کاربرد LED در تامین نور برای رشد گیاهان

دیگر کم‌کم زندگی روستایی در دنیا جای خود را به شهرنشینی داده است و سوپرمارکت‌ها، بازار کشاورزان را در اختیار گرفته‌اند. واقعیت این است که پیشرفت تکنولوژی، روند روبه‌رشد شهرنشینی و مصرف بالای مواد غذایی در دنیا، باعث شده غذاهای فرآوری‌شده بیشتر در دسترس و مورد مصرف شهرنشینان قرار گیرد. غذاهایی که تحقیقات نشان داده استفاده از آنها به‎صورت دائمی باعث مرگ زودرس انسان خواهد شد و بیماری‌های بسیاری مثل چاقی را به همراه دارد.

مصرف غذایی کلان شهرها در دنیا، طوری افزایش یافته که دولت‌ها برای تامین این نیاز با راه‎اندازی کارخانجات صنعتی، مسیر را برای خود آسان‌تر کرده‌اند. اما آیا مضرات این نوع مواد غذایی مثل فرآورده‌های گوشتی مورد توجه نبوده است؟

محققان راه‌حل را گسترش کشاورزی می‌دانند و معتقدند برای استفاده از غذای کاملا سالم باید از گیاهان کمک گرفت که نیازمند ابداع شیوه‌های جدید کشاورزی برای تامین این نیازها است. در این مقاله قصد داریم درباره‌ی راه‌حل‌های محققان و تاثیر ال ای دی در رشد گیاهان صحبت کنیم. همراه ما باشید.

نور مصنوعی و رشد گیاه

نور مصنوعی و رشد گیاه

تقریبا چند سالی‌ است که کشورهای توسعه یافته در راستای تامین نیاز غذایی خود دست به راه‌اندازی گلخانه‌های صنعتی زده‌اند و با فراهم ساختن شرایط رشد، زمینه‌ی تامین نیاز را ایجاد کرده‌اند. شاید برای منطقه‎ای به‌صرفه نباشد که صیفی‌جات سالم مورد نیاز خود را از نقاط دیگر دنیا تأمین کند بنابراین به دلیل نداشتن شرایط آب‎وهوایی مناسب برای رشد آن دست به ساخت فضایی گلخانه‌ای می‌زند تا شرایط تولید گیاه را ایجاد کند.

نور یکی از همان شرایطی بوده که برای رشد گیاه ضروری است و آفتابی که در آن منطقه به میزان نیاز وجود ندارد، باید در سالن‌های رشد گیاه فراهم شود تا در کنار مواد مغذی رشددهنده مجموعه‌ای به تولید خود ادامه دهد.

همانطور که می‌دانیم گیاهان، مواد مغذی خود را با تکیه بر عمل فوتوسنتز دریافت کرده و برای رشد نیازمند نور هستند که به‌طورکلی منبع نوری گیاهان، خورشید است. اما زمانی که نیاز نوری گیاهان از خورشید تأمین نشود، مانند نقاطی از زمین که در اغلب روزهای سال آسمانی ابری دارند، گیاهانی که نیازمند به نور بیشتری هستند، به خوبی رشد نخواهند کرد و روندی کند در رویش آنها پدیدار خواهد شد.

بر همین اساس، برای تامین نور مورد نیاز گیاه در چنین مناطقی تا همین چند سال پیش، از لامپ‌های HID استفاده می‌شد، اما این نوع چراغ‌ها با تمام نیازهای گیاهان مطابقت ندارند. گرمای زیاد تولیدی آنها، در محیط گلخانه نیز تاثیر نامطلوبی دارد و باعث بالارفتن هزینه‌‎های تهویه مطبوع می‌شود که با توجه به استاندارد RoHS، به دلیل وجود مواد شیمیایی در ترکیبات این لامپ‌ها با چنین محیطی سازگار نیستند.

همراه با پیشرفت کشاورزی و راهکارهای پرورش نوین گیاهان، مواردی چون رشد هیدروپونیک یا بدون خاک که در آن همه چیز به صورت مایع به گیاه منتقل می‎شود، استفاده از خاک مصنوعی و استفاده از نور مصنوعی برای رشد گیاه به سرعت در حال رشد است.

تکنولوژی تقریبا دو سه سالی‌ است که به سمت گزینه‌ی جدید و یافتن پاسخ مناسب‌تری برای تأمین نیاز نوری گیاهان سوق پیدا کرده است.

ممکن است بخواهید درباره‌ی استانداردهای نوری در صنعت مرغ‌داری بدانید، در مقاله نورپردازی در صنعت مرغداری در این باره به طور کامل صحبت کردیم.

