Pengarang: Jing Zhao, Zengchan Zhou, Yunlong Bu, dan lain -lain. Sumber Media: Teknologi Kejuruteraan Pertanian (Hortikultur Rumah Hijau)

Kilang tumbuhan menggabungkan industri moden, bioteknologi, hidroponik nutrien dan teknologi maklumat untuk melaksanakan kawalan ketepatan tinggi faktor persekitaran di kemudahan itu. Ia dilampirkan sepenuhnya, mempunyai keperluan yang rendah di persekitaran sekitar, memendekkan tempoh penuaian tumbuhan, menjimatkan air dan baja, dan dengan kelebihan pengeluaran bukan perosak dan tiada pembuangan sampah, kecekapan penggunaan tanah unit adalah 40 hingga 108 kali daripadanya pengeluaran lapangan terbuka. Antaranya, sumber cahaya buatan pintar dan peraturan persekitaran cahaya memainkan peranan penting dalam kecekapan pengeluarannya.

Sebagai faktor persekitaran fizikal yang penting, cahaya memainkan peranan penting dalam mengawal pertumbuhan tumbuhan dan metabolisme bahan. "Salah satu ciri utama kilang tumbuhan adalah sumber cahaya buatan penuh dan realisasi peraturan pintar persekitaran cahaya" telah menjadi konsensus umum dalam industri.

Keperluan Tumbuhan untuk Cahaya

Cahaya adalah satu -satunya sumber tenaga fotosintesis tumbuhan. Keamatan cahaya, kualiti cahaya (spektrum) dan perubahan cahaya berkala mempunyai kesan yang mendalam terhadap pertumbuhan dan perkembangan tanaman, di antaranya intensiti cahaya mempunyai kesan terbesar terhadap fotosintesis tumbuhan.

■ Intensiti cahaya

Keamatan cahaya dapat mengubah morfologi tanaman, seperti berbunga, panjang internode, ketebalan batang, dan saiz daun dan ketebalan. Keperluan tumbuh-tumbuhan untuk intensiti cahaya boleh dibahagikan kepada tumbuh-tumbuhan yang menyayangi, pencinta cahaya sederhana, dan tumbuh-tumbuhan yang rendah. Sayur-sayuran kebanyakannya tumbuh-tumbuhan yang menyayangi cahaya, dan titik pampasan cahaya mereka dan titik ketepuan cahaya agak tinggi. Di kilang -kilang tumbuhan cahaya buatan, keperluan tanaman yang berkaitan dengan intensiti cahaya adalah asas penting untuk memilih sumber cahaya buatan. Memahami keperluan cahaya tumbuhan yang berbeza adalah penting untuk mereka bentuk sumber cahaya tiruan, sangat diperlukan untuk meningkatkan prestasi pengeluaran sistem.

■ Kualiti cahaya

Pengagihan kualiti cahaya (spektrum) juga mempunyai pengaruh penting terhadap fotosintesis tumbuhan dan morfogenesis (Rajah 1). Cahaya adalah sebahagian daripada radiasi, dan radiasi adalah gelombang elektromagnet. Gelombang elektromagnet mempunyai ciri -ciri gelombang dan ciri -ciri kuantum (zarah). Kuantum cahaya dipanggil foton dalam bidang hortikultur. Sinaran dengan julat panjang gelombang 300 ~ 800nm ​​dipanggil radiasi fisiologi aktif tumbuhan; dan radiasi dengan julat panjang gelombang 400 ~ 700nm dipanggil radiasi aktif fotosintesis (par) tumbuhan.

Klorofil dan karoten adalah dua pigmen yang paling penting dalam fotosintesis tumbuhan. Rajah 2 menunjukkan spektrum penyerapan spektrum setiap pigmen fotosintesis, di mana spektrum penyerapan klorofil tertumpu dalam band merah dan biru. Sistem pencahayaan didasarkan pada keperluan spektrum tanaman untuk menambah cahaya buatan, untuk mempromosikan fotosintesis tumbuhan.

