Pengarang: Jing Zhao，Zengchan Zhou，Yunlong Bu,dsb.Media Sumber：Teknologi Kejuruteraan Pertanian (hortikultur rumah hijau)

Kilang kilang itu menggabungkan industri moden, bioteknologi, hidroponik nutrien dan teknologi maklumat untuk melaksanakan kawalan ketepatan tinggi faktor persekitaran di kemudahan itu.Ia tertutup sepenuhnya, mempunyai keperluan yang rendah pada persekitaran sekeliling, memendekkan tempoh penuaian tumbuhan, menjimatkan air dan baja, dan dengan kelebihan pengeluaran bukan racun perosak dan tiada pembuangan sisa, kecekapan penggunaan tanah unit adalah 40 hingga 108 kali ganda daripada itu. pengeluaran lapangan terbuka.Antaranya, sumber cahaya buatan pintar dan peraturan persekitaran cahayanya 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 kilang ialah sumber cahaya buatan penuh dan merealisasikan 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, antaranya keamatan cahaya mempunyai kesan yang paling besar terhadap fotosintesis tumbuhan.

■ Keamatan cahaya

Keamatan cahaya boleh mengubah morfologi tanaman, seperti berbunga, panjang ruas, ketebalan batang, dan saiz dan ketebalan daun.Keperluan tumbuhan untuk keamatan cahaya boleh dibahagikan kepada tumbuhan yang suka cahaya, suka cahaya sederhana dan tahan cahaya rendah.Sayur-sayuran kebanyakannya tumbuhan yang menyukai cahaya, dan titik pampasan cahaya dan titik tepu cahayanya agak tinggi.Di kilang tumbuhan cahaya buatan, keperluan tanaman yang berkaitan untuk keamatan cahaya adalah asas penting untuk memilih sumber cahaya buatan.Memahami keperluan cahaya tumbuhan yang berbeza adalah penting untuk mereka bentuk sumber cahaya buatan, Ia amat diperlukan untuk meningkatkan prestasi pengeluaran sistem.

■ Kualiti cahaya

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

Klorofil dan karoten adalah dua pigmen terpenting dalam fotosintesis tumbuhan.Rajah 2 menunjukkan spektrum penyerapan spektrum bagi setiap pigmen fotosintesis, di mana spektrum penyerapan klorofil tertumpu pada jalur merah dan biru.Sistem pencahayaan adalah berdasarkan keperluan spektrum tanaman untuk menambah cahaya secara buatan, untuk menggalakkan fotosintesis tumbuhan.

■ tempoh foto
Hubungan antara fotosintesis dan fotomorfogenesis tumbuhan dan panjang hari (atau masa fotokala) dipanggil fotoperioditi tumbuhan.Fotoperioditi berkait rapat dengan jam cahaya, yang merujuk kepada masa tanaman disinari oleh cahaya.Tanaman yang berbeza memerlukan jumlah jam cahaya tertentu untuk melengkapkan tempoh foto untuk mekar dan berbuah.Mengikut tempoh foto yang berbeza, ia boleh dibahagikan kepada tanaman hari panjang, seperti kubis, dll., yang memerlukan lebih daripada 12-14 jam cahaya pada peringkat tertentu pertumbuhannya;tanaman hari pendek, seperti bawang, kacang soya, dsb., memerlukan kurang daripada 12-14j jam Pencahayaan;tanaman matahari sederhana, seperti timun, tomato, lada, dll., boleh mekar dan berbuah di bawah cahaya matahari yang lebih lama atau lebih pendek.
Antara tiga elemen persekitaran, keamatan cahaya adalah asas penting untuk memilih sumber cahaya buatan.Pada masa ini, terdapat banyak cara untuk menyatakan keamatan cahaya, terutamanya termasuk tiga berikut.
（1）Pencahayaan merujuk kepada ketumpatan permukaan fluks bercahaya (fluks bercahaya per unit luas) yang diterima pada satah bercahaya, dalam lux (lx).