کشاورزی عمودی با LED

صنعت در حال حاضر بر روی کشت عمودی گیاهان با لامپ‌های LED توجه ویژه‌ای دارد و انتظار می‎رود که این نوع کشت به‌صورت عمومی در تمام دنیا انجام شود. لامپ‌های LED با طیف وسیع رنگی، فضایی انعطاف‌پذیرتر ایجاد می‌کنند. علاوه بر این موضوع، راندمان کاری آنها بسیار بالاتر از لامپ‎های HID بوده که باعث شده پرورش گیاه با استفاده از نور مصنوعی بسیار اقتصادی‌تر از گذشته به صورت تجاری و حتی در خانه انجام شود.
این نوع روشنایی به دلیل فرکانس کاری و طول موج‌های متنوع نوری خود باعث شده تا بهترین انتخاب حال حاضر دنیا برای این نوع کشت در نظر گرفته شود. تحقیقات نشان داده هر طول موج بر گیاه اثر خاصی دارد، در نتیجه سرعت رشد گیاه با روشنایی LED تغییرات چشم‎گیری می‎کند. برای مثال درجه حرارت رنگی خاصی دارد که بر گل‌دهی و باردهی گیاه تاثیر می‎گذارد و همینطور برای رشد ساقه گیاه طول موج دیگری تاثیرگذار خواهد بود.

بالا بودن CRI یا ضریب تفکیک رنگ ال ای دی‎ها باعث شده تا بهترین نور برای تولیدات کشاورزی را ارائه دهند. LED بهترین منبع نور مصنوعی ساخته شده به دست بشر است که نوری نزدیک به نور خورشید را از خود ساطع می‌کند. هیچ یک از فن‌آوری‎های دیگر قادر نبوده‎اند که نوری تا این اندازه نزدیک به نور خورشید تولید کنند. محققان همچنان در حال تلاش هستند تا با تغییرات وسیع‎‌تری در CRI نزدیک‌ترین رنگ نوری به نور خورشید را برای رشد گیاهان فراهم کنند.

اگر می‌خواهید درباره‎ی تاثیر نور خوردشید بر سلامت و میزان اهمیت آن بدانید، به مقاله‎ی تاثیر نور خورشید بر سلامت ذهن سر بزنید.

نمونه‌ای از کشاورزی عمودی با LED

نمونه‌ای از کشاورزی عمودی با LED

کمپانی Mirai در ژاپن مزرعه‎ای در شهر Tagajo ایجاد کرده که در آن به‎‌جای استفاده از نور خورشید، از لامپ‌های LED به منظور منبع نور و تکمیل چرخه‌ی فتوسنتز در گیاهان استفاده شده است. این مزرعه یکی از بزرگترین نمونه‎های مصنوعی ساخته شده در جهان است که قادر است روزانه 10هزار کاهو تولید کند. ساختمان مورد استفاده برای توسعه‌ی این مزرعه، پیش از این یکی از مراکز تحقیقاتی کمپانی سونی بوده است. کمپانی Mirai در اولین مراحل، آزمایش‌هایی را به‌منظور امکان‌سنجی استفاده از این فناوری برای کنترل محیط کشت و یافتن بهترین نمونه‌های لامپ‌های LED با همکاری جنرال الکتریک ژاپن – یکی از سرمایه‌‎گذاران این پروژه – به انجام رسانده است. کمپانی کاجیما نیز وظیفه‌ی تولید رک‌های مورد استفاده برای کشت را برعهده گرفته است.

یکی از جالب‌ترین نکات در این پروژه، طراحی و توسعه‌ لامپ‎های LED است که اختصاصاً توسط جنرال الکتریک ژاپن برای کاربردهایی چون پرورش گیاهان توسعه یافته است. جنرال الکتریک، نور تولید شده در لامپ‌های LED را به‎صورت مساوی در تمامی جهات تنظیم کرده و همچنین امکان تنظیم طول موج نور تابیده شده را برای استفاده‎ی بهینه در طول رشد گیاه فراهم آورده است.

لامپ‎های مورد استفاده در این بخش، ترکیبی کامل از نور شب و روز است که متشکل از ال ای دی با نور سفید، قرمز، آبی، فروسرخ یا IR و فرابنفش یا همان UV است. برای مثال در اولین مراحل رشد گیاه یا به بیان بهتر در زمان جوانه‌‎زدن، یک نور تقریبا سفیدرنگ با ترکیب نور لامپ‎های LED قرمزرنگ روی گیاهان تابیده می‎شود تا پروسه‎‌ی فتوسنتز با سرعت بیشتری انجام شود. سپس نوری به رنگ بنفش تابیده خواهد شد که ترکیبی از نور لامپ‎های آبی و قرمز است که به منظور تسریع در امر رشد ریشه و همچنین شاخه‎های گیاه مورد استفاده قرار می‎گیرد.

زمانی که گیاه وارد پروسه‌ی باردهی می‎شود، دوباره نور سفید رنگ وارد عمل می‌شود تا فتوسنتز به سهولت انجام شود، اما نتیجه‎ی به‌کارگیری این فناوری‎ها در کشت گیاهان چیست؟ شاید در ابتدا به نظر برسد که مصرف انرژی الکتریکی هزینه‎های گزافی خواهد داشت، اما در مجموع شاهد کاهش مصرف انرژی به‎اندازه‎ی 40 درصد هستیم. همچنین بهره‌‎وری تولید محصول در مقایسه با مزارعی که از لامپ‌های فلورسنت استفاده می‌کنند، 50 درصد بهینه‌تر شده است.

