Aŭtoro: Jing Zhao ， Zengchan Zhou ， yunlong bu, ktp. Fonto -Amaskomunikilaro ： Agrikultura Inĝenieristika Teknologio (Forceja Hortikulturo)

La planto-fabriko kombinas modernan industrion, bioteknologion, nutrajn hidroponikojn kaj informan teknologion por efektivigi alt-precizan kontrolon de mediaj faktoroj en la instalaĵo. Ĝi estas plene enfermita, havas malaltajn postulojn pri la ĉirkaŭa medio, mallongigas la plantan rikoltan periodon, ŝparas akvon kaj sterkon, kaj kun la avantaĝoj de ne-pesticida produktado kaj neniu malŝarĝo de malŝarĝo, la unuo-uzado de la tero estas 40 ĝis 108 fojojn de tio de malferma kampo -produktado. Inter ili, la inteligenta artefarita lumfonto kaj ĝia regulo pri luma medio ludas decidan rolon en ĝia produktada efikeco.

Kiel grava fizika media faktoro, lumo ludas ŝlosilan rolon en reguligado de plantokresko kaj materiala metabolo. "Unu el la ĉefaj ecoj de la planto -fabriko estas la plena artefarita lumfonto kaj la realigo de inteligenta regulado de la luma medio" fariĝis ĝenerala konsento en la industrio.

Bezonoj de plantoj por lumo

Lumo estas la sola energifonto de planto fotosintezo. Luma intenseco, malpeza kvalito (spektro) kaj periodaj ŝanĝoj de lumo havas profundan efikon sur la kresko kaj disvolviĝo de kultivaĵoj, inter kiuj la luma intenseco havas la plej grandan efikon sur planto -fotosintezo.

■ Malpeza intenseco

La intenseco de lumo povas ŝanĝi la morfologion de kultivaĵoj, kiel florado, internoda longo, tigo -dikeco kaj folia grandeco kaj dikeco. La postuloj de plantoj por malpeza intenseco povas esti dividitaj en malpezajn, mez-malpezajn kaj malalt-malpezajn toleremajn plantojn. Legomoj estas plejparte malpezaj plantoj, kaj iliaj malpezaj kompensaj punktoj kaj malpezaj saturpunktoj estas relative altaj. En fabrikoj de artefarita lumo, la koncernaj postuloj de kultivaĵoj por malpeza intenseco estas grava bazo por elekti artefaritajn lumfontojn. Kompreni la lumajn postulojn de diversaj plantoj gravas por desegni artefaritajn lumfontojn, estas ege necese plibonigi la produktadan agadon de la sistemo.

■ Luma kvalito

La luma kvalito (spektra) distribuo ankaŭ havas gravan influon sur planto fotosintezo kaj morfogenezo (Figuro 1). Lumo estas parto de radiado, kaj radiado estas elektromagneta ondo. Elektromagnetaj ondoj havas ondajn trajtojn kaj kvantajn (partiklajn) trajtojn. La kvanto de lumo nomiĝas fotono en la hortikultura kampo. Radiado kun ondolonga gamo de 300 ~ 800nm ​​nomiĝas fiziologie aktiva radiado de plantoj; kaj radiado kun ondolonga gamo de 400 ~ 700nm nomiĝas fotosintetike aktiva radiado (PAR) de plantoj.

Klorofilo kaj karotenoj estas la du plej gravaj pigmentoj en planto fotosintezo. Figuro 2 montras la spektran absorban spektron de ĉiu fotosinteza pigmento, en kiu la spektro de absorción de klorofilo estas koncentrita en la ruĝaj kaj bluaj bandoj. La lumsistemo baziĝas sur la spektraj bezonoj de kultivaĵoj por artefarite kompletigi lumon, por antaŭenigi la fotosintezon de plantoj.

