में अनिश्चितता PPFD और YPFD के बीच अंतर से अधिक है, और अज्ञात रंग तापमान और रंग प्रजनन द्वारा निर्धारित त्रुटि से अधिक है। इसलिए, प्रकाश संश्लेषक सक्रिय विकिरण की तीव्रता के व्यावहारिक आकलन के लिए, इन बारीकियों को ध्यान में नहीं रखने वाले रोशनी का आकलन करने के लिए एक बल्कि कच्चे पद्धति का चयन करना उचित है। और यदि संभव हो तो, एक लक्समिटर के साथ वास्तविक रोशनी को मापें।

प्रकाश माप त्रुटि

प्रत्यक्ष माप में, प्रकाश व्यवस्था द्वारा बनाई गई असमान रोशनी को ध्यान में रखना आवश्यक है। एक विशिष्ट उदाहरण: मानक EN 12464-1 "कार्यस्थलों की रोशनी" के लिए 0.7 से अधिक नहीं औसत रोशनी के अनुपात की आवश्यकता होती है। व्यवहार में जो 30% तक विभिन्न क्षेत्रों की रोशनी में अंतर का मतलब है और माप की एक छोटी संख्या के साथ औसत मूल्य की एक महत्वपूर्ण त्रुटि है।

इसके अलावा, इसकी सटीकता वर्ग के अनुसार प्रकाश मीटर की रीडिंग सही मानों से कुछ प्रतिशत भिन्न हो सकती है। इसलिए GOST 24940-2016 “भवन और संरचनाएँ। रोशनी के मापन के तरीकों के लिए "10% से अधिक नहीं की त्रुटि के साथ प्रकाश मीटर के उपयोग की आवश्यकता होती है, और रूस में प्रकाश मीटर" eLait02 "और" TKA-PKM "के सबसे सामान्य मॉडल में 8% की त्रुटि होती है।

परिणाम पर PPFD मान में एक त्रुटि का प्रभाव

सीमित कारक ("लाइबिग बैरल") के कानून के अनुसार, दुर्लभ कारक, जो हल्का हो सकता है, फसल को रैखिक रूप से प्रभावित करता है। हालांकि, पीपीएफडी का इष्टतम स्तर आमतौर पर उत्पादकता बढ़ाने की कसौटी के अनुसार चुना जाता है, और इसलिए, सीमा या विदेश में रैखिक निर्भरता पर। उदाहरण के लिए, चीनी गोभी PPFD = 340 /mol / s / m ² की इष्टतम रोशनी की तीव्रता [5] में निर्धारित की गई ^थी , और इस तर्क का उपयोग किया गया था कि बढ़ती रोशनी के साथ उच्च पैदावार के लिए उपयोग की जाने वाली कसौटी इतनी कमजोर है कि बढ़ती रोशनी आर्थिक रूप से संभव नहीं है। एक निजी संदेश में, इस काम के लेखकों ने संकेत दिया कि एक ही फसल उगाने की बेहतर पद्धति के साथ, उपज में एक रैखिक वृद्धि 500 ​​μmol / s / m ² तक की रोशनी में देखी गई थी।

इस प्रकार, उपज पर PPFD के एक महत्वपूर्ण प्रभाव की स्थिति अपने आप में अपर्याप्त प्रकाश स्तरों का संकेत है। रोशनी की पर्याप्त मात्रा रोशनी के स्तर को निर्धारित करने में त्रुटि के महत्व को समाप्त करती है और उच्च-सटीक अनुमानों का उपयोग करने के लिए इसे अनुचित बनाती है।

निष्कर्ष

प्रकाश संश्लेषक सक्रिय सफेद प्रकाश प्रवाह का सबसे पर्याप्त मूल्यांकन एक प्रकाश मीटर के साथ रोशनी ई को मापने के द्वारा प्राप्त किया जाता है, संयंत्र के लिए प्रकाश के ऊर्जा मूल्य पर वर्णक्रमीय मापदंडों के प्रभाव की उपेक्षा, और सूत्र का उपयोग करके सफेद एलईडी प्रकाश के पीपीएफडी का मूल्यांकन:

$$

$$PPFD \ left [µmol / s / m ^ {2} \ right] = 15 · E \ left [CLK \ right]$$

धन्यवाद

SSC RF-IBMP RAS Ph.D के कर्मचारी को लेख की तैयारी में सहायता के लिए लेखक आभारी है। इरीना ओ। कोनोवलोवा; गोर्शकोफोव तकनीकी निदेशक निकोले एन स्लीव्सोव; क्री विशेषज्ञ मिखाइल चेरविंस्की; प्रकाश इंजीनियरिंग अन्ना जी। सवित्स्काया; वरिष्ठ शोधकर्ता, IRE RAS, Ph.D. अलेक्जेंडर ए शरक्षण, अग्रणी शोधकर्ता, IRE RAS और प्रोफेसर, मॉस्को स्टेट मेडिकल यूनिवर्सिटी सेचेनोवा भौतिक और गणितीय विज्ञान के डॉक्टर आंद्रेई ए। एनोसोव।

यह पोस्ट " एल ई डी का एक आसान अनुमान है, जो सफेद एल ई डी के साथ प्रबुद्ध पौधे के लिए एक आसान अनुमान है: 1000 lx = 15 μmol / s / m ² "। गणनाओं के तरीकों और विवरणों का रूसी में अनुवाद नहीं किया गया था। लेकिन भाषा सरल है, उदाहरण और चित्र जोड़े जाते हैं।