Forfatter: Jing Zhao ， Zengchan Zhou ， Yunlong Bu osv. Kildemedier ： Landbrugsteknologi (drivhushavebrug)

Plantfabrikken kombinerer moderne industri, bioteknologi, næringsstofhydroponik og informationsteknologi til implementering af høj præcisionskontrol af miljøfaktorer i anlægget. Det er fuldt lukket, har lave krav til det omgivende miljø, forkorter plantens høstperiode, sparer vand og gødning, og med fordelene ved produktion af ikke-mord og ingen affaldsudladning er enhedens arealanvendelseseffektivitet 40 til 108 gange af det af åben feltproduktion. Blandt dem spiller den intelligente kunstige lyskilde og dens lette miljøregulering en afgørende rolle i dens produktionseffektivitet.

Som en vigtig fysisk miljøfaktor spiller lys en nøglerolle i reguleringen af ​​plantevækst og materialemetabolisme. ”En af de vigtigste træk ved plantefabrikken er den fulde kunstige lyskilde, og realiseringen af ​​intelligent regulering af det lette miljø” er blevet en generel enighed i branchen.

Planternes behov for lys

Lys er den eneste energikilde til plantet fotosyntese. Lysintensitet, lyskvalitet (spektrum) og periodiske lysændringer har en dybtgående indflydelse på væksten og udviklingen af ​​afgrøder, blandt hvilke lysintensiteten har den største indflydelse på plantefotosyntesen.

■ Lysintensitet

Lysets intensitet kan ændre afgrødernes morfologi, såsom blomstring, internodelængde, stamtykkelse og bladstørrelse og tykkelse. Kravene fra planter til lysintensitet kan opdeles i lyselskende, mellemlængende elskende og lavt lys-tolerante planter. Grøntsager er for det meste lyselskende planter, og deres lette kompensationspunkter og lette mætningspunkter er relativt høje. I kunstige lysplantefabrikker er de relevante krav til afgrøder for lysintensitet et vigtigt grundlag for valg af kunstige lyskilder. At forstå lyskravene i forskellige planter er vigtigt for at designe kunstige lyskilder, det er ekstremt nødvendigt at forbedre systemets produktionsydelse.

■ Let kvalitet

Distributionen af ​​let kvalitet (spektral) har også en vigtig indflydelse på plantefotosyntesen og morfogenese (figur 1). Lys er en del af strålingen, og stråling er en elektromagnetisk bølge. Elektromagnetiske bølger har bølgekarakteristika og kvante (partikel) egenskaber. Lyskvantet kaldes Photon i havebrugsfeltet. Stråling med et bølgelængdeområde på 300 ~ 800nm ​​kaldes fysiologisk aktiv stråling af planter; og stråling med et bølgelængdeområde på 400 ~ 700nm kaldes fotosyntetisk aktiv stråling (PAR) af planter.

Chlorophyll og carotener er de to vigtigste pigmenter i plantefotosyntesen. Figur 2 viser det spektrale absorptionsspektrum for hvert fotosyntetisk pigment, hvor chlorophyllabsorptionsspektret er koncentreret i de røde og blå bånd. Belysningssystemet er baseret på de spektrale behov hos afgrøder for kunstigt at supplere lys for at fremme fotosyntesen af ​​planter.

■ Fotoperiod
Forholdet mellem fotosyntese og fotomorfogenese af planter og daglængde (eller fotoperiod -tid) kaldes fotoperioditet af planter. Fotoperioditeten er tæt knyttet til de lette timer, der henviser til det tidspunkt, hvor afgrøden er bestrålet af lys. Forskellige afgrøder kræver et vist antal timers lys for at afslutte fotoperioden for at blomstre og bære frugt. I henhold til de forskellige fotoperioder kan det opdeles i langdagsafgrøder, såsom kål osv., Som kræver mere end 12-14 timers lette timer på et bestemt stadium af dens vækst; Kortdagsafgrøder, såsom løg, sojabønner osv., Kræver mindre end 12-14H-belysningstimer; Medium-solafgrøder, såsom agurker, tomater, peberfrugter osv., Kan blomstre og bære frugt under længere eller kortere sollys.
Blandt de tre elementer i miljøet er lysintensitet et vigtigt grundlag for at vælge kunstige lyskilder. På nuværende tidspunkt er der mange måder at udtrykke lysintensitet på, hovedsageligt inklusive følgende tre.
（1） Belysning henviser til overfladetætheden af ​​lysende flux (lysende flux pr. Enhedsareal) modtaget på det oplyste plan, i LUX (LX).