（2） Sinaran aktif secara fotosintesis, PAR，Unit：W/m²。

（3）Ketumpatan fluks foton berkesan fotosintesis PPFD atau PPF ialah bilangan sinaran berkesan fotosintesis yang mencapai atau melalui unit masa dan luas unit, unit：μmol/(m²·s)。Terutamanya merujuk kepada keamatan cahaya 400~700nm berkaitan langsung dengan fotosintesis.Ia juga merupakan penunjuk keamatan cahaya yang paling biasa digunakan dalam bidang pengeluaran tumbuhan.

Analisis sumber cahaya sistem cahaya tambahan biasa
Tambahan cahaya buatan adalah untuk meningkatkan keamatan cahaya di kawasan sasaran atau memanjangkan masa cahaya dengan memasang sistem lampu tambahan untuk memenuhi permintaan cahaya tumbuhan.Secara umumnya, sistem lampu 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 lampu pijar yang rendah, kecekapan tenaga fotosintetik 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 nyahcas gas tekanan rendah.Tiub kaca diisi dengan wap merkuri atau gas lengai, dan dinding dalam tiub disalut dengan serbuk pendarfluor.Warna cahaya berbeza dengan bahan pendarfluor yang disalut dalam tiub.Lampu pendarfluor mempunyai prestasi spektrum yang baik, kecekapan bercahaya tinggi, kuasa rendah, hayat lebih lama (12000j) berbanding dengan lampu pijar, dan kos yang agak rendah.Oleh kerana lampu pendarfluor itu sendiri mengeluarkan haba yang kurang, ia boleh berdekatan dengan tumbuhan untuk pencahayaan dan sesuai untuk penanaman tiga dimensi.Walau bagaimanapun, susun atur spektrum lampu pendarfluor adalah tidak munasabah.Kaedah yang paling biasa di dunia ialah menambah pemantul untuk memaksimumkan komponen sumber cahaya yang berkesan bagi tanaman di kawasan penanaman.Syarikat adv-agri Jepun juga telah membangunkan jenis sumber cahaya tambahan HEFL baharu.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 panjang boleh dilaraskan dari 450mm hingga 1200mm mengikut keperluan penanaman.Ia adalah versi yang lebih baik daripada lampu pendarfluor konvensional.

■ Lampu halida logam
Lampu halida logam ialah lampu nyahcas berintensiti tinggi yang boleh merangsang unsur-unsur yang berbeza untuk menghasilkan panjang gelombang yang berbeza dengan menambahkan pelbagai halida logam (bromida timah, natrium iodida, dsb.) dalam tiub nyahcas berdasarkan lampu merkuri tekanan tinggi.Lampu halogen mempunyai kecekapan bercahaya yang tinggi, kuasa tinggi, warna cahaya yang baik, jangka hayat yang panjang dan spektrum yang besar.Walau bagaimanapun, kerana kecekapan bercahaya adalah lebih rendah daripada lampu natrium tekanan tinggi, dan jangka hayat adalah 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 nyahcas gas tekanan tinggi.Lampu natrium tekanan tinggi ialah lampu kecekapan tinggi di mana wap natrium tekanan tinggi diisi dalam tiub nyahcas, dan sejumlah kecil 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 aplikasi cahaya tambahan dalam kemudahan pertanian.Walau bagaimanapun, disebabkan oleh 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 pada jalur cahaya kuning-oren, yang tidak mempunyai spektrum merah dan biru yang diperlukan untuk pertumbuhan tumbuhan.

■ Diod pemancar cahaya
Sebagai sumber cahaya generasi baharu, diod pemancar cahaya (LED) mempunyai banyak kelebihan seperti kecekapan penukaran elektro-optik yang lebih tinggi, spektrum boleh 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, jangka hayat, cahaya monokromatik, sumber cahaya sejuk dan sebagainya.Dengan peningkatan lagi kecekapan elektro-optik LED dan pengurangan kos yang disebabkan oleh kesan skala, sistem pencahayaan LED tumbuh akan menjadi peralatan arus perdana untuk menambah cahaya dalam kemudahan pertanian.Akibatnya, lampu tumbuh LED telah digunakan di atas 99.9% kilang tumbuhan.

