Автор: Џинг Жао, Зенгчан Џоу, Јунлонг Бу, итн.Извор медиуми: Земјоделска инженерска технологија (оранжериска хортикултура)

Фабриката за растенија комбинира модерна индустрија, биотехнологија, хидропоника на хранливи материи и информатичка технологија за спроведување на високопрецизна контрола на факторите на животната средина во објектот.Целосно е затворен, има мали барања за околината, го скратува периодот на берба на растението, заштедува вода и вештачко ѓубриво, а со предностите на производството без пестициди и без испуштање отпад, ефикасноста на единечната употреба на земјиштето е 40 до 108 пати поголема од таа. на производство на отворен терен.Меѓу нив, интелигентниот вештачки извор на светлина и неговата регулација на светлосната средина играат одлучувачка улога во неговата производна ефикасност.

Како важен физички фактор на животната средина, светлината игра клучна улога во регулирањето на растот на растенијата и метаболизмот на материјалите.„Една од главните карактеристики на фабриката за растенија е целосниот извор на вештачка светлина и реализацијата на интелигентно регулирање на светлосната средина“ стана општ консензус во индустријата.

Потребата на растенијата за светлина

Светлината е единствениот извор на енергија за фотосинтезата на растенијата.Интензитетот на светлината, квалитетот на светлината (спектрумот) и периодичните промени на светлината имаат големо влијание врз растот и развојот на културите, меѓу кои интензитетот на светлината има најголемо влијание врз фотосинтезата на растенијата.

■ Интензитетот на светлината

Интензитетот на светлината може да ја промени морфологијата на посевите, како што се цветањето, должината на меѓујазот, дебелината на стеблото и големината и дебелината на листот.Барањата на растенијата за интензитет на светлина може да се поделат на растенија кои сакаат светлина, средна светлина и слабо толерантни растенија.Зеленчукот е претежно растенија љубители на светлина, а нивните точки на компензација на светлината и точките на заситеност на светлината се релативно високи.Во фабриките за вештачка светлина, релевантните барања на културите за интензитет на светлина се важна основа за избор на извори на вештачка светлина.Разбирањето на барањата за светлина на различни растенија е важно за дизајнирање на вештачки извори на светлина, Исклучително е неопходно да се подобрат производните перформанси на системот.

■ Квалитет на светлина

Квалитетот на светлината (спектрална) дистрибуција, исто така, има важно влијание врз фотосинтезата и морфогенезата на растенијата (Слика 1).Светлината е дел од зрачењето, а зрачењето е електромагнетен бран.Електромагнетните бранови имаат бранови карактеристики и квантни (честички) карактеристики.Квантот на светлината се нарекува фотон во областа на хортикултурата.Зрачењето со опсег на бранова должина од 300~800nm ​​се нарекува физиолошки активно зрачење на растенијата;а зрачењето со опсег на бранова должина од 400~700nm се нарекува фотосинтетички активно зрачење (ПАР) на растенијата.

Хлорофилот и каротените се двата најважни пигменти во фотосинтезата на растенијата.Слика 2 го прикажува спектралниот спектар на апсорпција на секој фотосинтетички пигмент, во кој спектарот на апсорпција на хлорофил е концентриран во црвената и сината лента.Системот за осветлување се заснова на спектралните потреби на културите за вештачко дополнување на светлината, за да се промовира фотосинтезата на растенијата.

■ фотопериод
Врската помеѓу фотосинтезата и фотоморфогенезата на растенијата и должината на денот (или времето на фотопериод) се нарекува фотопериодност на растенијата.Фотопериодитетот е тесно поврзан со светлосните часови, што се однесува на времето кога културата е озрачена од светлина.Различни култури бараат одреден број часови светлина за да се заврши фотопериодот за да цветаат и да вродат со плод.Според различните фотопериоди, може да се подели на долгодневни култури, како што е зелката и сл., кои бараат повеќе од 12-14 часа светлосни часови во одредена фаза од нејзиниот раст;Културите со краток ден, како што се кромидот, сојата итн., бараат помалку од 12-14 часа на осветлување;Посевите со средно сонце, како што се краставиците, доматите, пиперките итн., можат да цветаат и да вродат со плод под подолга или пократка сончева светлина.
Помеѓу трите елементи на животната средина, интензитетот на светлината е важна основа за избор на вештачки извори на светлина.Во моментов, постојат многу начини за изразување на интензитетот на светлината, главно вклучувајќи ги следните три.
(1) Осветлувањето се однесува на површинската густина на прозрачниот флукс (прозрачен флукс по единица површина) добиен на осветлената рамнина, во лукс (lx).