■ Photoperiod
Hubungan antara fotosintesis dan photomorphogenesis tumbuhan dan panjang hari (atau masa photoperiod) dipanggil photoperiodity tumbuhan. Photoperiodity berkait rapat dengan jam cahaya, yang merujuk kepada masa tanaman disinari oleh cahaya. Tanaman yang berbeza memerlukan sejumlah jam cahaya untuk melengkapkan photoperiod untuk mekar dan buah -buahan. Menurut photoperiods yang berbeza, ia boleh dibahagikan kepada tanaman panjang, seperti kubis, dan lain-lain, yang memerlukan lebih daripada 12-14h jam cahaya pada tahap tertentu pertumbuhannya; Tanaman pendek, seperti bawang, kacang soya, dan lain-lain, memerlukan kurang daripada 12-14h jam pencahayaan; Tanaman sederhana, seperti timun, tomato, lada, dan lain-lain, boleh mekar dan berbuah di bawah cahaya matahari yang lebih lama atau lebih pendek.
Di antara tiga elemen alam sekitar, intensiti cahaya adalah asas penting untuk memilih sumber cahaya buatan. Pada masa ini, terdapat banyak cara untuk menyatakan intensiti cahaya, terutamanya termasuk tiga berikut.
(1) Pencahayaan merujuk kepada ketumpatan permukaan fluks bercahaya (fluks bercahaya per unit kawasan) yang diterima pada satah yang diterangi, di Lux (LX).

(2) Sinaran aktif fotosintesis, par, unit: w/m²。

(3) Ketumpatan fluks foton foton yang berkesan secara fotosintetik PPFD atau PPF adalah bilangan radiasi yang berkesan secara fotosintesis yang mencapai atau melewati masa unit dan unit, unit: μmol/(m² · s) secara langsung berkaitan dengan fotosintesis. Ia juga merupakan penunjuk intensiti cahaya yang paling biasa digunakan dalam bidang pengeluaran tumbuhan.

Analisis sumber cahaya sistem cahaya tambahan biasa
Suplemen cahaya buatan adalah untuk meningkatkan keamatan cahaya di kawasan sasaran atau melanjutkan masa cahaya dengan memasang sistem cahaya tambahan untuk memenuhi permintaan ringan tumbuhan. Secara umumnya, sistem cahaya tambahan termasuk peralatan cahaya tambahan, litar dan sistem kawalannya. Sumber cahaya tambahan terutamanya termasuk beberapa jenis biasa seperti lampu pijar, lampu pendarfluor, lampu halida logam, lampu natrium tekanan tinggi dan LED. Oleh kerana kecekapan elektrik dan optik yang rendah lampu pijar, kecekapan tenaga fotosintesis yang rendah dan kekurangan lain, ia telah dihapuskan oleh pasaran, jadi artikel ini tidak membuat analisis terperinci.

■ Lampu pendarfluor
Lampu pendarfluor tergolong dalam jenis lampu pelepasan gas tekanan rendah. Tiub kaca dipenuhi dengan wap merkuri atau gas lengai, dan dinding dalaman tiub disalut dengan serbuk pendarfluor. Warna cahaya berbeza -beza dengan bahan pendarfluor yang dilapisi dalam tiub. Lampu pendarfluor mempunyai prestasi spektrum yang baik, kecekapan bercahaya yang tinggi, kuasa rendah, kehidupan yang lebih lama (12000h) berbanding dengan lampu pijar, dan kos yang agak rendah. Kerana lampu pendarfluor itu sendiri memancarkan kurang haba, ia boleh dekat dengan tumbuh-tumbuhan untuk pencahayaan dan sesuai untuk penanaman tiga dimensi. Walau bagaimanapun, susun atur spektrum lampu pendarfluor tidak masuk akal. Kaedah yang paling biasa di dunia adalah untuk menambah reflektor untuk memaksimumkan komponen sumber cahaya yang berkesan dari tanaman di kawasan penanaman. Syarikat ADV-Agri Jepun juga telah membangunkan jenis baru Light Sumber HEFL. HEFL sebenarnya tergolong dalam kategori lampu pendarfluor. Ia adalah istilah umum untuk lampu pendarfluor katod sejuk (CCFL) dan lampu pendarfluor elektrod luaran (EEFL), dan merupakan lampu pendarfluor elektrod campuran. Tiub HEFL sangat nipis, dengan diameter hanya kira -kira 4mm, dan panjangnya boleh diselaraskan dari 450mm hingga 1200mm mengikut keperluan penanaman. Ia adalah versi yang lebih baik dari lampu pendarfluor konvensional.

