May -akda: Jing Zhao ， Zengchan Zhou ， Yunlong Bu, atbp. Pinagmulan ng Media ： Teknolohiya ng Agrikultura ng Agrikultura (Greenhouse Hortikultura)

Pinagsasama ng pabrika ng halaman ang modernong industriya, biotechnology, nutrient hydroponics at teknolohiya ng impormasyon upang maipatupad ang kontrol ng mataas na katumpakan ng mga kadahilanan sa kapaligiran sa pasilidad. Ito ay ganap na nakapaloob, may mababang mga kinakailangan sa nakapalibot na kapaligiran, pinapaikli ang panahon ng pag-aani ng halaman, nakakatipid ng tubig at pataba, at sa mga pakinabang ng hindi pagpatay sa paggawa at walang paglabas ng basura, ang kahusayan sa paggamit ng yunit ng lupa ay 40 hanggang 108 beses na iyon ng bukas na paggawa ng patlang. Kabilang sa mga ito, ang intelihenteng artipisyal na mapagkukunan ng ilaw at ang regulasyon ng ilaw sa kapaligiran ay gumaganap ng isang mapagpasyang papel sa kahusayan ng paggawa nito.

Bilang isang mahalagang pisikal na kadahilanan sa kapaligiran, ang ilaw ay gumaganap ng isang pangunahing papel sa pag -regulate ng paglago ng halaman at metabolismo ng materyal. "Ang isa sa mga pangunahing tampok ng pabrika ng halaman ay ang buong artipisyal na mapagkukunan ng ilaw at ang pagsasakatuparan ng matalinong regulasyon ng magaan na kapaligiran" ay naging isang pangkalahatang pinagkasunduan sa industriya.

Kailangan ng mga halaman para sa ilaw

Ang ilaw ay ang tanging mapagkukunan ng enerhiya ng potosintesis ng halaman. Ang magaan na intensity, kalidad ng ilaw (spectrum) at pana -panahong pagbabago ng ilaw ay may malalim na epekto sa paglaki at pag -unlad ng mga pananim, na kung saan ang light intensity ay may pinakamalaking epekto sa potosintesis ng halaman.

■ Light intensity

Ang intensity ng ilaw ay maaaring magbago ng morpolohiya ng mga pananim, tulad ng pamumulaklak, haba ng internode, kapal ng stem, at laki ng dahon at kapal. Ang mga kinakailangan ng mga halaman para sa magaan na intensity ay maaaring nahahati sa pag-ibig sa ilaw, medium-light-loving, at mga halaman na may mababang ilaw. Ang mga gulay ay karamihan sa mga halaman na nagmamahal sa ilaw, at ang kanilang mga light point point at light saturation point ay medyo mataas. Sa mga artipisyal na pabrika ng halaman, ang mga nauugnay na kinakailangan ng mga pananim para sa magaan na intensity ay isang mahalagang batayan para sa pagpili ng mga artipisyal na mapagkukunan ng ilaw. Ang pag -unawa sa mga ilaw na kinakailangan ng iba't ibang mga halaman ay mahalaga para sa pagdidisenyo ng mga artipisyal na mapagkukunan ng ilaw, lubos na kinakailangan upang mapagbuti ang pagganap ng paggawa ng system.

■ Magaan ang kalidad

Ang pamamahagi ng ilaw (spectral) ay mayroon ding mahalagang impluwensya sa potosintesis ng halaman at morphogenesis (Larawan 1). Ang ilaw ay bahagi ng radiation, at ang radiation ay isang electromagnetic wave. Ang mga electromagnetic waves ay may mga katangian ng alon at mga katangian ng dami (butil). Ang dami ng ilaw ay tinatawag na photon sa larangan ng hortikultura. Ang radiation na may isang haba ng haba ng haba ng 300 ~ 800nm ​​ay tinatawag na physiologically aktibong radiation ng mga halaman; at radiation na may isang haba ng haba ng haba ng 400 ~ 700nm ay tinatawag na photosynthetically aktibong radiation (PAR) ng mga halaman.