(2) фотосинтетички активно зрачење, PAR, Единица: W/m².

(3) Фотосинтетички ефективната густина на фотонски флукс PPFD или PPF е бројот на фотосинтетички ефективно зрачење што достигнува или поминува низ единица време и единица површина, единица: μmol/(m²·s). Главно се однесува на интензитетот на светлината од 400-700 nm директно поврзани со фотосинтезата.Тоа е и најчесто користениот индикатор за интензитет на светлина во областа на растителното производство.

Анализа на извор на светлина на типичен систем за дополнителна светлина
Додатокот за вештачка светлина е да го зголеми интензитетот на светлината во целната област или да го продолжи времето на осветлување со инсталирање на систем за дополнителна светлина за да ги исполни потребите за светлина на растенијата.Општо земено, системот за дополнителна светлина вклучува дополнителна светлосна опрема, кола и неговиот контролен систем.Дополнителните извори на светлина главно вклучуваат неколку вообичаени типови како што се светилки со вжарено, флуоресцентни светилки, метални халидни светилки, натриумови под висок притисок и LED диоди.Поради ниската електрична и оптичка ефикасност на светилките со вжарено, ниската фотосинтетичка енергетска ефикасност и други недостатоци, таа е елиминирана од пазарот, па затоа овој напис не прави детална анализа.

■ Флуоресцентна светилка
Флуоресцентните светилки припаѓаат на типот на светилки за празнење гас со низок притисок.Стаклената цевка се полни со жива пареа или инертен гас, а внатрешниот ѕид на цевката е обложен со флуоресцентен прав.Светлата боја варира со флуоресцентниот материјал обложен во цевката.Флуоресцентните светилки имаат добри спектрални перформанси, висока прозрачна ефикасност, мала моќност, подолг животен век (12000h) во споредба со лампи со блескаво и релативно ниска цена.Бидејќи самата флуоресцентна светилка испушта помалку топлина, таа може да биде блиску до растенијата за осветлување и е погодна за тродимензионално одгледување.Сепак, спектралниот распоред на флуоресцентната светилка е неразумен.Најчестиот метод во светот е да се додадат рефлектори за да се максимизираат ефективните компоненти на изворот на светлина на културите во областа на одгледување.Јапонската adv-agri компанија, исто така, разви нов тип на дополнителен извор на светлина HEFL.HEFL всушност спаѓа во категоријата флуоресцентни светилки.Тоа е општ термин за ладни катодни флуоресцентни светилки (CCFL) и надворешни електроди флуоресцентни светилки (EEFL) и е мешана флуоресцентна ламба со електрода.Цевката HEFL е исклучително тенка, со дијаметар од само околу 4 mm, а должината може да се прилагоди од 450 mm до 1200 mm според потребите на одгледувањето.Тоа е подобрена верзија на конвенционалната флуоресцентна светилка.

■ Метално халид светилка
Металхалидната светилка е светилка за празнење со висок интензитет што може да возбуди различни елементи за да произведат различни бранови должини со додавање на различни метални халиди (калај бромид, натриум јодид итн.) во цевката за празнење врз основа на жива светилка под висок притисок.Халогените светилки имаат висока прозрачна ефикасност, висока моќност, добра светлосна боја, долг животен век и голем спектар.Меѓутоа, бидејќи светлосната ефикасност е помала од онаа на натриумовите светилки со висок притисок, а животниот век е пократок од оној на натриумовите светилки со висок притисок, моментално се користи само во неколку фабрики.

■ Натриумова ламба со висок притисок
Натриумовите светилки со висок притисок припаѓаат на типот на светилки за празнење гас под висок притисок.Натриумовата светилка под висок притисок е високо-ефикасна светилка во која натриумовата пареа под висок притисок се полни во цевката за празнење и се додава мала количина ксенон (Xe) и жива метал халид.Бидејќи натриумовите светилки со висок притисок имаат висока ефикасност на електрооптичка конверзија со пониски трошоци за производство, натриумовите светилки со висок притисок во моментов се најшироко користени во примената на дополнителна светлина во земјоделските капацитети.Меѓутоа, поради недостатоците на ниската фотосинтетичка ефикасност во нивниот спектар, тие ги имаат недостатоците на ниската енергетска ефикасност.Од друга страна, спектралните компоненти емитирани од натриумовите ламби со висок притисок се главно концентрирани во жолто-портокалова светлосна лента, на која му недостасуваат црвените и сините спектри неопходни за раст на растенијата.