■ Fotoperiodo
La rilato inter fotosintezo kaj fotomorfogenezo de plantoj kaj taglongo (aŭ fotoperioda tempo) nomiĝas fotoperiodeco de plantoj. La fotoperiodeco estas proksime rilata al la malpezaj horoj, kio rilatas al la tempo, kiam la rikolto estas irradiata de lumo. Malsamaj kultivaĵoj postulas certan nombron da horoj por kompletigi la fotoperiodon por flori kaj doni fruktojn. Laŭ la malsamaj fotoperiodoj, ĝi povas esti dividita en longtagajn kultivaĵojn, kiel brasiko, ktp., Kiuj postulas pli ol 12-14h malpezajn horojn en certa stadio de ĝia kresko; Mallongaj rikoltoj, kiel cepoj, sojfaboj, ktp., Postulas malpli ol 12-14h-lumajn horojn; Mez-sunaj kultivaĵoj, kiel kukumoj, tomatoj, piproj, ktp, povas flori kaj doni fruktojn sub pli longa aŭ pli mallonga sunlumo.
Inter la tri elementoj de la medio, malpeza intenseco estas grava bazo por elekti artefaritajn lumfontojn. Nuntempe estas multaj manieroj esprimi luman intensecon, ĉefe inkluzive de la sekvaj tri.
（1） lumigado rilatas al la surfaca denseco de hela fluo (luma fluo per unuo -areo) ricevita sur la lumigita ebeno, en Lux (LX).

（2） fotosintetike aktiva radiado, par ， unuo ： w/m²。

（3） La fotosintetike efika fotona flua denseco PPFD aŭ PPF estas la nombro de fotosintetike efika radiado, kiu atingas aŭ trapasas unuecan tempon kaj unuecan areon, unuon ： μmol/(m² · s) 。Mainly rilatas al la malpeza intenseco de 400 ~ 700nm rekte rilata al fotosintezo. Ĝi ankaŭ estas la plej ofte uzata malpeza intensa indikilo en la kampo de plantoproduktado.

Analizo de lumfonto de tipa suplementa lumsistemo
Artefarita malpeza suplemento estas pliigi la luman intensecon en la cela areo aŭ plilongigi la luman tempon per instalado de suplementa luma sistemo por plenumi la malpezan postulon de plantoj. Ĝenerale, la suplementa lumsistemo inkluzivas suplementajn malpezajn ekipaĵojn, cirkvitojn kaj ĝian kontrolsistemon. Suplementaj lumfontoj plejparte inkluzivas plurajn oftajn tipojn kiel inkandeskaj lampoj, fluoreskaj lampoj, metalaj halogenaj lampoj, altpremaj natriaj lampoj kaj LED-oj. Pro la malalta elektra kaj optika efikeco de inkandeskaj lampoj, malalta fotosinteza energia efikeco kaj aliaj mankoj, ĝi estis forigita de la merkato, do ĉi tiu artikolo ne faras detalan analizon.

■ Fluoreska lampo
Fluoreskaj lampoj apartenas al la tipo de malaltpremaj gasaj malŝarĝaj lampoj. La vitra tubo estas plenigita per hidrarga vaporo aŭ inerta gaso, kaj la interna muro de la tubo estas tegita per fluoreska pulvoro. La luma koloro varias kun la fluoreska materialo tegita en la tubo. Fluoreskaj lampoj havas bonan spektran rendimenton, altan luman efikecon, malaltan potencon, pli longan vivon (12000h) kompare kun inkandeskaj lampoj, kaj relative malaltan koston. Ĉar la fluoreska lampo mem elsendas malpli varmon, ĝi povas esti proksima al la plantoj por lumigado kaj taŭgas por tridimensia kultivado. Tamen la spektra aranĝo de la fluoreska lampo estas malracia. La plej ofta metodo en la mondo estas aldoni reflektorojn por maksimumigi la efikajn lumfontajn komponentojn de la kultivaĵoj en la kultiva areo. Japana Adv-Agri-Kompanio ankaŭ disvolvis novan tipon de suplementa lumfonto HEFL. HEFL efektive apartenas al la kategorio de fluoreskaj lampoj. Ĝi estas la ĝenerala termino por fluoreskaj lampoj de malvarma katodo (CCFL) kaj eksteraj elektrodaj fluoreskaj lampoj (EEFL), kaj estas miksita elektroda fluoreska lampo. La HEFL -tubo estas ege maldika, kun diametro de nur ĉirkaŭ 4mm, kaj la longo povas esti ĝustigita de 450mm al 1200mm laŭ la bezonoj de kultivado. Ĝi estas plibonigita versio de la konvencia fluoreska lampo.

