Aŭtoro: Jing Zhao，Zengchan Zhou，Yunlong Bu, ktp.Fonta Amaskomunikilaro: Agricultural Engineering Technology (forceja hortikulturo)

La plantfabriko kombinas modernan industrion, bioteknologion, nutran hidroponikon kaj informan teknologion por efektivigi altprecizan 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 sen malŝparo, la unuopa tera uzado-efikeco estas 40 ĝis 108 fojojn de tio. de malferma kampo produktado.Inter ili, la inteligenta artefarita lumfonto kaj ĝia lummedio-reguligo ludas decidan rolon en sia produktada efikeco.

Kiel grava fizika media faktoro, lumo ludas ŝlosilan rolon en reguligo de plantokresko kaj materiala metabolo."Unu el la ĉefaj trajtoj de la plantfabriko estas la plena artefarita lumfonto kaj la realigo de inteligenta reguligo de la lummedio" fariĝis ĝenerala konsento en la industrio.

La bezono de plantoj pri lumo

Lumo estas la sola energifonto de planta fotosintezo.Luma intenseco, lumkvalito (spektro) kaj periodaj ŝanĝoj de lumo havas profundan efikon al la kresko kaj evoluo de kultivaĵoj, inter kiuj la lumintenso havas la plej grandan efikon al planta fotosintezo.

■ Luma intenseco

La intenseco de lumo povas ŝanĝi la morfologion de kultivaĵoj, kiel florado, internoda longo, tigo dikeco, kaj foliograndeco kaj dikeco.La postuloj de plantoj por lumintenso povas esti dividitaj en lum-amantajn, mez-lum-amantajn kaj malalt-lum-tolerantajn plantojn.Legomoj estas plejparte lum-amantaj plantoj, kaj iliaj lumaj kompenspunktoj kaj malpezaj saturiĝaj punktoj estas relative altaj.En artefaritaj lumplantaj fabrikoj, la koncernaj postuloj de kultivaĵoj por lumintenso estas grava bazo por elekti artefaritajn lumfontojn.Kompreni la lumajn postulojn de malsamaj plantoj gravas por desegni artefaritajn lumfontojn, Estas ege necese plibonigi la produktadon de la sistemo.

■ Luma kvalito

La lumkvalita (spektra) distribuo ankaŭ havas gravan influon sur planta fotosintezo kaj morfogenezo (Figuro 1).Lumo estas parto de radiado, kaj radiado estas elektromagneta ondo.Elektromagnetaj ondoj havas ondkarakterizaĵojn kaj kvantumajn (partiklon) karakterizaĵojn.La kvanto de lumo estas nomita fotono en la hortikultura kampo.Radiado kun ondolonga gamo de 300~800nm ​​estas nomata fiziologie aktiva radiado de plantoj;kaj radiado kun ondolonga gamo de 400~700nm estas nomita fotosinteze aktiva radiado (PAR) de plantoj.

Klorofilo kaj karotenoj estas la du plej gravaj pigmentoj en planta fotosintezo.Figuro 2 montras la spektran sorbadspektron de ĉiu fotosinteza pigmento, en kiu la klorofil-sorbadspektro estas koncentrita en la ruĝaj kaj bluaj bendoj.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 taga longeco (aŭ fotoperioda tempo) estas nomita fotoperiodo de plantoj.La fotoperiodeco estas proksime rilatita al la lumhoroj, kiu rilatas al la tempo kiam la kultivaĵo estas surradiita per lumo.Malsamaj kultivaĵoj postulas certan nombron da horoj da lumo por kompletigi la fotoperiodon por flori kaj doni fruktojn.Laŭ la malsamaj fotoperiodoj, ĝi povas esti dividita en longtagajn kultivaĵojn, kiel brasikon ktp., kiuj postulas pli ol 12-14h lumhorojn en certa stadio de ĝia kresko;mallongaj kultivaĵoj, kiel cepoj, sojfaboj, ktp, postulas malpli ol 12-14h Lumigaj horoj;mez-sunaj kultivaĵoj, kiel kukumoj, tomatoj, paprikoj ktp., povas flori kaj doni fruktojn sub pli longa aŭ pli mallonga sunlumo.
Inter la tri elementoj de la medio, lumintenso estas grava bazo por elekti artefaritajn lumfontojn.Nuntempe, ekzistas multaj manieroj esprimi lumintensecon, ĉefe inkluzive de la sekvaj tri.
（1）Lumigo rilatas al la surfaca denseco de lumfluo (lumfluo per unuo-areo) ricevita sur la lumigita ebeno, en lukso (lx).