■ Диода што емитува светлина
Како нова генерација на извори на светлина, диодите што емитуваат светлина (LED) имаат многу предности како што се поголема ефикасност на електрооптичка конверзија, прилагодлив спектар и висока фотосинтетска ефикасност.LED може да емитува монохроматска светлина потребна за раст на растенијата.Во споредба со обичните флуоресцентни светилки и други дополнителни извори на светлина, LED ги има предностите на заштеда на енергија, заштита на животната средина, долг животен век, монохроматска светлина, извор на ладна светлина и така натаму.Со понатамошното подобрување на електрооптичката ефикасност на LED диоди и намалувањето на трошоците предизвикани од ефектот на скала, системите за осветлување на LED растечки ќе станат главната опрема за дополнување на светлината во земјоделските капацитети.Како резултат на тоа, LED светлата за растење се применуваат во 99,9% во фабриките за растенија.

Преку споредба, карактеристиките на различните дополнителни извори на светлина може јасно да се разберат, како што е прикажано во Табела 1.

Мобилен уред за осветлување
Интензитетот на светлината е тесно поврзан со растот на земјоделските култури.Тридимензионалното одгледување често се користи во фабриките за растенија.Меѓутоа, поради ограниченоста на структурата на решетките за одгледување, нерамномерната распределба на светлината и температурата меѓу решетките ќе влијае на приносот на културите и периодот на берба нема да биде синхронизиран.Компанија во Пекинг успешно разви уред за додаток на светлина за рачно подигнување (HPS осветлување и LED растечки тела) во 2010 година. Принципот е да се ротира погонското вратило и намотувачот фиксиран на него со тресење на рачката за да се ротира малата филмска макара за да се постигне целта за повлекување и одмотување на жичаното јаже.Јажето на растечката светлина е поврзано со тркалото за намотување на лифтот преку повеќе групи тркала за рикверцирање, за да се постигне ефектот на прилагодување на висината на светлото за растење.Во 2017 година, гореспоменатата компанија дизајнираше и разви нов мобилен уред за додаток на светлина, кој може автоматски да ја прилагоди висината на додатокот за светлина во реално време според потребите за раст на културите.Уредот за приспособување сега е инсталиран на тродимензионалниот држач за одгледување од типот на 3-слоен подигач на извор на светлина.Горниот слој на уредот е нивото со најдобра осветлена состојба, па затоа е опремен со натриумови ламби под висок притисок;средниот слој и долниот слој се опремени со LED светла за раст и систем за прилагодување на подигање.Може автоматски да ја прилагоди висината на растечката светлина за да обезбеди соодветна средина за осветлување за културите.

Во споредба со мобилниот уред за додаток на светлина приспособен за тродимензионално одгледување, Холандија разви хоризонтално подвижен уред за осветлување со додатоци за растење со ЛЕД.Со цел да се избегне влијанието на сенката на растечката светлина врз растот на растенијата на сонце, системот за светло за растење може да се турка на двете страни на држачот преку телескопскиот лизгач во хоризонтална насока, така што сонцето целосно озрачени на растенијата;во облачни и врнежливи денови без сончева светлина, турнете го системот за растење на светлината до средината на држачот за да го направите светлото на системот за светло за растење рамномерно да ги исполни растенијата;поместете го системот за светло за растење хоризонтално низ лизгачот на држачот, избегнувајте често расклопување и отстранување на системот за светло за растење и намалете го интензитетот на трудот на вработените, со што ефикасно ја подобрувате ефикасноста на работата.

Дизајнерски идеи на типичен систем за растење светлина
Не е тешко да се види од дизајнот на мобилниот дополнителен уред за осветлување дека дизајнот на системот за дополнително осветлување на фабриката обично ги зема параметрите на интензитетот на светлината, квалитетот на светлината и фотопериодот на различни периоди на раст на културите како основна содржина на дизајнот. , потпирајќи се на интелигентен систем за контрола за спроведување, постигнување на крајната цел за заштеда на енергија и висок принос.

