Аўтар: Цзін Чжао ， Zengchan Zhou ， Yunlong Bu і г.д. Крыніца СМІ: Тэхналогія сельскагаспадарчай тэхнікі (парніковыя садаводства)

Завод завода спалучае ў сабе сучасную прамысловасць, біятэхналогію, пажыўную гідрапоніку і інфармацыйныя тэхналогіі для рэалізацыі высокадакладнага кантролю за фактарамі навакольнага асяроддзя ў аб'екце. Ён цалкам закрыты, мае нізкія патрабаванні да навакольнага асяроддзя, скарачае перыяд збору ўраджаю, эканоміць ваду і ўгнаенні, а з перавагамі вытворчасці неправы і без адходаў, эфектыўнасць выкарыстання зямлі складае 40-108 разоў ад гэтага вытворчасці адкрытага поля. Сярод іх інтэлектуальная штучная крыніца святла і яго рэгуляванне светлавога асяроддзя адыгрываюць вырашальную ролю ў яго эфектыўнасці вытворчасці.

У якасці важнага фізічнага фактару навакольнага асяроддзя Святло адыгрывае ключавую ролю ў рэгуляванні росту раслін і рэчываў матэрыялу. "Адной з асноўных асаблівасцей завода з'яўляецца поўная штучная крыніца святла, а рэалізацыя інтэлектуальнай рэгуляцыі светлавога асяроддзя" стала агульным кансенсусам у гэтай галіне.

Патрэба раслін у святле

Святло - адзіная крыніца энергіі фотасінтэзу раслін. Інтэнсіўнасць святла, якасць святла (спектр) і перыядычныя змены святла аказваюць глыбокі ўплыў на рост і развіццё культур, сярод якіх інтэнсіўнасць святла аказвае найбольшы ўплыў на фотасінтэз раслін.

■ Інтэнсіўнасць святла

Інтэнсіўнасць святла можа змяніць марфалогію культур, такіх як цвіценне, даўжыня інтэрнала, таўшчыня сцябла і памер лісця і таўшчыня. Патрабаванні раслін для інтэнсіўнасці святла можна падзяліць на светлавалюбныя, сярэднія асвятляльныя і нізкаалектыўныя расліны. Гародніна-гэта ў асноўным светлалюбныя расліны, а іх лёгкія пункты кампенсацыі і кропкі насычэння святла адносна высокія. На заводах штучнага святла, адпаведныя патрабаванні ўраджаю для інтэнсіўнасці святла з'яўляюцца важнай асновай для выбару штучных крыніц святла. Разуменне патрабаванняў святла розных раслін важна для распрацоўкі штучных крыніц святла, надзвычай неабходна павысіць прадукцыйнасць вытворчасці сістэмы.

■ Якасць святла

Размеркаванне якасці святла (спектральнае) таксама аказвае важны ўплыў на фотасінтэз раслін і марфагенез (мал. 1). Святло з'яўляецца часткай выпраменьвання, а выпраменьванне - гэта электрамагнітная хваля. Электрамагнітныя хвалі маюць хвалевыя характарыстыкі і квантавыя (часціцы) характарыстыкі. Квант святла называецца фатонам у полі садаводства. Радыяцыя з дыяпазонам даўжыні хвалі 300 ~ 800 нм называецца фізіялагічна актыўным выпраменьваннем раслін; і выпраменьванне з дыяпазонам даўжынёй хвалі 400 ~ 700 нм называецца фотасінтэтычна актыўным выпраменьваннем (PAR) раслін.

Хларафіл і каратыны - два найважнейшыя пігменты ў фотасінтэзе раслін. На малюнку 2 паказаны спектральны спектр паглынання кожнага фотасінтэтычнага пігмента, пры якім спектр паглынання хларафіла сканцэнтраваны ў чырвоных і сініх палосах. Сістэма асвятлення заснавана на спектральных патрэбах культур для штучнага дапаўнення святла, каб садзейнічаць фотасінтэзу раслін.