■ Metala Halida Lampo
La metala halida lampo estas alt-intensa malŝarĝa lampo, kiu povas eksciti malsamajn elementojn por produkti malsamajn ondolongojn aldonante diversajn metalajn halogenojn (stana bromuro, natria jodo, ktp.) En la malŝarĝa tubo surbaze de altprema hidrarga lampo. Halogenaj lampoj havas altan luman efikecon, altan potencon, bonan luman koloron, longan vivon kaj grandan spektron. Tamen, ĉar la hela efikeco estas pli malalta ol tiu de altpremaj natriaj lampoj, kaj la vivdaŭro estas pli mallonga ol tiu de altpremaj natriaj lampoj, ĝi nuntempe estas uzata nur en kelkaj plantaj fabrikoj.

■ Alta premo natria lampo
Altpremaj natriaj lampoj apartenas al la tipo de altpremaj gasaj malŝarĝaj lampoj. La altprema natria lampo estas alt-efika lampo en kiu altprema natria vaporo estas plenigita en la malŝarĝa tubo, kaj malgranda kvanto da ksenono (XE) kaj hidrarga metala haluro. Ĉar altpremaj natriaj lampoj havas altan elektro-optikan konvertan efikecon kun pli malaltaj fabrikaj kostoj, altpremaj natriaj lampoj estas nuntempe la plej uzataj en la apliko de suplementa lumo en agrikulturaj instalaĵoj. Tamen pro la mankoj de malalta fotosinteza efikeco en sia spektro, ili havas la mankojn de malalta energia efikeco. Aliflanke, la spektraj komponentoj elsenditaj de altpremaj natriaj lampoj estas ĉefe koncentritaj en la flava-oranĝa bando, al kiu mankas la ruĝaj kaj bluaj spektroj necesaj por kresko de plantoj.

■ Luma elsendanta diodo
Kiel nova generacio de lumfontoj, lum-emisiaj diodoj (LEDoj) havas multajn avantaĝojn kiel pli alta elektro-optika konverta efikeco, alĝustigebla spektro kaj alta fotosinteza efikeco. LED povas elsendi monokromatan lumon bezonatan por plantokresko. Kompare kun ordinaraj fluoreskaj lampoj kaj aliaj suplementaj lumfontoj, LED havas la avantaĝojn de ŝparado de energio, media protekto, longa vivo, monokromata lumo, malvarma lumfonto kaj tiel plu. Kun la plia plibonigo de la elektro-optika efikeco de LED-oj kaj redukto de kostoj kaŭzitaj de la skala efiko, LED-kreskantaj lumaj sistemoj fariĝos la ĉefa ekipaĵo por kompletigi lumon en agrikulturaj instalaĵoj. Rezulte, LED -kreskaj lumoj estis aplikitaj pli ol 99.9% plantaj fabrikoj.

Per komparo, la trajtoj de malsamaj suplementaj lumfontoj povas esti klare komprenitaj, kiel montras la Tabelo 1.