Во моментов, дизајнот и изградбата на дополнителна светлина за лиснат зеленчук постепено созрева.На пример, лиснатиот зеленчук може да се подели во четири фази: фаза на расад, среден раст, доцен раст и крајна фаза;овошје-зеленчукот може да се подели на фаза на расад, фаза на вегетативен раст, фаза на цветање и фаза на берба.Од атрибутите на дополнителен интензитет на светлина, интензитетот на светлината во фазата на расад треба да биде малку помал, на 60~200 μmol/(m²·s), а потоа постепено да се зголемува.Лиснатиот зеленчук може да достигне до 100~200 μmol/(m²·s), а овошниот зеленчук може да достигне 300~500 μmol/(m²·s) за да се осигураат барањата за светлосен интензитет на фотосинтезата на растенијата во секој период на раст и да се задоволат потребите на висок принос;Во однос на квалитетот на светлината, соодносот на црвено и сино е многу важен.Со цел да се зголеми квалитетот на садници и да се спречи прекумерен раст во фазата на расад, односот црвено и сино обично се поставува на ниско ниво [(1~2):1], а потоа постепено се намалува за да се задоволат потребите на растението светлосна морфологија.Односот на црвено-сино и лиснат зеленчук може да се постави на (3~6):1.За фотопериодот, слично на интензитетот на светлината, треба да покаже тренд на зголемување со продолжување на периодот на раст, така што лиснатиот зеленчук има повеќе фотосинтетичко време за фотосинтеза.Дизајнот на лесен додаток на овошје и зеленчук ќе биде покомплициран.Покрај горенаведените основни закони, треба да се фокусираме на поставувањето на фотопериодот во периодот на цветање, а мора да се промовира цветањето и плодноста на зеленчукот, за да не дојде до контраефект.

Вреди да се спомене дека светлосната формула треба да го вклучи крајниот третман за поставките за светлосна средина.На пример, континуираното дополнување на светлината може во голема мера да го подобри приносот и квалитетот на хидропонските лиснати садници од зеленчук или да користи УВ третман за значително да го подобри нутритивниот квалитет на никулците и лиснатиот зеленчук (особено виолетовите лисја и зелената зелена салата).

Покрај оптимизирањето на дополнувањето на светлината за избраните култури, системот за контрола на изворот на светлина на некои фабрики за растенија за вештачка светлина исто така брзо се развиваше во последниве години.Овој контролен систем генерално се заснова на структурата B/S.Далечинско управување и автоматска контрола на факторите на околината како температура, влажност, светлина и концентрација на CO2 за време на растот на културите се реализираат преку WIFI, а воедно се реализира и производствен метод кој не е ограничен од надворешни услови.Овој вид на интелигентен систем за дополнителна светлина користи LED светилка како дополнителен извор на светлина, во комбинација со далечински интелигентен систем за контрола, може да ги задоволи потребите за осветлување на бранова должина на растенијата, особено е погоден за средина за одгледување растенија контролирана со светлина и може добро да ја задоволи побарувачката на пазарот .

Завршни забелешки
Фабриките се сметаат за важен начин за решавање на светските проблеми со ресурсите, населението и животната средина во 21 век и важен начин за постигнување самодоволност на храна во идните високотехнолошки проекти.Како нов тип на метод на земјоделско производство, фабриките за растенија се сè уште во фаза на учење и раст, и потребно е повеќе внимание и истражување.Оваа статија ги опишува карактеристиките и предностите на вообичаените методи за дополнително осветлување во фабриките за растенија и ги воведува дизајнерските идеи на типичните системи за дополнително осветлување на земјоделските култури.Не е тешко да се најде преку споредба, со цел да се справиме со слабата осветленост предизвикана од тешки временски услови како што се континуирано облачно и магла и да се обезбеди високо и стабилно производство на земјоделски култури, опремата со извор на светлина LED Grow е најмногу во согласност со сегашниот развој. трендови.

Идниот развојен правец на фабриките за фабрики треба да се фокусира на нови високопрецизни, евтини сензори, далечински управувани, прилагодливи системи на уреди за осветлување со спектар и системи за стручна контрола.Во исто време, идните фабрики за погони ќе продолжат да се развиваат кон евтини, интелигентни и самоприспособливи.Употребата и популаризацијата на ЛЕД изворите на светлина обезбедуваат гаранција за висока прецизна контрола на животната средина на фабриките за растенија.Регулирањето на околината со LED светло е сложен процес кој вклучува сеопфатно регулирање на квалитетот на светлината, интензитетот на светлината и фотопериодот.Релевантните експерти и научници треба да спроведат длабинско истражување, промовирајќи дополнително LED осветлување во фабриките за вештачка светлина.