(2) Fotosinteze aktiva radiado, PAR，Unuo: W/m².

（3）La fotosinteze efika fotona fluodenseco PPFD aŭ PPF estas la nombro da fotosinteze efika radiado kiu atingas aŭ pasas tra unuotempo kaj unuo-areo, unuo: μmol/(m²·s)。Ĉefe rilatas al la lumintenso de 400~700nm. rekte rilata al fotosintezo.Ĝi ankaŭ estas la plej ofte uzata lumintensa indikilo en la kampo de planta produktado.

Lumfontanalizo de tipa suplementa lumsistemo
Artefarita luma suplemento estas pliigi la lumintensecon en la cela areo aŭ plilongigi la lumtempon instalante suplementan lumsistemon por plenumi la luman postulon de plantoj.Ĝenerale parolante, la suplementa lumsistemo inkluzivas suplementajn lumajn ekipaĵojn, cirkvitojn kaj ĝian kontrolsistemon.Suplementaj lumfontoj plejparte inkluzivas plurajn oftajn tipojn kiel ekzemple inkandeskaj lampoj, fluoreskaj lampoj, metalaj Halogenidlampoj, altpremaj natriaj lampoj kaj LEDoj.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 vitrotubo estas plenigita per hidrarga vaporo aŭ inerta gaso, kaj la interna muro de la tubo estas kovrita per fluoreska pulvoro.La lumkoloro varias laŭ la fluoreska materialo kovrita en la tubo.Fluoreskaj lampoj havas bonan spektran rendimenton, altan luma efikecon, malaltan potencon, pli longan vivon (12000h) kompare kun inkandeskaj lampoj, kaj relative malaltan koston.Ĉar la fluoreska lampo mem elsendas malpli da varmo, 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 kultivareo.Japana adv-agri-kompanio ankaŭ evoluigis novan specon de suplementa lumfonto HEFL.HEFL fakte apartenas al la kategorio de fluoreskaj lampoj.Ĝi estas la ĝenerala esprimo por malvarmaj katodaj fluoreskaj lampoj (CCFL) kaj eksteraj elektrodaj fluoreskaj lampoj (EEFL), kaj estas miksita elektroda fluoreska lampo.La HEFL-tubo estas ekstreme maldika, kun diametro de nur ĉirkaŭ 4mm, kaj la longo povas esti ĝustigita de 450mm ĝis 1200mm laŭ la bezonoj de kultivado.Ĝi estas plibonigita versio de la konvencia fluoreska lampo.

■ Metala halogenida lampo
La metala halogenida lampo estas alt-intensa malŝarĝa lampo, kiu povas eksciti malsamajn elementojn por produkti malsamajn ondolongojn aldonante diversajn metalajn halogenojn (stana bromido, natria joduro ktp.) en la senŝargiĝtubo surbaze de altprema hidrarga lampo.Halogenaj lampoj havas altan luman efikecon, altan potencon, bonan lumkoloron, longan vivon kaj grandan spektron.Tamen, ĉar la luma efikeco estas pli malalta ol tiu de altpremaj natriaj lampoj, kaj la vivdaŭro estas pli mallonga ol tiu de altpremaj natriaj lampoj, ĝi estas nuntempe nur uzata en kelkaj plantfabrikoj.

■ Altprema natria lampo
Altpremaj natriaj lampoj apartenas al la tipo de altpremaj gasaj malŝarĝaj lampoj.La altprema natria lampo estas alt-efikeca lampo, en kiu altprema natria vaporo estas plenigita en la elŝuta tubo, kaj malgranda kvanto da ksenono (Xe) kaj hidrarga metala halogenuro estas aldonita.Ĉar altpremaj natriaj lampoj havas altan elektro-optikan konvertan efikecon kun pli malaltaj produktadkostoj, altpremaj natriaj lampoj estas nuntempe la plej vaste uzataj en la aplikado 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 flav-oranĝa lumbendo, al kiu mankas la ruĝaj kaj bluaj spektroj necesaj por plantkresko.