Movebla lumiga aparato
La intenseco de lumo estas proksime rilata al la kresko de kultivaĵoj. Tridimensia kultivado ofte estas uzata en plantaj fabrikoj. Tamen pro la limigo de la strukturo de la kultivaj rakedoj, la nepara distribuo de lumo kaj temperaturo inter la rakedoj influos la rendimenton de la kultivaĵoj kaj la rikolta periodo ne estos sinkronigita. Kompanio en Pekino sukcese disvolvis manlibran levantan luman suplementan aparaton (HPS -lumiga aparato kaj LED kreskanta lumiga aparato) en 2010. La principo estas rotacii la veturan ŝafon kaj la bobenilon fiksitan sur ĝin skuante la tenilon por turni la malgrandan filman bobenon Por atingi la celon retiri kaj malŝalti la dratan ŝnuron. La drata ŝnuro de la kreskanta lumo estas konektita kun la sinua rado de la lifto tra multoblaj aroj de renversaj radoj, por atingi la efikon alĝustigi la altecon de la kreskanta lumo. En 2017, la supre menciita kompanio projektis kaj disvolvis novan moveblan luman suplementan aparaton, kiu povas aŭtomate ĝustigi la luman suplementan altecon en reala tempo laŭ rikoltaj kreskaj bezonoj. La alĝustiga aparato nun estas instalita sur la 3-tavola lumfonto levanta tipon tridimensia kultivado. La supra tavolo de la aparato estas la nivelo kun la plej bona malpeza kondiĉo, do ĝi estas ekipita per altpremaj natriaj lampoj; La meza tavolo kaj la funda tavolo estas ekipitaj per LED -kreskaj lumoj kaj levanta ĝustiga sistemo. Ĝi povas aŭtomate ĝustigi la altecon de la kreskanta lumo por provizi taŭgan luman medion por la kultivaĵoj.

Kompare kun la movebla malpeza suplementa aparato adaptita por tridimensia kultivado, Nederlando disvolvis horizontale moveblan LED-kreskan malpezan suplementan luman aparaton. Por eviti la influon de la ombro de la kreskanta lumo sur la kresko de plantoj en la suno, la kreska lumo -sistemo povas esti puŝita al ambaŭ flankoj de la krampo tra la teleskopa glito en la horizontala direkto, tiel ke la suno plene irradia sur la plantoj; En nubaj kaj pluvaj tagoj sen sunlumo, puŝu la kreskan luman sistemon al la mezo de la krampo por fari la lumon de la kreska lumo -sistemo por plenigi la plantojn; Movu la kreskan luman sistemon horizontale tra la glito sur la krampon, evitu oftan malmuntadon kaj forigon de la kreska lumo -sistemo kaj reduktu la laboran intensecon de dungitoj, tiel efike plibonigante laboran efikecon.

Projektaj ideoj de tipa kreska malpeza sistemo
Ne malfacilas vidi el la dezajno de la movebla lumiga suplementa aparato, ke la dezajno de la suplementa lumiga sistemo de la planto -fabriko kutime prenas la luman intensecon, lumkvaliton kaj fotoperiodajn parametrojn de diversaj rikoltaj kreskaj periodoj kiel la kerna enhavo de la dezajno , fidante je la inteligenta kontrolsistemo por efektivigi, atingante la finan celon de ŝparado de energio kaj alta rendimento.

Nuntempe, la dezajno kaj konstruado de suplementa lumo por foliaj legomoj iom post iom maturiĝis. Ekzemple, foliaj legomoj povas esti dividitaj en kvar stadiojn: plantida stadio, meza kresko, malfrua kresko kaj fina stadio; Frukt-vegetaĵoj povas esti dividitaj en plantidan stadion, vegetativan kreskan stadion, floran stadion kaj rikoltan stadion. El la atributoj de suplementa luma intenseco, la luma intenseco en la sema stadio devas esti iomete pli malalta, je 60 ~ 200 μmol/(m² · s), kaj tiam iom post iom pliiĝi. Foliaj legomoj povas atingi ĝis 100 ~ 200 μmol/(m² · s), kaj fruktaj legomoj povas atingi 300 ~ 500 μmol/(m² · s) por certigi la lumajn intensajn postulojn de planto -fotosintezo en ĉiu kreska periodo kaj plenumi la bezonojn de alta rendimento; Rilate al malpeza kvalito, la rilatumo de ruĝa al bluo estas tre grava. Por pliigi la kvaliton de plantidoj kaj malhelpi troan kreskon en la plantida stadio, la rilatumo de ruĝa al bluo estas ĝenerale fiksita je malalta nivelo [(1 ~ 2): 1], kaj tiam iom post iom reduktita por plenumi la bezonojn de planto malpeza morfologio. La rilatumo de ruĝa al blua al foliaj legomoj povas agordi al (3 ~ 6): 1. Por la fotoperiodo, simila al la malpeza intenseco, ĝi devas montri tendencon de kreskado kun la etendo de la kreska periodo, tiel ke foliaj legomoj havas pli da fotosinteza tempo por fotosintezo. La malpeza suplementa dezajno de fruktoj kaj legomoj estos pli komplika. Krom la supre menciitaj bazaj leĝoj, ni devas koncentriĝi pri la aranĝo de la fotoperiodo dum la floranta periodo, kaj la florado kaj fruktado de legomoj devas esti antaŭenigitaj, por ne kontraŭfari.