（2） Fotosyntetisk aktiv stråling, par ， enhed ： m/m²。

（3） Den fotosyntetisk effektive fotonfluxdensitet PPFD eller PPF er antallet af fotosyntetisk effektive stråling, der når eller passerer gennem enhedstid og enhedsområde, enhed ： μmol/(m² · s)。。。。。。。 μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μ μmol direkte relateret til fotosyntesen. Det er også den mest almindeligt anvendte lysintensitetsindikator inden for planteproduktion.

Lyskildeanalyse af typisk supplerende lyssystem
Kunstigt lystilskud er at øge lysintensiteten i målområdet eller forlænge lystiden ved at installere et supplementlysystem for at opfylde planternes lette efterspørgsel. Generelt inkluderer det supplerende lyssystem supplerende lysudstyr, kredsløb og dets kontrolsystem. Supplerende lyskilder inkluderer hovedsageligt adskillige almindelige typer, såsom glødelamper, fluorescerende lamper, metalhalogenidlamper, højtrykssodiumlamper og LED'er. På grund af den lave elektriske og optiske effektivitet af glødelamper, lav fotosyntetisk energieffektivitet og andre mangler, er det blevet fjernet af markedet, så denne artikel foretager ikke en detaljeret analyse.

■ Fluorescerende lampe
Fluorescerende lamper hører til typen af ​​lavtryksgasudladningslamper. Glasrøret er fyldt med kviksølvdamp eller inert gas, og rørets indre væg er belagt med fluorescerende pulver. Den lette farve varierer med det fluorescerende materiale, der er belagt i røret. Fluorescerende lamper har god spektral ydeevne, høj lysende effektivitet, lav effekt, længere levetid (12000 timer) sammenlignet med glødelamper og relativt lave omkostninger. Da selve fluorescerende lampe udsender mindre varme, kan den være tæt på planterne til belysning og er velegnet til tredimensionel dyrkning. Imidlertid er det spektrale layout af fluorescerende lampen urimeligt. Den mest almindelige metode i verden er at tilføje reflektorer for at maksimere de effektive lyskildens komponenter i afgrøderne i dyrkningsområdet. Japanese Adv-Agri Company har også udviklet en ny type supplerende lyskilde Hefl. Hefl hører faktisk til kategorien af ​​fluorescerende lamper. It is the general term for cold cathode fluorescent lamps (CCFL) and external electrode fluorescent lamps (EEFL), and is a mixed electrode fluorescent lamp. Hefløret er ekstremt tyndt med en diameter på kun ca. 4 mm, og længden kan justeres fra 450 mm til 1200 mm i henhold til dyrkningens behov. Det er en forbedret version af den konventionelle fluorescerende lampe.

■ Metalhalogenidlampe
Metalhalogenidlampe er en højintensiv udladningslampe, der kan begejstre forskellige elementer for at producere forskellige bølgelængder ved at tilsætte forskellige metalhalogenider (tinbromid, natriumiodid osv.) I udladningsrøret på grundlag af en højtryks kviksølvlampe. Halogenlamper har høj lysende effektivitet, høj effekt, god lysfarve, lang levetid og stort spektrum. Fordi den lysende effektivitet er lavere end for højtryksnatriumlamper, og levetiden er kortere end for højtrykssodiumlamper, bruges det i øjeblikket kun i nogle få plantefabrikker.

■ Sodiumlampe med højt tryk
Sodiumlamper med højt tryk hører til typen af ​​højtryksgasudladningslamper. Højtryks natriumlampe er en højeffektiv lampe, hvor højtryksnatriumdamp udfyldes i udladningsrøret, og en lille mængde Xenon (XE) og kviksølvmetalhalogenid tilsættes. Da natriumlamper med højt tryk har høj elektro-optisk konverteringseffektivitet med lavere produktionsomkostninger, er højtryksnatriumlamper i øjeblikket de mest anvendte til anvendelse af supplerende lys i landbrugsfaciliteter. På grund af manglerne ved lav fotosyntetisk effektivitet i deres spektrum har de imidlertid manglerne ved lav energieffektivitet. På den anden side koncentreres de spektrale komponenter, der udsendes af natriumlamper med højt tryk, hovedsageligt i det gul-orange lysbånd, som mangler de røde og blå spektre, der er nødvendige for plantevækst.