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

Peranti lampu mudah alih
Keamatan cahaya berkait rapat dengan pertumbuhan tanaman.Penanaman tiga dimensi sering digunakan di kilang tumbuhan.Walau bagaimanapun, disebabkan oleh had struktur rak penanaman, pengagihan cahaya dan suhu yang tidak sekata antara rak akan menjejaskan hasil tanaman dan tempoh penuaian tidak akan disegerakkan.Sebuah syarikat di Beijing telah berjaya membangunkan peranti tambahan cahaya mengangkat manual (lekapan lampu HPS dan lekapan lampu LED tumbuh) pada tahun 2010. Prinsipnya adalah untuk memutarkan aci pemacu dan penggulung yang dipasang padanya dengan menggoncang pemegang untuk memutarkan gulungan filem kecil untuk mencapai tujuan menarik balik dan membuka tali dawai.Tali dawai lampu tumbuh disambungkan dengan roda penggulungan lif melalui beberapa set roda undur, untuk mencapai kesan melaraskan ketinggian cahaya tumbuh.Pada 2017, syarikat yang disebutkan di atas mereka bentuk dan membangunkan peranti tambahan cahaya mudah alih baharu, yang boleh melaraskan ketinggian tambahan cahaya secara automatik dalam masa nyata mengikut keperluan pertumbuhan tanaman.Peranti pelarasan kini dipasang pada rak penanaman tiga dimensi jenis pengangkat sumber cahaya 3 lapisan.Lapisan atas peranti adalah tahap dengan keadaan cahaya terbaik, jadi ia dilengkapi dengan lampu natrium tekanan tinggi;lapisan tengah dan lapisan bawah dilengkapi dengan lampu tumbuh LED dan sistem pelarasan angkat.Ia boleh melaraskan ketinggian lampu tumbuh secara automatik untuk menyediakan persekitaran pencahayaan yang sesuai untuk tanaman.

Berbanding dengan peranti tambahan cahaya mudah alih yang disesuaikan untuk penanaman tiga dimensi, Belanda telah membangunkan peranti cahaya tambahan cahaya LED boleh alih alih secara mendatar.Untuk mengelakkan pengaruh bayang-bayang cahaya tumbuh pada pertumbuhan tumbuhan di bawah sinar matahari, sistem cahaya tumbuh boleh ditolak ke kedua-dua belah pendakap melalui slaid teleskopik dalam arah mendatar, supaya matahari sepenuhnya disinari pada tumbuhan;pada hari mendung dan hujan tanpa cahaya matahari, Tolak sistem lampu tumbuh ke tengah kurungan untuk menjadikan cahaya sistem lampu tumbuh sekata memenuhi tumbuh-tumbuhan;gerakkan sistem lampu tumbuh secara mendatar melalui slaid pada pendakap, elakkan pembongkaran dan penyingkiran sistem lampu tumbuh yang kerap, dan mengurangkan intensiti buruh pekerja, dengan itu meningkatkan kecekapan kerja dengan berkesan.

Idea reka bentuk sistem lampu tumbuh biasa
Tidak sukar untuk melihat daripada reka bentuk peranti tambahan pencahayaan mudah alih bahawa reka bentuk sistem pencahayaan tambahan kilang kilang biasanya mengambil keamatan cahaya, kualiti cahaya dan parameter fotokala tempoh pertumbuhan tanaman yang berbeza sebagai kandungan teras reka bentuk. , bergantung pada 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 telah beransur-ansur matang.Sebagai contoh, sayur-sayuran berdaun boleh dibahagikan kepada empat peringkat: peringkat anak benih, pertengahan pertumbuhan, lewat pertumbuhan, dan peringkat akhir;buah-sayuran boleh dibahagikan kepada peringkat anak benih, peringkat pertumbuhan vegetatif, peringkat berbunga, dan peringkat penuaian.Daripada sifat-sifat keamatan cahaya tambahan, keamatan cahaya dalam peringkat anak benih hendaklah lebih rendah sedikit, pada 60~200 μmol/(m²·s), dan kemudian meningkat secara beransur-ansur.Sayuran berdaun boleh mencapai sehingga 100~200 μmol/(m²·s), dan sayur-sayuran buah-buahan boleh 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 kepada biru adalah sangat penting.Untuk meningkatkan kualiti anak benih dan mengelakkan pertumbuhan berlebihan dalam peringkat anak benih, nisbah merah kepada biru biasanya ditetapkan pada tahap yang rendah [(1~2):1], dan kemudian dikurangkan secara beransur-ansur untuk memenuhi keperluan tumbuhan morfologi cahaya.Nisbah merah kepada biru kepada sayur-sayuran berdaun boleh ditetapkan kepada (3~6):1.Untuk fotoperiod, sama dengan keamatan cahaya, ia sepatutnya menunjukkan trend meningkat dengan lanjutan tempoh pertumbuhan, supaya sayur-sayuran berdaun mempunyai lebih banyak masa fotosintesis untuk fotosintesis.Reka bentuk suplemen ringan 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 fotokala semasa tempoh berbunga, dan pembungaan dan pembuahan sayur-sayuran mesti digalakkan, supaya tidak menjadi bumerang.