Ang Chlorophyll at carotenes ay ang dalawang pinakamahalagang pigment sa potosintesis ng halaman. Ipinapakita ng Figure 2 ang spectral na pagsipsip ng spectrum ng bawat photosynthetic pigment, kung saan ang spectrum ng pagsipsip ng chlorophyll ay puro sa pula at asul na mga banda. Ang sistema ng pag -iilaw ay batay sa mga kamangha -manghang mga pangangailangan ng mga pananim upang artipisyal na madagdagan ang ilaw, upang maisulong ang fotosintesis ng mga halaman.

■ Photoperiod
Ang ugnayan sa pagitan ng photosynthesis at photomorphogenesis ng mga halaman at haba ng araw (o oras ng photoperiod) ay tinatawag na photoperiodity ng mga halaman. Ang photoperiodity ay malapit na nauugnay sa mga oras ng ilaw, na tumutukoy sa oras na ang ani ay naiinis sa pamamagitan ng ilaw. Ang iba't ibang mga pananim ay nangangailangan ng isang tiyak na bilang ng mga oras ng ilaw upang makumpleto ang photoperiod upang mamukadkad at magbunga. Ayon sa iba't ibang mga photoperiods, maaari itong nahahati sa mga mahabang pananim, tulad ng repolyo, atbp, na nangangailangan ng higit sa 12-14h na oras ng ilaw sa isang tiyak na yugto ng paglaki nito; Ang mga panandaliang pananim, tulad ng mga sibuyas, soybeans, atbp, ay nangangailangan ng mas mababa sa 12-14H na oras ng pag-iilaw; Ang mga medium-sun na pananim, tulad ng mga pipino, kamatis, sili, atbp.
Kabilang sa tatlong mga elemento ng kapaligiran, ang light intensity ay isang mahalagang batayan para sa pagpili ng mga artipisyal na mapagkukunan ng ilaw. Sa kasalukuyan, maraming mga paraan upang maipahayag ang light intensity, higit sa lahat kasama ang sumusunod na tatlo.
（1） Ang pag -iilaw ay tumutukoy sa density ng ibabaw ng maliwanag na pagkilos ng bagay (maliwanag na pagkilos ng bagay sa bawat yunit ng lugar) na natanggap sa nag -iilaw na eroplano, sa LUX (LX).

（2） Photosynthetically Aktibong Radiation, Par ， Unit ： W/m²。

（3） Ang photosynthetically effective photon flux density ppfd o ppf ay ang bilang ng photosynthetically epektibong radiation na umabot o dumadaan sa oras ng yunit at yunit ng lugar, yunit ： ：mol/(m² · s) 。mainly ay tumutukoy sa light intensity ng 400 ~ 700nm direktang nauugnay sa fotosintesis. Ito rin ang pinaka -karaniwang ginagamit na tagapagpahiwatig ng light intensity sa larangan ng paggawa ng halaman.

Light Source analysis ng tipikal na Supplement Light System
Ang Artipisyal na Light Supplement ay upang madagdagan ang light intensity sa target na lugar o palawakin ang oras ng ilaw sa pamamagitan ng pag -install ng isang supplement light system upang matupad ang ilaw na demand ng mga halaman. Sa pangkalahatan, ang Karagdagang Light System ay nagsasama ng mga pandagdag na ilaw na kagamitan, circuit at control system nito. Ang mga suplemento na ilaw ay higit sa lahat ay may kasamang maraming mga karaniwang uri tulad ng mga maliwanag na lampara, fluorescent lamp, metal halide lamps, high-pressure sodium lamp at LEDs. Dahil sa mababang de -koryenteng at optical na kahusayan ng mga maliwanag na lampara, mababang kahusayan ng enerhiya ng photosynthetic at iba pang mga pagkukulang, tinanggal ito ng merkado, kaya ang artikulong ito ay hindi gumawa ng isang detalyadong pagsusuri.