■ Lumo-elsenda diodo
Kiel nova generacio de lumfontoj, lumelsendantaj diodoj (LED) havas multajn avantaĝojn kiel pli alta elektro-optika konverta efikeco, alĝustigebla spektro kaj alta fotosinteza efikeco.LED povas elsendi monokromatan lumon necesan por plantokresko.Kompare kun ordinaraj fluoreskaj lampoj kaj aliaj suplementaj lumfontoj, LED havas la avantaĝojn de ŝparado de energio, mediprotekto, longa vivo, monokromata lumo, malvarma lumfonto ktp.Kun la plua plibonigo de la elektro-optika efikeco de LED-oj kaj la redukto de kostoj kaŭzitaj de la skala efiko, LED-kreskaj lumsistemoj fariĝos la ĉefa ekipaĵo por kompletigi lumon en agrikulturaj instalaĵoj.Kiel rezulto, LED-kreskaj lumoj estis aplikitaj super 99.9% plantfabrikoj.

Per komparo, la karakterizaĵoj de malsamaj suplementaj lumfontoj povas esti klare komprenitaj, kiel montrite en Tabelo 1.

Poŝtelefona lumiga aparato
La intenseco de lumo estas proksime rilatita al la kresko de kultivaĵoj.Tridimensia kultivado estas ofte uzata en plantfabrikoj.Tamen, pro la limigo de la strukturo de la kultivado-rakoj, la neegala distribuo de lumo kaj temperaturo inter la rakoj influos la rendimenton de la kultivaĵoj kaj la rikolta periodo ne estos sinkronigita.Firmao en Pekino sukcese evoluigis manan levan luman suplementan aparaton (HPS-lumigado kaj LED-kreska lumigilo) en 2010. La principo estas turni la veturilŝafton kaj la bobenilon fiksitan sur ĝi skuante la tenilon por turni la malgrandan filmbobenon. por atingi la celon retiri kaj malvolvi la dratŝnuron.La dratŝnuro de la kresklumo estas konektita kun la volviĝanta rado de la lifto per multoblaj aroj de inversaj radoj, por atingi la efikon alĝustigi la altecon de la kresklumo.En 2017, la supre menciita kompanio desegnis kaj disvolvis novan moveblan luman suplementan aparaton, kiu povas aŭtomate ĝustigi la lum-aldonan altecon en reala tempo laŭ la bezonoj de kresko de kultivaĵoj.La alĝustiga aparato nun estas instalita sur la 3-tavola lumfonto levtipa tridimensia kultivado.La supra tavolo de la aparato estas la nivelo kun la plej bona lumkondiĉo, do ĝi estas ekipita per altpremaj natriaj lampoj;la meza tavolo kaj la malsupra tavolo estas ekipitaj per LED-kreskaj lumoj kaj leva alĝustigsistemo.Ĝi povas aŭtomate ĝustigi la altecon de la kreska lumo por provizi taŭgan lumigan medion por la kultivaĵoj.

Kompare kun la movebla lum-suplementa aparato adaptita por tridimensia kultivado, Nederlando evoluigis horizontale moveblan LED-kreskan luman suplementan lum-aparaton.Por eviti la influon de la ombro de la kresklumo sur la kresko de plantoj en la suno, la kresklumsistemo povas esti puŝita al ambaŭ flankoj de la krampo tra la teleskopa glito en la horizontala direkto, tiel ke la suno estas plene. surradiita sur la plantoj;en nubaj kaj pluvaj tagoj sen sunlumo, Premu la sistemon de kresko de lumo al la mezo de la krampo por ke la lumo de la sistemo de kresko de lumo egale plenigu la plantojn;movu la sistemon de kresko de lumo horizontale tra la glito sur la krampo, evitu oftan malmuntadon kaj forigon de la sistemo de kresko de lumo, kaj reduktu la laborintensecon de dungitoj, tiel efike plibonigante laboran efikecon.