■ фотаперыяд
Узаемасувязь паміж фотасінтэзам і фотаморфагенезам раслін і даўжынёй дня (або часам фотаперыяду) называецца фотаперыядацыяй раслін. Photoperiodity цесна звязана з светлавымі гадзінамі, што ставіцца да часу, калі ўраджай апрамяняецца святлом. Для завяршэння фотаперыяду і нанесці плён для росту і прынесці розныя культуры. Згодна з рознымі фотаперыядамі, яго можна падзяліць на шматгадовыя культуры, такія як капуста і г.д., якія патрабуюць больш за 12-14H светлавых гадзін на пэўнай стадыі яго росту; Кароткачасовыя культуры, такія як лук, соя і г.д., патрабуюць менш за 12-14H гадзіну асвятлення; Сярэднія пасевы, такія як агуркі, памідоры, перац і г.д.
Сярод трох элементаў навакольнага асяроддзя інтэнсіўнасць святла з'яўляецца важнай асновай для выбару штучных крыніц святла. У цяперашні час існуе мноства спосабаў выразіць інтэнсіўнасць святла, у асноўным, уключаючы наступныя тры.
（1） Асвятленне ставіцца да шчыльнасці паверхні святла (светлы паток на адзінку плошчы), атрыманай на асветленай плоскасці, у Lux (LX).

（2） Фотасінтэтычна актыўнае выпраменьванне, пар ， Блок: w/m²。

（3） Фотасінтэтычна эфектыўная шчыльнасць фатонавага патоку PPFD або PPF - гэта колькасць фотасінтэтычна эфектыўнага выпраменьвання, якое дасягае або праходзіць праз адзін раз і адзінкавы плошчу, адзінка: мкмоль/(м² · s) 。mainly спасылаецца на інтэнсіўнасць святла 400 ~ 700 нмм. непасрэдна звязаны з фотасінтэзам. Гэта таксама найбольш часта выкарыстоўваецца індыкатар інтэнсіўнасці святла ў галіне вытворчасці раслін.

Аналіз крыніцы святла тыповай дадатковай сістэмы асвятлення
Штучнае дапаўненне святла павінна павялічыць інтэнсіўнасць святла ў мэтавай вобласці альбо падоўжыць час святла, усталяваўшы сістэму святла дапаўненняў для задавальнення попыту на расліны. Наогул кажучы, дадатковая сістэма асвятлення ўключае дадатковае асвятленне, схемы і яе сістэму кіравання. Дадатковыя крыніцы святла ў асноўным ўключаюць у сябе некалькі распаўсюджаных тыпаў, такіх як лямпы напальвання, флуарэсцэнтныя лямпы, металічныя галогенідныя лямпы, высокі ціск натрыевых лямпаў і святлодыёдаў. З -за нізкай электрычнай і аптычнай эфектыўнасці лямпаў напальвання, нізкай фотасінтэтычнай энергаэфектыўнасці і іншых недахопаў, рынак быў ліквідаваны, таму гэты артыкул не робіць дэталёвага аналізу.

■ Флуарэсцэнтная лямпа
Флуарэсцэнтныя лямпы належаць да тыпу газавых лямпаў з нізкім ціскам. Шкляная трубка запоўнена парай ртуці або інертным газам, а ўнутраная сценка трубкі пакрыта флуарэсцэнтным парашком. Лёгкі колер вар'іруецца ў залежнасці ад флуарэсцэнтнага матэрыялу, пакрытага ў трубцы. Флуарэсцэнтныя лямпы валодаюць добрымі спектральнымі характарыстыкамі, высокай светлай эфектыўнасцю, нізкай магутнасцю, больш працяглым тэрмінам службы (12000 гадзін) у параўнанні з лямпамі напальвання і адносна нізкай коштам. Паколькі сама флуарэсцэнтная лямпа выпраменьвае менш цяпла, яна можа быць блізка да раслін для асвятлення і падыходзіць для трохмернага вырошчвання. Аднак спектральная планіроўка флуарэсцэнтнай лямпы неразумная. Самы распаўсюджаны метад у свеце - даданне адбівальнікаў для максімальнага павелічэння эфектыўных кампанентаў крыніцы святла культур у зоне вырошчвання. Японская кампанія Adv-Agri таксама распрацавала новы тып дадатковай крыніцы святла HEFL. HEFL на самай справе належыць да катэгорыі флуарэсцэнтных лямпаў. Гэта агульны тэрмін для халодных катодных флуарэсцэнтных лямпаў (CCFL) і вонкавых флуарэсцэнтных лямпаў электрода (EEFL) і ўяўляе сабой змешаную флуарэсцэнтную лямпу электрода. Труба HEFL надзвычай тонкая, дыяметрам усяго каля 4 мм, а даўжыня можа быць адрэгулявана ад 450 мм да 1200 мм у адпаведнасці з патрэбамі вырошчвання. Гэта ўдасканаленая версія звычайнай флуарэсцэнтнай лямпы.