■ fluorescent lamp
Ang mga fluorescent lamp ay kabilang sa uri ng mga lampara na naglalabas ng gas. Ang glass tube ay puno ng singaw ng mercury o inert gas, at ang panloob na dingding ng tubo ay pinahiran ng fluorescent powder. Ang ilaw na kulay ay nag -iiba sa materyal na fluorescent na pinahiran sa tubo. Ang mga fluorescent lamp ay may mahusay na pagganap ng parang multo, mataas na maliwanag na kahusayan, mababang lakas, mas mahabang buhay (12000H) kumpara sa mga maliwanag na lampara, at medyo mababang gastos. Dahil ang fluorescent lamp mismo ay nagpapalabas ng mas kaunting init, maaari itong maging malapit sa mga halaman para sa pag-iilaw at angkop para sa three-dimensional na paglilinang. Gayunpaman, ang spectral layout ng fluorescent lamp ay hindi makatwiran. Ang pinakakaraniwang pamamaraan sa mundo ay upang magdagdag ng mga salamin upang ma -maximize ang epektibong mga sangkap na mapagkukunan ng ilaw ng mga pananim sa lugar ng paglilinang. Ang Japanese Adv-Agri Company ay nakabuo din ng isang bagong uri ng Karagdagang Light Source HEFL. Ang HEFL ay talagang kabilang sa kategorya ng mga fluorescent lamp. Ito ay ang pangkalahatang termino para sa malamig na cathode fluorescent lamp (CCFL) at panlabas na electrode fluorescent lamp (EEFL), at isang halo -halong electrode fluorescent lamp. Ang tubo ng HEFL ay sobrang manipis, na may isang diameter na halos 4mm lamang, at ang haba ay maaaring maiakma mula 450mm hanggang 1200mm ayon sa mga pangangailangan ng paglilinang. Ito ay isang pinahusay na bersyon ng maginoo na fluorescent lamp.

■ Metal halide lamp
Ang lampara ng metal halide ay isang high-intensity discharge lamp na maaaring ma-excite ang iba't ibang mga elemento upang makabuo ng iba't ibang mga haba ng haba ng haba sa pamamagitan ng pagdaragdag ng iba't ibang mga metal halides (lata bromide, sodium iodide, atbp.) Sa paglabas ng tubo sa batayan ng isang mataas na presyon ng mercury lamp. Ang mga lampara ng Halogen ay may mataas na makinang na kahusayan, mataas na lakas, magandang kulay ng ilaw, mahabang buhay, at malaking spectrum. Gayunpaman, dahil ang maliwanag na kahusayan ay mas mababa kaysa sa mga lampara na may mataas na presyon ng sodium, at ang buhay ay mas maikli kaysa sa mga lampara na sodium na may mataas na presyon, kasalukuyang ginagamit lamang ito sa ilang mga pabrika ng halaman.

■ Mataas na presyon ng sodium lamp
Ang mga lampara na may mataas na presyon ng sodium ay kabilang sa uri ng mga lampara ng paglabas ng high-pressure gas. Ang lampara ng sodium na may mataas na presyon ay isang lampara na may mataas na kahusayan kung saan ang singaw ng high-pressure sodium ay napuno sa tubo ng paglabas, at isang maliit na halaga ng xenon (xe) at mercury metal halide ay idinagdag. Dahil ang mataas na presyon ng sodium lamp ay may mataas na kahusayan ng conversion ng electro-optical na may mas mababang mga gastos sa pagmamanupaktura, ang mga mataas na presyon ng sodium lamp ay kasalukuyang pinaka-malawak na ginagamit sa aplikasyon ng pandagdag na ilaw sa mga pasilidad ng agrikultura. Gayunpaman, dahil sa mga pagkukulang ng mababang photosynthetic na kahusayan sa kanilang spectrum, mayroon silang mga pagkukulang ng mababang kahusayan ng enerhiya. Sa kabilang banda, ang mga spectral na sangkap na inilabas ng mga high-pressure sodium lamp ay pangunahing puro sa dilaw-orange light band, na kulang sa pula at asul na spectra na kinakailangan para sa paglago ng halaman.