■ Lysemitterende diode
Som en ny generation af lyskilder har lysemitterende dioder (LED'er) mange fordele, såsom højere elektro-optisk konverteringseffektivitet, justerbart spektrum og høj fotosyntetisk effektivitet. LED kan udsende monokromatisk lys, der er nødvendig til plantevækst. Sammenlignet med almindelige fluorescerende lamper og andre supplerende lyskilder har LED fordelene ved energibesparelse, miljøbeskyttelse, lang levetid, monokromatisk lys, kold lyskilde og så videre. Med den yderligere forbedring af den elektro-optiske effektivitet af LED'er og reduktion af omkostninger forårsaget af skalaeffekten vil LED Grow Lighting Systems blive mainstream-udstyr til at supplere lys i landbrugsfaciliteter. Som et resultat er LED Grow -lys blevet anvendt over 99,9% plantefabrikker.

Gennem sammenligning kan egenskaberne ved forskellige supplerende lyskilder klart forstås, som vist i tabel 1.

Mobil belysningsenhed
Lysets intensitet er tæt knyttet til væksten af ​​afgrøder. Tredimensionel dyrkning bruges ofte i plantefabrikker. På grund af begrænsningen af ​​strukturen af ​​dyrkningsstativer vil den ujævne fordeling af lys og temperatur mellem stativerne imidlertid påvirke udbyttet af afgrøderne og høstperioden ikke synkroniseres. Et firma i Beijing har med succes udviklet en manual løftelysetilskud enhed (HPS -belysningsarmatur og LED Grow Lighting Fixture) i 2010. Princippet er at dreje drivakslen og vinden fast på den ved at ryste håndtaget for at rotere den lille filmrulle At opnå formålet med at trække og afvikle ståltovet. Trådtovet i vækstlyset er forbundet med det snoede hjul i elevatoren gennem flere sæt vendingshjul for at opnå effekten af ​​at justere højden af ​​dyrkelyset. I 2017 designede og udviklede det ovennævnte firma en ny mobil lystilskudsenhed, der automatisk kan justere lystilskudets højde i realtid i henhold til afgrødevækstbehov. Justeringsenheden er nu installeret på den 3-lags lyskildens løftetype tredimensionel dyrkningsstativ. Det øverste lag af enheden er niveauet med den bedste lystilstand, så det er udstyret med højtryks natriumlamper; Det midterste lag og det nederste lag er udstyret med LED -voksende lys og et løftejusteringssystem. Det kan automatisk justere højden på vokselyset for at tilvejebringe et passende belysningsmiljø til afgrøderne.

Sammenlignet med det mobile lystilskudsenhed, der er skræddersyet til tredimensionel dyrkning, har Holland udviklet en vandret bevægelig LED Grow Light Supplement Light-enhed. For at undgå påvirkningen af ​​skyggen af ​​vækstlyset på væksten af ​​planter i solen, kan det voksende lyssystem skubbes til begge sider af beslaget gennem det teleskopiske lysbillede i den vandrette retning, så solen er fuldt ud bestrålet på planterne; På overskyede og regnfulde dage uden sollys skal du skubbe det voksende lyssystem til midten af ​​beslaget for at gøre lyset af det voksende lyssystem jævnt fylde planterne; Flyt det voksende lyssystem vandret gennem objektglasset på beslaget, undgå hyppig adskillelse og fjernelse af det voksende lyssystem, og reducer medarbejdernes arbejdsintensitet og forbedrer således effektivt arbejdseffektiviteten.

Designideer fra typisk voksende lyssystem
Det er ikke svært at se fra designet af den mobile belysningssupplerende enhed, at designet af det supplerende belysningssystem på plantefabrikken normalt tager lysintensiteten, let kvalitet og fotoperiodparametre i forskellige afgrødevækstperioder som kerneindholdet i designet , der er afhængig af det intelligente kontrolsystem til at implementere, opnå det endelige mål om energibesparelse og højt udbytte.