■ lampu halida logam
Lampu halida logam adalah lampu pelepasan intensiti tinggi yang boleh merangsang unsur-unsur yang berbeza untuk menghasilkan panjang gelombang yang berbeza dengan menambahkan pelbagai halida logam (bromida timah, natrium iodida, dan lain-lain) dalam tiub pelepasan berdasarkan lampu merkuri tekanan tinggi. Lampu halogen mempunyai kecekapan bercahaya yang tinggi, kuasa tinggi, warna cahaya yang baik, kehidupan panjang, dan spektrum yang besar. Walau bagaimanapun, kerana kecekapan bercahaya lebih rendah daripada lampu natrium tekanan tinggi, dan seumur hidup lebih pendek daripada lampu natrium tekanan tinggi, ia kini hanya digunakan di beberapa kilang tumbuhan.

■ lampu natrium tekanan tinggi
Lampu natrium tekanan tinggi tergolong dalam jenis lampu pelepasan gas tekanan tinggi. Lampu natrium tekanan tinggi adalah lampu kecekapan tinggi di mana wap natrium tekanan tinggi diisi dalam tiub pelepasan, dan sedikit xenon (XE) dan halida logam merkuri ditambah. Oleh kerana lampu natrium tekanan tinggi mempunyai kecekapan penukaran elektro-optik yang tinggi dengan kos pembuatan yang lebih rendah, lampu natrium tekanan tinggi kini paling banyak digunakan dalam penggunaan cahaya tambahan di kemudahan pertanian. Walau bagaimanapun, disebabkan kekurangan kecekapan fotosintesis yang rendah dalam spektrum mereka, mereka mempunyai kekurangan kecekapan tenaga yang rendah. Sebaliknya, komponen spektrum yang dipancarkan oleh lampu natrium tekanan tinggi terutamanya tertumpu dalam jalur cahaya kuning oren, yang tidak mempunyai spektrum merah dan biru yang diperlukan untuk pertumbuhan tumbuhan.

■ Diod pemancar ringan
Sebagai generasi baru sumber cahaya, diod pemancar cahaya (LED) mempunyai banyak kelebihan seperti kecekapan penukaran elektro-optik yang lebih tinggi, spektrum laras, dan kecekapan fotosintesis yang tinggi. LED boleh memancarkan cahaya monokromatik yang diperlukan untuk pertumbuhan tumbuhan. Berbanding dengan lampu pendarfluor biasa dan sumber cahaya tambahan lain, LED mempunyai kelebihan penjimatan tenaga, perlindungan alam sekitar, kehidupan yang panjang, cahaya monokromatik, sumber cahaya sejuk dan sebagainya. Dengan peningkatan kecekapan elektro-optik LED dan pengurangan kos yang disebabkan oleh kesan skala, sistem pencahayaan LED akan menjadi peralatan arus perdana untuk menambah cahaya di kemudahan pertanian. Akibatnya, lampu tumbuh LED telah digunakan lebih daripada 99.9% kilang tumbuhan.

Melalui perbandingan, ciri -ciri sumber cahaya tambahan yang berbeza dapat difahami dengan jelas, seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1.

Peranti pencahayaan mudah alih
Keamatan cahaya berkait rapat dengan pertumbuhan tanaman. Penanaman tiga dimensi sering digunakan di kilang-kilang tumbuhan. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh batasan struktur rak penanaman, taburan cahaya dan suhu yang tidak rata di antara rak akan menjejaskan hasil tanaman dan tempoh penuaian tidak akan disegerakkan. Sebuah syarikat di Beijing telah berjaya membangunkan peranti suplemen cahaya mengangkat manual (perlawanan pencahayaan HPS dan LED tumbuh pencahayaan) pada tahun 2010. Prinsipnya adalah untuk memutar batang pemacu dan penggulungan yang ditetapkan di atasnya dengan menggegarkan pemegang untuk memutar filem kecil untuk mencapai tujuan menarik balik dan melepaskan tali dawai. Tali dawai cahaya tumbuh dihubungkan dengan roda penggulungan lif melalui pelbagai set roda pembalikan, untuk mencapai kesan menyesuaikan ketinggian cahaya tumbuh. Pada tahun 2017, syarikat yang disebutkan di atas direka dan membangunkan peranti suplemen cahaya mudah alih baru, yang secara automatik boleh menyesuaikan ketinggian suplemen cahaya secara real time mengikut keperluan pertumbuhan tanaman. Peranti pelarasan kini dipasang pada Rak Penanaman Tiga Dimensi Pengangkat Sumber 3-Layer. Lapisan atas peranti adalah tahap dengan keadaan cahaya yang terbaik, jadi ia dilengkapi dengan lampu natrium tekanan tinggi; Lapisan tengah dan lapisan bawah dilengkapi dengan lampu tumbuh LED dan sistem pelarasan mengangkat. Ia secara automatik boleh menyesuaikan ketinggian cahaya tumbuh untuk menyediakan persekitaran pencahayaan yang sesuai untuk tanaman.