میرای اشاره‌ای به طول موج استفاده شده در لامپ‌های ال ای دی نکرده و تعیین طول موج را بسته به شرایط گیاهان عنوان کرده است. همچنین رک‌های مورد استفاده دارای ارتفاعی 6 تا 7 متری هستند که از 15 طبقه تشکیل شده‎‌اند. تمامی سیستم‌های نورپردازی، تزریق مواد مغذی و کودهای شیمیایی با تبعیت از الگویی بسیار کم‎هزینه توسعه یافته‌اند که نتیجه‌ی آن، کاهش چشم‎گیر در مجموع هزینه‌ها است.

علاوه بر موارد ذکر شده، کمپانی کاجیما نیز یک فناوری برای شبیه‎سازی محیط کشت گیاهان ایجاد کرده است. سایر موارد دخیل در کاشت یک گیاه همچون تهویه هوا به‎صورت ممتد مورد آزمایش قرار گرفته تا هیچ یک از طبقات رک که در آن گیاهان به‎صورت طبقاتی کاشت شده‌اند، تحت تاثیر دمای پایین یا بالا قرار نگرفته و همه‌ی گیاهان به صورت یکسان رشد کنند.

اگر تمایل دارید درباره‌ی نور فرابنفش و ویژگی‌های آن بیشتر بدانید، مقاله نور فرابنفش چیست؟ را بخوانید.

مزایای کشاورزی عمودی

در ادامه، برخی از مزایای کشاورزی عمودی را آورده‌ایم:

  • گیاهان در محیط کنترل‌شده‎ای با شرایط هوای پاک و بدون استفاده از سموم، کشت می‌شوند.
  • با استفاده از نور مصنوعی، رشد گیاهان بهتر و سریع‎تر شده و گیاه خوش‎طعم می‎شود.
  • کشت گیاهان در تمام طول سال امکان‌پذیر می‌شود و مواد غذایی بیشتر و با کیفیت بالاتر تولید می‎شوند.
  • فاصله مکانی محل رشد گیاه و مصرف‌کنندگان کم شده که این موضوع باعث می‎شود هزینه‎ی حمل‎ونقل کاهش یافته و گیاه تازه به بازار عرضه شود.

شرکت‌های الکترونیکی بزرگ و کشاورزی عمودی

در این میان شرکت‌های الکترونیکی بزرگ و شرکت‌های فن‌آوری در سراسر جهان به سرعت به این روش کشاورزی اهمیت داده و در حال توسعه‎ی آن هستند. تابستان گذشته، فیلیپس با استفاده از تکنولوژی پویای LED نمونه‎ای از محصولات جدید خود را برای کشاورزی به نام GreenPower در کنوانسیون GreenTech ارائه داده است. این سیستم قادر است تمام طیف‎های موردنیاز محصولات کشاورزی را تأمین کند.

سونی نیز یک سیستم مدیریت و کنترل روشنایی باغبانی به نام Brightturf ارائه کرده که مدعی است توانایی رشد چمن را تا 6 برابر سریع‌تر از حالت طبیعی می‌‎کند.

کلام آخر

ال ای دی‌ها جدا از مزایای سهولت در کنترل روشنایی، ماهیت جمع و جور فیزیکی آنها نیز به توسعه کشاورزی به صورت عمودی کمک شایانی کرده است. زیرا‌‌که به موجب آن، گیاهان را می‎توان در قفسه‌ها رشد داد و به استفاده کارآمدتر از فضای محدود گلخانه‌ای، به خصوص در محیط‌های شهری پرداخت. امید است که این نوع از پیشرفت به زودی این امکان را برای ساکنان شهرها به‎وجود آورد تا میوه‌ها و سبزیجات در سوپر مارکت‌ها پرورش یافته و به فروش گذاشته شوند. یعنی مشتری سبزی مورد نظر خود را در همان سوپر مارکت بچیند و به خانه ببرد.

سوالات متداول:

کشاورزی عمودی چه تاثیری در فاصله مکانی محل رشد گیاه و مصرف‌کنندگان دارد؟

با استفاده از روش کشاورزی عمودی، فاصله مکانی محل رشد گیاه و مصرف‌کنندگان کم شده که این موضوع باعث می‎شود هزینه‎ی حمل‎ونقل کاهش یافته و گیاه تازه به بازار عرضه شود.

سونی با استفاده از روش کشاورزی عمودی چه سیستمی را فراهم کرده است؟

سونی نیز یک سیستم مدیریت و کنترل روشنایی باغبانی به نام Brightturf ارائه کرده که مدعی است توانایی رشد چمن را تا 6 برابر سریع‌تر از حالت طبیعی می‌‎کند.

دیدگاهتان را بنویسید