■ металічная галогенідная лямпа
Металічная галогенідная лямпа-гэта разраджальная лямпа высокай інтэнсіўнасці, якая можа ўзбуджаць розныя элементы для атрымання розных даўжынь хваль, дадаўшы розныя галогеніды металу (волава брамід, ёдыд натрыю і г.д.) у разрадную трубку на аснове ртутнай лямпы высокага ціску. Галагенныя лямпы валодаюць высокай светлай эфектыўнасцю, высокай магутнасцю, добрым светлым колерам, доўгім тэрмінам жыцця і вялікім спектрам. Аднак, паколькі святлівая эфектыўнасць ніжэй, чым у высокага ціску натрыевых лямпаў, а жыццё карацей, чым у лямпы натрыю высокага ціску, у цяперашні час ён выкарыстоўваецца толькі на некалькіх заводах.

■ Лямпа натрыю высокага ціску
Лямпы натрыю высокага ціску належаць да тыпу газавых лямпаў высокага ціску. Лямпа натрыю высокага ціску-гэта высокаэфектыўная лямпа, у якой пары натрыю высокага ціску запаўняецца ў разрадавай трубцы, а таксама дадаецца невялікая колькасць ксенона (XE) і галогеніду металу ртуці. Паколькі лямпы натрыю высокага ціску валодаюць высокай эфектыўнасцю электра-аптычнага пераўтварэння з меншымі выдаткамі на вытворчасць, у цяперашні час лямпы натрыю высокага ціску найбольш шырока выкарыстоўваюцца ў прымяненні дадатковага святла ў сельскагаспадарчых установах. Аднак з -за недахопаў нізкай фотасінтэтычнай эфектыўнасці ў іх спектры яны маюць недахопы нізкай энергаэфектыўнасці. З іншага боку, спектральныя кампаненты, якія выпраменьваюцца высокімі ціскамі натрыю, у асноўным канцэнтруюцца ў светла-аранжавай паласе, у якой не хапае чырвоных і сініх спектраў, неабходных для росту раслін.

■ Лёгкі выпраменьванне дыёда
У якасці новага пакалення крыніц святла, святлодыёды, якія выпраменьваюць святло (святлодыёды), маюць мноства пераваг, такіх як больш высокая эфектыўнасць электра-аптычнай канверсіі, рэгуляваны спектр і высокая эфектыўнасць фотасінтэзу. Святлодыёд можа выпраменьваць аднатоннае святло, неабходнае для росту раслін. У параўнанні са звычайнымі флуарэсцэнтнымі лямпамі і іншымі дадатковымі крыніцамі святла, святлодыёд мае перавагі эканоміі энергіі, аховы навакольнага асяроддзя, доўгага жыцця, аднатоннага святла, крыніцы халоднага святла і гэтак далей. З далейшым паляпшэннем электра-аптычнай эфектыўнасці святлодыёдаў і зніжэннем выдаткаў, выкліканых маштабамі, святлодыёдныя сістэмы вырошчвання асвятлення стануць асноўным абсталяваннем для дапаўнення святла ў сельскагаспадарчых установах. У выніку святлодыёдныя вырошчванне прымяняюцца больш за 99,9% раслінных заводаў.

У параўнанні з характарыстыкамі розных дадатковых крыніц святла можна выразна зразумець, як паказана ў табліцы 1.