■ ilaw na naglalabas ng diode
Bilang isang bagong henerasyon ng mga ilaw na mapagkukunan, ang mga light-emitting diode (LEDs) ay may maraming mga pakinabang tulad ng mas mataas na kahusayan ng pagbabagong-anyo ng electro-optical, adjustable spectrum, at mataas na kahusayan ng photosynthetic. Ang LED ay maaaring maglabas ng monochromatic light na kinakailangan para sa paglago ng halaman. Kung ikukumpara sa ordinaryong fluorescent lamp at iba pang mga pandagdag na mapagkukunan ng ilaw, ang LED ay may pakinabang ng pag -save ng enerhiya, proteksyon sa kapaligiran, mahabang buhay, monochromatic light, cold light source at iba pa. Sa karagdagang pagpapabuti ng kahusayan ng electro-optical ng mga LED at ang pagbawas ng mga gastos na dulot ng scale effect, ang mga sistema ng pag-iilaw ng LED ay magiging pangunahing kagamitan para sa pagdaragdag ng ilaw sa mga pasilidad ng agrikultura. Bilang isang resulta, ang mga ilaw ng LED grow ay inilapat sa higit sa 99.9% na mga pabrika ng halaman.

Sa pamamagitan ng paghahambing, ang mga katangian ng iba't ibang mga suplemento ng ilaw ay maaaring malinaw na maunawaan, tulad ng ipinapakita sa Talahanayan 1.

Aparato ng pag -iilaw ng mobile
Ang intensity ng ilaw ay malapit na nauugnay sa paglaki ng mga pananim. Ang three-dimensional na paglilinang ay madalas na ginagamit sa mga pabrika ng halaman. Gayunpaman, dahil sa limitasyon ng istraktura ng mga rack ng paglilinang, ang hindi pantay na pamamahagi ng ilaw at temperatura sa pagitan ng mga rack ay makakaapekto sa ani ng mga pananim at ang panahon ng pag -aani ay hindi mai -synchronize. Ang isang kumpanya sa Beijing ay matagumpay na nakabuo ng isang manu -manong aparato ng pag -aangat ng ilaw (HPS lighting kabit at LED lumago ang pag -iilaw ng ilaw) noong 2010. Ang prinsipyo ay upang paikutin ang drive shaft at ang winder na naayos dito sa pamamagitan ng pag -iling ng hawakan upang paikutin ang maliit na film reel Upang makamit ang layunin ng pag -urong at pag -ayaw sa lubid ng wire. Ang wire lubid ng light light ay konektado sa paikot -ikot na gulong ng elevator sa pamamagitan ng maraming mga hanay ng pagbabalik ng mga gulong, upang makamit ang epekto ng pag -aayos ng taas ng ilaw na lumago. Noong 2017, ang nabanggit na kumpanya ay dinisenyo at nakabuo ng isang bagong aparato ng suplemento ng mobile light, na maaaring awtomatikong ayusin ang light supplement taas sa real time ayon sa mga pangangailangan sa paglago ng ani. Ang aparato ng pagsasaayos ay naka-install na ngayon sa 3-layer light source lifting type three-dimensional cultivation rack. Ang tuktok na layer ng aparato ay ang antas na may pinakamahusay na kondisyon ng ilaw, kaya nilagyan ito ng mga high-pressure sodium lamp; Ang gitnang layer at sa ilalim na layer ay nilagyan ng mga LED grow lights at isang sistema ng pag -aayos ng pag -aangat. Maaari itong awtomatikong ayusin ang taas ng light light upang magbigay ng isang angkop na kapaligiran sa pag -iilaw para sa mga pananim.