På nuværende tidspunkt er design og konstruktion af supplerende lys til bladgrøntsager gradvist modnet. For eksempel kan bladgrøntsager opdeles i fire trin: frøplantefase, midtvækst, sent vækst og slutstadium; Frugtudvikler kan opdeles i frøplantningsstadium, vegetativ vækststadium, blomstrende fase og høstfase. Fra attributterne for supplerende lysintensitet skal lysintensiteten i frøplantningsstadiet være lidt lavere ved 60 ~ 200 μmol/(m² · s) og derefter gradvist stige. Bladede grøntsager kan nå op til 100 ~ 200 μmol/(m² · s), og frugtgrøntsager kan nå 300 ~ 500 μmol/(m² · s) for at sikre, at lysintensitetskravene til plantefotosyntese i hver vækstperiode og opfylder behovene for højt udbytte; Med hensyn til let kvalitet er forholdet mellem rød til blåt meget vigtigt. For at øge kvaliteten af ​​frøplanter og forhindre overdreven vækst i frøplantefasen er forholdet mellem rød og blå generelt indstillet til et lavt niveau [(1 ~ 2): 1] og reduceres derefter gradvist for at imødekomme plantens behov for planten Let morfologi. Forholdet mellem rød til blå og bladgrøntsager kan indstilles til (3 ~ 6): 1. For fotoperioden, der ligner lysintensiteten, skal den vise en tendens til at stige med forlængelsen af ​​vækstperioden, så bladgrøntsager har mere fotosyntetisk tid til fotosyntesen. Det lette supplement design af frugt og grøntsager vil være mere kompliceret. Ud over de ovennævnte grundlæggende love, bør vi fokusere på indstillingen af ​​fotoperioden i blomstringsperioden, og blomstringen og frugtningen af ​​grøntsager skal fremmes for ikke at slå tilbage.

Det er værd at nævne, at lysformelen skal omfatte slutbehandlingen for lette miljøindstillinger. F.eks. Kan kontinuerlig lystilskud i høj grad forbedre udbyttet og kvaliteten af ​​hydroponiske blade grøntsagsfrøplanter eller bruge UV -behandling til at forbedre spirer og bladgrøntsager (især lilla blade og røde bladnedskab) ernæringskvalitet.

Ud over at optimere lystilskud for udvalgte afgrøder har lyskildens kontrolsystem for nogle kunstige lysplantefabrikker også udviklet sig hurtigt i de senere år. Dette kontrolsystem er generelt baseret på B/S -strukturen. Fjernbetjening og automatisk kontrol af miljøfaktorer såsom temperatur, fugtighed, lys og CO2 -koncentration under væksten af ​​afgrøder realiseres gennem WiFi, og på samme tid realiseres en produktionsmetode, der ikke er begrænset af eksterne forhold. Denne form for intelligent supplerende lyssystem bruger LED Grow Light Fixture som supplerende lyskilde, kombineret med fjerntliggende intelligent kontrolsystem, kan imødekomme behovene i plantebølgelængdebelysning, er især velegnet til lysstyret plantedyrkningsmiljø og kan godt imødekomme markedets efterspørgsel efter markedets efterspørgsel efter markedets efterspørgsel .

Afsluttende bemærkninger
Plantefabrikker betragtes som en vigtig måde at løse verdensressource-, befolknings- og miljøproblemer i det 21. århundrede og en vigtig måde at opnå selvforsyning af fødevarer i fremtidige højteknologiske projekter. Som en ny type landbrugsproduktionsmetode er plantefabrikker stadig i lærings- og vækststadiet, og der er behov for mere opmærksomhed og forskning. Denne artikel beskriver egenskaber og fordele ved almindelige supplerende belysningsmetoder i plantefabrikker og introducerer designideer fra typiske afgrøde supplerende belysningssystemer. Det er ikke svært at finde gennem sammenligning, for at tackle det svage lys forårsaget af hårdt vejr, såsom kontinuerlig overskyet og dis og for at sikre en høj og stabil produktion af facilitetsafgrøder tendenser.

Den fremtidige udviklingsretning for plantefabrikker bør fokusere på nye højpræcisionssensorer, eksternt kontrollerbare, justerbare spektrumbelysningsenhedssystemer og ekspertkontrolsystemer. På samme tid vil de fremtidige plantefabrikker fortsat udvikle sig mod billige, intelligente og selvadaptive. Brug og popularisering af LED-voksende lyskilder giver garanti for en høj præcision miljøkontrol af plantefabrikker. LED -lysmiljøforordning er en kompleks proces, der involverer omfattende regulering af let kvalitet, lysintensitet og fotoperiod. Relevante eksperter og lærde er nødt til at udføre dybdegående forskning og fremme LED-supplerende belysning i kunstige lysplantefabrikker.