Мабільнае прылада асвятлення
Інтэнсіўнасць святла цесна звязана з ростам культур. Трохмернае вырошчванне часта выкарыстоўваецца на раслінных заводах. Аднак з -за абмежавання структуры стэлажоў вырошчвання нераўнамернае размеркаванне святла і тэмпературы паміж стэлажамі паўплывае на выхад ураджаяў, і перыяд нарыхтоўкі не будзе сінхранізавана. У 2010 годзе кампанія ў Пекіне паспяхова распрацавала ручное пад'ёмнае прыладу для святла (асвятленне асвятлення HPS і святлодыёд для вырошчвання). Для дасягнення мэты ўцягвання і развядзення драцяной вяроўкі. Драцяная вяроўка вырошчвання злучаецца з намотным колам ліфта праз некалькі набораў задніх колаў, каб дасягнуць эфекту ад рэгулявання вышыні святла вырошчвання. У 2017 годзе вышэйзгаданая кампанія распрацавала і распрацавала новае мабільнае прылада для дапаўнення святла, якое можа аўтаматычна наладзіць вышыню дапаўненняў святла ў рэжыме рэальнага часу ў адпаведнасці з патрэбамі росту ўраджаю. Прылада рэгулявання зараз усталявана на трохслаёвай крыніцы святла, які падлягае трохмернай стойцы для вырошчвання тыпу. Верхні пласт прылады-гэта ўзровень з найлепшым умовай святла, таму ён абсталяваны высокімі ціскамі натрыевых лямпаў; Сярэдні пласт і ніжні пласт абсталяваны святлодыёднымі агні і сістэмай рэгулявання ўздыму. Ён можа аўтаматычна рэгуляваць вышыню вырошчвання святла, каб забяспечыць прыдатную асвятляльную сераду для культур.

У параўнанні з прыладай мабільнага святла, з улікам трохмернага вырошчвання, Нідэрланды распрацавалі гарызантальна рухомае святлодыёднае святло вырошчвання святла святла. Для таго, каб пазбегнуць уплыву ценю вырошчвання святла на рост раслін на сонцы, сістэму вырошчвання святла можна падштурхнуць да абодвух бакоў кранштэйна праз тэлескапічны слайд у гарызантальным кірунку, каб сонца цалкам было цалкам апрамянены на раслінах; У воблачныя і дажджлівыя дні без сонечных прамянёў падштурхнуць сістэму вырошчвання святла да сярэдзіны кранштэйна, каб зрабіць святло сістэмы вырошчвання святла раўнамерна запоўніць расліны; Перамясціце сістэму вырошчвання святла па гарызанталі праз слайд на кранштэйн, пазбягайце частай разбору і выдалення сістэмы вырошчвання святла, а таксама зніжайце інтэнсіўнасць працы супрацоўнікаў, што эфектыўна павышае эфектыўнасць працы.

Ідэі дызайну тыповай сістэмы вырошчвання святла
З дызайну мабільнага асвятлення не складана, што дызайн дадатковай сістэмы асвятлення завода звычайна прымае інтэнсіўнасць святла, якасць святла і параметры фотаперыяда розных перыядаў росту ўраджаю, як асноўны ўтрыманне дызайну ў дызайне , абапіраючыся на інтэлектуальную сістэму кіравання для рэалізацыі, дасягнуўшы канчатковай мэты эканоміі энергіі і высокай ураджайнасці.

У цяперашні час дызайн і будаўніцтва дадатковага святла для ліставых гародніны паступова саспелі. Напрыклад, ліставыя гародніна можна падзяліць на чатыры этапы: стадыя высадкі, сярэдняе рост, позні рост і канцавая стадыя; Фруктова-веласіпеды можна падзяліць на стадыю расады, вегетатыўны этап росту, стадыю цвіцення і стадыю збору ўраджаю. Ад атрыбутаў дадатковай інтэнсіўнасці святла інтэнсіўнасць святла ў стадыі высадкі павінна быць крыху ніжэй, пры 60 ~ 200 мкмоль/(м² · с), а потым паступова павялічваецца. Ліставыя гародніна могуць дасягаць да 100 ~ 200 мкмоль/(м² · с), а пладовыя гародніна могуць дасягаць 300 ~ 500 мкмоль/(м² · с), каб забяспечыць патрабаванні да інтэнсіўнасці святла ў кожным перыядзе росту і задаволіць патрэбы высокая ўраджайнасць; З пункту гледжання якасці святла суадносіны чырвонага да сіняга вельмі важна. Для таго, каб павялічыць якасць расады і прадухіліць празмерны рост стадыі высадкі, суадносіны чырвонага да сіняга звычайна ўсталёўваецца на нізкім узроўні [(1 ~ 2): 1], а потым паступова памяншаецца для задавальнення патрэбаў раслін Лёгкая марфалогія. Суадносіны чырвонага да сіняга да ліставай гародніны можна ўсталяваць (3 ~ 6): 1. Для фотаперыяду, падобнага на інтэнсіўнасць святла, ён павінен паказаць тэндэнцыю павелічэння пры пашырэнні перыяду росту, так што ў ліставых гародніны ёсць больш часу фотасінтэзу для фотасінтэзу. Дызайн дабавак лёгкіх садавіны і гародніны будзе складаней. У дадатак да вышэйзгаданых асноўных законаў, мы павінны засяродзіцца на ўстаноўцы фотаперыяду ў перыяд цвіцення, а цвіценне і плоданашэння гародніны павінны быць прасоўвацца, каб не ўзмацніць агні.