Kung ikukumpara sa aparato ng mobile light supplement na pinasadya para sa three-dimensional na paglilinang, ang Netherlands ay nakabuo ng isang pahalang na palipat-lipat na LED Grow Light Supplement Light Device. Upang maiwasan ang impluwensya ng anino ng paglaki ng ilaw sa paglaki ng mga halaman sa araw, ang lumaki na sistema ng ilaw ay maaaring itulak sa magkabilang panig ng bracket sa pamamagitan ng teleskopiko na slide sa pahalang na direksyon, upang ang araw ay ganap na irradiated sa mga halaman; Sa maulap at maulan na mga araw na walang sikat ng araw, itulak ang lumago na sistema ng ilaw sa gitna ng bracket upang gawin ang ilaw ng lumago na sistema ng ilaw na pantay na punan ang mga halaman; Ilipat ang sistema ng paglaki ng ilaw nang pahalang sa pamamagitan ng slide sa bracket, iwasan ang madalas na pag -disassembly at pag -alis ng lumalagong light system, at bawasan ang lakas ng paggawa ng mga empleyado, sa gayon epektibong pagpapabuti ng kahusayan sa trabaho.

Mga ideya sa disenyo ng tipikal na light light system
Hindi mahirap makita mula sa disenyo ng aparato ng suplemento ng mobile lighting na ang disenyo ng pandagdag na sistema ng pag -iilaw ng pabrika ng halaman ay karaniwang tumatagal ng light intensity, light kalidad at photoperiod na mga parameter ng iba't ibang mga panahon ng paglago ng ani bilang pangunahing nilalaman ng disenyo , umaasa sa intelihenteng sistema ng kontrol upang maipatupad, nakamit ang panghuli layunin ng pag -save ng enerhiya at mataas na ani.

Sa kasalukuyan, ang disenyo at pagtatayo ng Karagdagang Liwanag para sa mga dahon ng gulay ay unti -unting matured. Halimbawa, ang mga malabay na gulay ay maaaring nahahati sa apat na yugto: yugto ng punla, kalagitnaan ng paglaki, paglago ng huli, at yugto ng pagtatapos; Ang mga prutas-vegetable ay maaaring nahahati sa yugto ng punla, yugto ng paglago ng vegetative, yugto ng pamumulaklak, at yugto ng pag-aani. Mula sa mga katangian ng supplemental light intensity, ang light intensity sa yugto ng punla ay dapat na bahagyang mas mababa, sa 60 ~ 200 μmol/(m² · s), at pagkatapos ay unti -unting madagdagan. Ang mga dahon ng gulay ay maaaring umabot ng hanggang sa 100 ~ 200 μmol/(m² · s), at ang mga gulay ng prutas ay maaaring umabot sa 300 ~ 500 μmol/(m² · s) upang matiyak ang mga kinakailangan ng ilaw ng ilaw ng potosintesis ng halaman sa bawat panahon ng paglago at matupad ang mga pangangailangan ng mataas na ani; Sa mga tuntunin ng kalidad ng ilaw, ang ratio ng pula hanggang asul ay napakahalaga. Upang madagdagan ang kalidad ng mga punla at maiwasan ang labis na paglaki sa yugto ng punla, ang ratio ng pula hanggang asul ay karaniwang nakatakda sa isang mababang antas [(1 ~ 2): 1], at pagkatapos ay unti -unting nabawasan upang matugunan ang mga pangangailangan ng halaman Banayad na morpolohiya. Ang ratio ng pula hanggang asul hanggang sa mga dahon ng gulay ay maaaring itakda sa (3 ~ 6): 1. Para sa photoperiod, na katulad ng light intensity, dapat itong magpakita ng isang kalakaran ng pagtaas ng pagpapalawak ng panahon ng paglago, upang ang mga dahon ng gulay ay may mas maraming photosynthetic na oras para sa fotosintesis. Ang ilaw na disenyo ng suplemento ng mga prutas at gulay ay magiging mas kumplikado. Bilang karagdagan sa nabanggit na pangunahing mga batas, dapat nating ituon ang setting ng photoperiod sa panahon ng pamumulaklak, at ang pamumulaklak at pagbagsak ng mga gulay ay dapat na maitaguyod, upang hindi mag-backfire.