Menciindas, ke la malpeza formulo devas inkluzivi la finan traktadon por lumaj mediaj agordoj. Ekzemple, kontinua malpeza suplementado povas multe plibonigi la rendimenton kaj kvaliton de hidroponaj foliaj vegetalaj plantidoj, aŭ uzi UV -kuracadon por signife plibonigi ŝprucojn kaj foliajn legomojn (precipe purpurajn foliojn kaj ruĝan folian laktukon) nutran kvaliton.

Krom optimumigi luman suplementadon por elektitaj kultivaĵoj, la lumfonto -kontrolsistemo de iuj fabrikoj de artefarita lumo ankaŭ disvolviĝis rapide en la lastaj jaroj. Ĉi tiu kontrolsistemo ĝenerale baziĝas sur la B/S -strukturo. Malproksima kontrolo kaj aŭtomata kontrolo de mediaj faktoroj kiel temperaturo, humido, lumo kaj CO2 -koncentriĝo dum la kresko de kultivaĵoj realiĝas per WiFi, kaj samtempe produktadmetodo ne restriktita de eksteraj kondiĉoj realiĝas. Ĉi tiu speco de inteligenta suplementa luma sistemo uzas LED-kreskan luman aparaton kiel suplementan lumfonton, kombinitan kun fora inteligenta kontrolsistemo, povas plenumi la bezonojn de planto-ondolonga lumigado, aparte taŭgas por lum-kontrolita planto-kultiva medio kaj povas bone plenumi merkatan postulon .

Konkludaj Rimarkoj
Plantaj fabrikoj estas konsiderataj kiel grava maniero por solvi mondajn rimedojn, loĝantaron kaj mediajn problemojn en la 21a jarcento, kaj grava maniero atingi manĝaĵan memstarecon en estontaj altteknologiaj projektoj. Kiel nova speco de agrikultura produktadmetodo, plantaj fabrikoj ankoraŭ estas en la lernado kaj kreska stadio, kaj necesas pli da atento kaj esplorado. Ĉi tiu artikolo priskribas la karakterizaĵojn kaj avantaĝojn de oftaj suplementaj lumaj metodoj en plantaj fabrikoj, kaj enkondukas la projektajn ideojn de tipaj rikoltaj suplementaj lumaj sistemoj. Ne malfacilas trovi per komparo, por fari fronte al la malalta lumo kaŭzita de severa vetero kiel kontinua nuba kaj nebula kaj certigi altan kaj stabilan produktadon de instalaĵoj, LED kreskanta lumfonto estas plej konforme al aktuala disvolviĝo tendencoj.

La estonta disvolva direkto de plantaj fabrikoj devas koncentriĝi pri novaj alt-precizaj, malmultekostaj sensiloj, remotamente kontroleblaj, alĝustigeblaj spektraj lumaj aparataj sistemoj kaj spertaj kontrolaj sistemoj. Samtempe, la estontaj plantfabrikoj daŭre disvolviĝos al malmultekosta, inteligenta kaj memadapta. La uzo kaj popularigo de LED-kreskaj lumfontoj donas garantion por altpreciza media kontrolo de plantaj fabrikoj. Regularo pri LED -Luma Medio estas kompleksa procezo implikanta ampleksan reguladon de malpeza kvalito, malpeza intenseco kaj fotoperiodo. Gravaj spertuloj kaj akademiuloj bezonas fari profundan esploradon, antaŭenigante LED-suplementan lumigadon en artefaritaj lumaj fabrikoj.