Варта адзначыць, што светлавая формула павінна ўключаць у сябе канчатковае лячэнне для налад светлавога асяроддзя. Напрыклад, бесперапынныя дабаўкі да святла могуць значна палепшыць ураджайнасць і якасць гідрапонічных лісцяных агароднінных расадаў, альбо выкарыстоўваць ультрафіялетавае лячэнне, каб значна палепшыць парасткі і ліставыя гародніны (асабліва фіялетавыя лісце і чырвоны лісце салата).

У дадатак да аптымізацыі дабавак святла для выбраных культур, у апошнія гады таксама хутка развівалася сістэма кіравання крыніцамі святла некаторых штучных заводаў святла. Гэтая сістэма кіравання звычайна заснавана на структуры B/S. Аддалены кантроль і аўтаматычны кантроль за экалагічнымі фактарамі, такімі як тэмпература, вільготнасць, святло і канцэнтрацыя CO2 падчас росту культур, рэалізуюцца праз WiFi, і ў той жа час рэалізуецца метад вытворчасці, які не абмяжоўваецца знешнімі ўмовамі. Гэты выгляд інтэлектуальнай дадатковай сістэмы асвятлення выкарыстоўвае святлодыёднае лячэнне асвятлення ў якасці дадатковай крыніцы святла ў спалучэнні з дыстанцыйнай інтэлектуальнай сістэмай кіравання, можа задаволіць патрэбы асвятлення даўжыні хвалі раслін, асабліва падыходзіць для асяроддзя вырошчвання раслін, якія кантралююцца святлом, і цалкам могуць задаволіць попыт на рынку .

Заключныя заўвагі
Заводы раслін лічацца важным спосабам вырашэння сусветных рэсурсаў, насельніцтва і экалагічных праблем у 21 стагоддзі, а таксама важны спосаб дасягнення самадастатковасці харчавання ў будучых высокатэхналагічных праектах. У якасці новага тыпу метаду сельскагаспадарчай вытворчасці заводы па -ранейшаму знаходзяцца на стадыі навучання і росту, і неабходна больш увагі і даследаванняў. У гэтым артыкуле апісаны характарыстыкі і перавагі распаўсюджаных дадатковых метадаў асвятлення на заводах, а таксама ўводзіць ідэі дызайну тыповых дадатковых сістэм асвятлення ўраджаю. Не цяжка знайсці ў параўнанні, каб справіцца з нізкім асвятленнем, выкліканым суровым надвор' тэндэнцыі.

У будучыні напрамкі распрацоўкі заводаў павінны засяроджвацца на новых высокадакладных, недарагіх датчыках, дыстанцыйна кіраваных, рэгуляваных сістэмах прылад асвятлення спектру і сістэм кіравання экспертам. У той жа час будучыя заводы будуць працягваць развівацца да недарагіх, разумных і самаадаптацыйных. Выкарыстанне і папулярызацыя святлодыёдных крыніц вырошчвання дае гарантыю высокадакладнага кантролю за навакольным асяроддзем заводаў. Рэгуляванне святлодыёднага святла - гэта складаны працэс, які ўключае ўсебаковае рэгуляванне якасці святла, інтэнсіўнасці святла і фотаперыяда. Адпаведныя эксперты і навукоўцы павінны праводзіць паглыбленыя даследаванні, прасоўваючы святлодыёднае асвятленне на заводах штучнага святла.