Ito ay nagkakahalaga ng banggitin na ang light formula ay dapat isama ang pagtatapos ng paggamot para sa mga setting ng magaan na kapaligiran. Halimbawa, ang patuloy na light supplement ay maaaring mapabuti ang ani at kalidad ng mga hydroponic na dahon ng gulay, o gumamit ng paggamot sa UV upang makabuluhang mapabuti ang mga sprout at malabay na gulay (lalo na ang mga lilang dahon at pulang dahon ng litsugas) kalidad ng nutrisyon.

Bilang karagdagan sa pag -optimize ng light supplementation para sa mga napiling pananim, ang sistema ng control ng ilaw ng ilaw ng ilang mga artipisyal na pabrika ng halaman ng halaman ay mabilis din na nabuo sa mga nakaraang taon. Ang control system na ito ay karaniwang batay sa istraktura ng B/S. Remote control at awtomatikong kontrol ng mga kadahilanan sa kapaligiran tulad ng temperatura, kahalumigmigan, ilaw, at konsentrasyon ng CO2 sa panahon ng paglaki ng mga pananim ay natanto sa pamamagitan ng WiFi, at sa parehong oras, ang isang paraan ng paggawa na hindi pinaghihigpitan ng mga panlabas na kondisyon ay natanto. Ang ganitong uri ng intelihenteng pandagdag na sistema ng ilaw ay gumagamit ng LED Grow Light Fixt bilang Karagdagang ilaw na mapagkukunan, na sinamahan ng Remote Intelligent Control System, ay maaaring matugunan ang mga pangangailangan ng pag-iilaw ng daluyong halaman, ay partikular na angkop para sa kapaligiran na kinokontrol ng halaman, at maaaring matugunan ang demand sa merkado .

Pangwakas na mga puna
Ang mga pabrika ng halaman ay itinuturing na isang mahalagang paraan upang malutas ang mapagkukunan ng mundo, populasyon at mga problema sa kapaligiran sa ika-21 siglo, at isang mahalagang paraan upang makamit ang pagiging sapat sa sarili sa pagkain sa hinaharap na mga proyekto sa high-tech. Bilang isang bagong uri ng paraan ng paggawa ng agrikultura, ang mga pabrika ng halaman ay nasa yugto ng pag -aaral at paglago, at kinakailangan ang higit na pansin at pananaliksik. Inilalarawan ng artikulong ito ang mga katangian at pakinabang ng mga karaniwang pamamaraan ng pag -iilaw sa mga pabrika ng halaman, at ipinakikilala ang mga ideya ng disenyo ng mga karaniwang sistema ng pag -iilaw ng ani. Hindi mahirap hanapin sa pamamagitan ng paghahambing, upang makayanan ang mababang ilaw na dulot ng matinding panahon tulad ng tuluy -tuloy na maulap at haze at upang matiyak ang mataas at matatag na paggawa ng mga pananim ng pasilidad, ang LED Grow Light Source Equipment ay pinaka naaayon sa kasalukuyang pag -unlad Mga uso.

Ang hinaharap na direksyon ng pag-unlad ng mga pabrika ng halaman ay dapat na nakatuon sa mga bagong mataas na katumpakan, mga sensor na may mababang gastos, malayong makokontrol, nababagay na mga sistema ng aparato ng pag-iilaw ng spectrum at mga sistema ng control control. Kasabay nito, ang mga pabrika ng halaman sa hinaharap ay magpapatuloy na bubuo patungo sa mababang gastos, matalino, at mag-adaptive sa sarili. Ang paggamit at pag-populasyon ng LED Grow Light na mapagkukunan ay nagbibigay ng garantiya para sa mataas na katumpakan na kontrol sa kapaligiran ng mga pabrika ng halaman. Ang regulasyon ng ilaw sa kapaligiran ng LED ay isang kumplikadong proseso na kinasasangkutan ng komprehensibong regulasyon ng kalidad ng ilaw, intensity ng ilaw, at photoperiod. Ang mga kaugnay na eksperto at iskolar ay kailangang magsagawa ng malalim na pananaliksik, na nagtataguyod ng LED supplement lighting sa artipisyal na mga pabrika ng halaman ng halaman.