Berbanding dengan peranti suplemen cahaya mudah alih yang disesuaikan untuk penanaman tiga dimensi, Belanda telah membangunkan peranti lampu LED LED yang melintang. Untuk mengelakkan pengaruh bayangan cahaya yang tumbuh pada pertumbuhan tumbuh -tumbuhan di bawah sinar matahari, sistem cahaya tumbuh dapat ditolak ke kedua -dua belah kurungan melalui slaid teleskopik ke arah mendatar, sehingga matahari sepenuhnya disinari pada tumbuhan; Pada hari -hari mendung dan hujan tanpa cahaya matahari, tolak sistem cahaya tumbuh ke tengah pendakap untuk membuat cahaya sistem cahaya tumbuh secara merata mengisi tumbuhan; Gerakkan sistem cahaya berkembang secara mendatar melalui slaid pada pendakap, elakkan kerap disassembly dan penyingkiran sistem cahaya yang tumbuh, dan mengurangkan intensiti buruh pekerja, dengan itu meningkatkan kecekapan kerja dengan berkesan.

Reka Bentuk Ide
Tidak sukar untuk dilihat dari reka bentuk peranti tambahan pencahayaan mudah alih bahawa reka bentuk sistem pencahayaan tambahan kilang tumbuhan biasanya mengambil intensiti cahaya, kualiti cahaya dan parameter photoperiod dari tempoh pertumbuhan tanaman yang berbeza sebagai kandungan teras reka bentuk , bergantung kepada sistem kawalan pintar untuk melaksanakan, mencapai matlamat utama penjimatan tenaga dan hasil yang tinggi.

Pada masa ini, reka bentuk dan pembinaan cahaya tambahan untuk sayur -sayuran berdaun secara beransur -ansur matang. Sebagai contoh, sayur-sayuran berdaun boleh dibahagikan kepada empat peringkat: tahap benih, pertengahan pertumbuhan, pertumbuhan akhir, dan akhir; Buah-buahan buah boleh dibahagikan kepada tahap anak benih, tahap pertumbuhan vegetatif, peringkat berbunga, dan peringkat penuaian. Dari sifat -sifat intensiti cahaya tambahan, intensiti cahaya di peringkat anak benih harus sedikit lebih rendah, pada 60 ~ 200 μmol/(m² · s), dan kemudian secara beransur -ansur meningkat. Sayuran berdaun boleh mencapai sehingga 100 ~ 200 μmol/(m² · s), dan sayur -sayuran buah -buahan dapat mencapai 300 ~ 500 μmol/(m² · s) untuk memastikan keperluan intensiti cahaya fotosintesis tumbuhan dalam setiap tempoh pertumbuhan dan memenuhi keperluan hasil yang tinggi; Dari segi kualiti cahaya, nisbah merah ke biru sangat penting. Untuk meningkatkan kualiti anak benih dan mencegah pertumbuhan yang berlebihan di peringkat anak benih, nisbah merah ke biru biasanya ditetapkan pada tahap yang rendah [(1 ~ 2): 1], dan kemudian secara beransur -ansur dikurangkan untuk memenuhi keperluan tumbuhan morfologi ringan. Nisbah merah ke biru ke sayur -sayuran berdaun boleh ditetapkan ke (3 ~ 6): 1. Untuk photoperiod, sama dengan intensiti cahaya, ia harus menunjukkan trend peningkatan dengan lanjutan tempoh pertumbuhan, sehingga sayur -sayuran berdaun mempunyai lebih banyak masa fotosintesis untuk fotosintesis. Reka bentuk suplemen cahaya buah -buahan dan sayur -sayuran akan menjadi lebih rumit. Sebagai tambahan kepada undang-undang asas yang disebutkan di atas, kita harus memberi tumpuan kepada penetapan photoperiod semasa tempoh berbunga, dan berbunga dan buah-buahan sayur-sayuran mesti dipromosikan, supaya tidak menjadi bumerang.