Dezajnaj ideoj de tipa kreskluma sistemo
Ne estas malfacile vidi el la dezajno de la poŝtelefona suplementa aparato, ke la dezajno de la suplementa lumsistemo de la plantfabriko kutime prenas la lumintensecon, lumkvaliton kaj fotoperiodajn parametrojn de malsamaj kultivaĵaj kreskperiodoj kiel la kernan enhavon de la dezajno. , fidante je la inteligenta kontrolsistemo por efektivigi, atingante la finfinan celon de energiŝparo 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: plantostadio, mez-kresko, malfrua-kresko kaj fina stadio;frukto-legomoj povas esti dividitaj en plantidan stadion, vegetativan kreskan etapon, floran etapon kaj rikoltan etapon.El la atributoj de suplementa lumintenso, la lumintenseco en la plantiĝa stadio devus 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 fruktolegomoj povas atingi 300~500 μmol/(m²·s) por certigi la lumintensajn postulojn de planta fotosintezo en ĉiu kreskperiodo kaj plenumi la bezonojn de alta rendimento;Koncerne luma kvalito, la proporcio de ruĝa al bluo estas tre grava.Por pliigi la kvaliton de plantidoj kaj malhelpi troan kreskon en la etapo de plantidoj, la proporcio de ruĝa al bluo estas ĝenerale fiksita je malalta nivelo [(1~2):1], kaj poste iom post iom reduktita por plenumi la bezonojn de planto. malpeza morfologio.La proporcio de ruĝa al blua al foliaj legomoj povas esti agordita al (3~6):1.Por la fotoperiodo, simile al la lumintenso, ĝi devus montri tendencon de pliiĝo kun plilongiĝo de la kreskperiodo, 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 fikso de la fotoperiodo dum la florado, kaj la florado kaj fruktado de legomoj devas esti promociitaj, por ne maltrafi.

Menciindas, ke la malpeza formulo devus inkluzivi la finan traktadon por malpezaj medio-agordoj.Ekzemple, kontinua lumsuplemento povas multe plibonigi la rendimenton kaj kvaliton de hidroponaj foliaj legomaj plantidoj, aŭ uzi UV-traktadon por signife plibonigi ĝermojn kaj foliecajn legomojn (precipe purpurajn Foliojn kaj ruĝajn folilaktukojn) nutran kvaliton.

Krom optimumigo de lumsuplemento por elektitaj kultivaĵoj, la lumfontokontrolsistemo de iuj artefaritaj lumplantaj fabrikoj ankaŭ rapide disvolviĝis en la lastaj jaroj.Ĉi tiu kontrolsistemo estas ĝenerale bazita sur la B/S strukturo.Teleregado kaj aŭtomata kontrolo de mediaj faktoroj kiel temperaturo, humideco, lumo kaj koncentriĝo de CO2 dum la kresko de kultivaĵoj estas realigitaj per WIFI, kaj samtempe realigas produktadmetodon, kiu ne estas limigita de eksteraj kondiĉoj.Ĉi tiu speco de inteligenta suplementa lumsistemo uzas LED-kreskan lumilon kiel suplementan lumfonton, kombinita kun fora inteligenta kontrolo-sistemo, povas renkonti la bezonojn de planta ondolonga lumigado, estas precipe taŭga por lum-regata plantkultivadmedio, kaj povas bone renkonti merkatan postulon. .

Finaj rimarkoj
Plantfabrikoj estas konsiderataj kiel grava maniero por solvi mondajn rimedojn, populacion kaj mediajn problemojn en la 21-a jarcento, kaj grava maniero por atingi nutraĵan memsufiĉon en estontaj altteknologiaj projektoj.Kiel nova speco de agrikultura produktadmetodo, plantfabrikoj ankoraŭ estas en la lernado kaj kreska stadio, kaj pli da atento kaj esplorado estas necesaj.Ĉi tiu artikolo priskribas la karakterizaĵojn kaj avantaĝojn de oftaj suplementaj lummetodoj en plantfabrikoj, kaj lanĉas la dezajnoideojn de tipaj kultivaĵaj suplementaj lumsistemoj.Ne estas malfacile trovi per komparo, por alfronti la malaltan lumon kaŭzitan de severa vetero kiel daŭra nuba kaj nebuleco kaj certigi altan kaj stabilan produktadon de instalaĵaj kultivaĵoj, LED Grow lumfonta ekipaĵo estas plej konforma al nuna evoluo. tendencoj.

La estonta disvolva direkto de plantfabrikoj devus koncentriĝi sur novaj altprecizecaj, malmultekostaj sensiloj, malproksime kontroleblaj, alĝustigeblaj spektrolumaj aparatoj kaj spertaj kontrolsistemoj.Samtempe, la estontaj plantfabrikoj daŭre disvolviĝos al malmultekostaj, inteligentaj kaj mem-adaptaj.La uzo kaj popularigo de LED-kreskaj lumfontoj provizas garantion por altpreciza media kontrolo de plantfabrikoj.Reguligo de LED-lummedio estas kompleksa procezo implikanta ampleksan reguligon de lumkvalito, lumintenso kaj fotoperiodo.Koncernaj fakuloj kaj akademiuloj devas fari profundajn esplorojn, antaŭenigante LED-an suplementan lumigadon en artefaritaj lumplantaj fabrikoj.