Perlu dinyatakan bahawa formula ringan harus termasuk rawatan akhir untuk tetapan persekitaran cahaya.Sebagai contoh, suplemen cahaya berterusan boleh meningkatkan hasil dan kualiti anak benih sayuran berdaun hidroponik, atau menggunakan rawatan UV untuk meningkatkan kualiti pemakanan pucuk dan sayur-sayuran berdaun dengan ketara (terutamanya Daun ungu dan daun salad merah).

Selain mengoptimumkan suplemen cahaya untuk tanaman terpilih, sistem kawalan sumber cahaya beberapa kilang tumbuhan cahaya buatan juga telah berkembang pesat dalam beberapa tahun kebelakangan ini.Sistem kawalan ini secara amnya 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 direalisasikan.Sistem cahaya tambahan pintar jenis ini menggunakan lekapan lampu tumbuh LED sebagai sumber cahaya tambahan, digabungkan dengan sistem kawalan pintar jauh, boleh memenuhi keperluan pencahayaan panjang gelombang tumbuhan, amat sesuai untuk persekitaran penanaman tumbuhan terkawal cahaya, dan boleh memenuhi permintaan pasaran dengan baik. .

Mengakhiri ucapan
Kilang tumbuhan dianggap sebagai cara penting untuk menyelesaikan masalah sumber dunia, penduduk dan alam sekitar pada abad ke-21, dan cara penting untuk mencapai sara diri makanan dalam projek teknologi tinggi masa depan.Sebagai kaedah pengeluaran pertanian jenis baru, kilang tumbuhan masih dalam peringkat pembelajaran dan pertumbuhan, dan lebih banyak perhatian dan penyelidikan diperlukan.Artikel ini menerangkan ciri dan kelebihan kaedah pencahayaan tambahan biasa di kilang tumbuhan, dan memperkenalkan idea reka bentuk sistem pencahayaan tambahan tanaman biasa.Tidak sukar untuk mencari melalui perbandingan, untuk mengatasi cahaya malap yang disebabkan oleh cuaca buruk seperti mendung dan jerebu yang berterusan dan untuk memastikan pengeluaran tanaman kemudahan yang tinggi dan stabil, peralatan sumber cahaya LED Grow paling sesuai dengan perkembangan semasa. trend.

Hala tuju pembangunan masa hadapan kilang tumbuhan harus memberi tumpuan kepada penderia berketepatan tinggi, kos rendah baharu, sistem peranti pencahayaan spektrum boleh laras dan kawalan pakar yang boleh dikawal dari jauh.Pada masa yang sama, kilang kilang masa hadapan akan terus berkembang ke arah kos rendah, pintar dan menyesuaikan diri.Penggunaan dan mempopularkan sumber cahaya tumbuh LED memberikan jaminan untuk kawalan alam sekitar berketepatan tinggi bagi kilang tumbuhan.Peraturan persekitaran cahaya LED ialah proses yang kompleks yang melibatkan pengawalseliaan menyeluruh kualiti cahaya, keamatan cahaya dan tempoh foto.Pakar dan sarjana yang berkaitan perlu menjalankan penyelidikan mendalam, mempromosikan pencahayaan tambahan LED di kilang tumbuhan cahaya buatan.