Perlu dinyatakan bahawa formula cahaya harus memasukkan rawatan akhir untuk tetapan persekitaran cahaya. Sebagai contoh, suplemen cahaya yang berterusan dapat meningkatkan hasil dan kualiti anak benih sayur -sayuran berdaun hidroponik, atau menggunakan rawatan UV untuk meningkatkan tauge dan sayur -sayuran berdaun (terutamanya daun ungu dan salad daun merah) kualiti pemakanan.

Sebagai tambahan untuk mengoptimumkan suplemen cahaya untuk tanaman terpilih, sistem kawalan sumber cahaya beberapa kilang tumbuhan cahaya tiruan juga telah berkembang pesat dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Sistem kawalan ini biasanya berdasarkan struktur B/S. Kawalan jauh dan kawalan automatik faktor persekitaran seperti suhu, kelembapan, cahaya, dan kepekatan CO2 semasa pertumbuhan tanaman direalisasikan melalui WiFi, dan pada masa yang sama, kaedah pengeluaran yang tidak dihadkan oleh keadaan luaran adalah direalisasikan. Sistem cahaya tambahan yang bijak seperti ini menggunakan LED tumbuh ringan sebagai sumber cahaya tambahan, digabungkan dengan sistem kawalan pintar jauh, dapat memenuhi keperluan pencahayaan panjang gelombang tumbuhan, sangat sesuai untuk persekitaran penanaman tumbuhan yang dikawal cahaya, dan dapat memenuhi permintaan pasaran .

Menyimpulkan ucapan
Kilang-kilang tumbuhan dianggap sebagai cara penting untuk menyelesaikan masalah sumber dunia, penduduk dan alam sekitar di abad ke-21, dan cara yang penting untuk mencapai kecekapan makanan dalam projek berteknologi tinggi masa depan. Sebagai kaedah pengeluaran pertanian baru, kilang -kilang tumbuhan masih dalam peringkat pembelajaran dan pertumbuhan, dan lebih banyak perhatian dan penyelidikan diperlukan. Artikel ini menerangkan ciri -ciri dan kelebihan kaedah pencahayaan tambahan biasa di kilang -kilang tumbuhan, dan memperkenalkan idea -idea reka bentuk sistem pencahayaan tambahan tanaman biasa. Tidak sukar untuk dijumpai melalui perbandingan, untuk mengatasi cahaya rendah yang disebabkan oleh cuaca yang teruk seperti mendung dan jerebu yang berterusan dan untuk memastikan pengeluaran tanaman kemudahan yang tinggi dan stabil, LED tumbuh peralatan sumber cahaya paling sejajar dengan pembangunan semasa trend.

Arah pembangunan masa depan kilang-kilang tumbuhan harus memberi tumpuan kepada ketepatan tinggi baru, sensor kos rendah, sistem peranti pencahayaan spektrum yang dapat dikawal dari jauh dan sistem kawalan pakar. Pada masa yang sama, kilang-kilang loji masa depan akan terus berkembang ke arah kos rendah, pintar, dan adaptif diri. Penggunaan dan populasi sumber cahaya LED memberikan jaminan untuk kawalan alam sekitar ketepatan tinggi kilang-kilang tumbuhan. Peraturan persekitaran cahaya LED adalah proses yang kompleks yang melibatkan peraturan komprehensif kualiti cahaya, intensiti cahaya, dan photoperiod. Pakar dan ulama yang berkaitan perlu menjalankan penyelidikan mendalam, mempromosikan pencahayaan tambahan LED di kilang-kilang tumbuhan cahaya buatan.