Szerző: Jing Zhao ， Zengchan Zhou ， Yunlong BU stb. Forráshordozó ： Mezőgazdasági mérnöki technológia (üvegházhatású kertészet)

A növénygyár egyesíti a modern ipart, a biotechnológiát, a tápanyag-hidroponikát és az információs technológiát a környezeti tényezők nagy pontosságú vezérlése érdekében a létesítményben. Teljes mértékben bezárva, alacsony követelményekkel rendelkezik a környező környezetre, lerövidíti a növény betakarítási időszakát, megtakarítja a vizet és a műtrágyát, és a nem növényvédő szerek előállításának előnyeivel és a hulladékkibocsátás nélkül az egység földhasználati hatékonysága 40-108 alkalommal. nyílt terepi előállítás. Közülük az intelligens mesterséges fényforrás és a könnyű környezeti szabályozása döntő szerepet játszik termelési hatékonyságában.

Fontos fizikai környezeti tényezőként a fény kulcsszerepet játszik a növény növekedésének és az anyagcserének szabályozásában. „A növénygyár egyik fő jellemzője a teljes mesterséges fényforrás, és a fénykörnyezet intelligens szabályozásának megvalósítása” az iparág általános konszenzusává vált.

A növények fény igénye

A fény az egyetlen energiaforrás a növényi fotoszintézisnek. A fényintenzitás, a fényminőség (spektrum) és a fény periodikus változásai mély hatással vannak a növények növekedésére és fejlődésére, amelyek között a fényintenzitás a legnagyobb hatással van a növényfotoszintézisre.

■ Fényintenzitás

A fény intenzitása megváltoztathatja a növények morfológiáját, például a virágzás, az internode hosszát, a szár vastagságát, valamint a levél méretét és vastagságát. A növények fényintenzitásra vonatkozó követelményei eloszthatók könnyű, közepes fényű és gyenge fényviszonyok toleráns növényekre. A zöldségek többnyire könnyű növények, és a fénykompenzációs pontok és a fénytelítettségi pontok viszonylag magas. A mesterséges könnyű növényi gyárakban a fényintenzitás szempontjából a növények releváns követelményei fontos alapok a mesterséges fényforrások kiválasztásához. A különféle növények fénykövetelményeinek megértése fontos a mesterséges fényforrások megtervezéséhez, rendkívül szükséges a rendszer termelési teljesítményének javítása.

■ Fényminőség

A fényminőség (spektrális) eloszlása ​​szintén fontos hatással van a növényfotoszintézisre és a morfogenezisre (1. ábra). A fény a sugárzás része, a sugárzás pedig egy elektromágneses hullám. Az elektromágneses hullámok hullámjellemzői és kvantum (részecske) jellemzői vannak. A fény kvantumát fotonnak nevezzük a kertészeti mezőben. A 300 ~ 800 nm hullámhossz -tartományú sugárzást a növények fiziológiailag aktív sugárzásának nevezzük; és a 400 ~ 700 nm hullámhosszú sugárzást a növények fotoszintetikusan aktív sugárzása (PAR) nevezzük.

A klorofill és a karotinok a növényi fotoszintézis két legfontosabb pigmentje. A 2. ábra az egyes fotoszintetikus pigmentek spektrális abszorpciós spektrumát mutatja, amelyben a klorofill abszorpciós spektrum a vörös és a kék sávokban koncentrálódik. A világítási rendszer a növények műfotoszintézisének elősegítése érdekében a növények fotoszintézisének elősegítése érdekében a növények spektrális szükségletein alapul.

■ Photoperiod
A növények fotomorfogenezise és a naphossz (vagy a fotoperiod idő) fotomorfogenezisének kapcsolatát a növények fotoperioditásának nevezzük. A fotoperioditás szorosan kapcsolódik a fényórákhoz, ami arra utal, hogy a növényt a fény besugárzza. A különböző növényekhez bizonyos számú órás fény szükséges a fotoperiod befejezéséhez, hogy virágzzanak és gyümölcsöt viseljenek. A különféle fotoperiodok szerint elosztható hosszú napos növényekre, például káposztára stb., Amelyek több mint 12-14 órás fényórát igényelnek a növekedés egy bizonyos szakaszában; A rövid napos növények, például a hagyma, a szójabab stb., Kevesebb, mint 12-14 órás megvilágítási órát igényelnek; A közepes vasáriumi növények, például uborka, paradicsom, paprika stb., Hosszabb vagy rövidebb napfény alatt virágozhatnak és gyümölcsöt viselhetnek.
A környezet három eleme közül a fényintenzitás fontos alapja a mesterséges fényforrások kiválasztásához. Jelenleg számos módon lehet kifejezni a fényintenzitást, elsősorban a következő háromot is.
（1 A megvilágítás a világító fluxus felületi sűrűségére (az egységenkénti fényvirág), a megvilágított síkon, a Lux -ban (LX) kapott.

（2） Fotoszintetikusan aktív sugárzás, PAR ， egység ： W/M²。

（3） A fotonikusan hatékony fotonfluxus sűrűség PPFD vagy PPF az a fotoszintetikusan hatékony sugárzás száma, amely eléri vagy áthalad az egységidőben és az egység területén, egység ： μmol/(m² · s) 。Mainly utal a 400 ~ 700Nm fényintenzitására közvetlenül kapcsolódik a fotoszintézishez. Ez a leggyakrabban használt fényintenzitási mutató a növénytermelés területén.

A tipikus kiegészítő fényrendszer fényforrás -elemzése
A mesterséges fénykiegészítő az, hogy növelje a fényintenzitást a célterületen, vagy meghosszabbítsa a fényidőt egy kiegészítő fényrendszer telepítésével, hogy teljesítse a növények könnyű igényét. Általánosságban elmondható, hogy a kiegészítő fényrendszer kiegészítő könnyű berendezéseket, áramköröket és vezérlőrendszerét tartalmazza. A kiegészítő fényforrások elsősorban számos általános típust tartalmaznak, mint például izzólámpák, fluoreszkáló lámpák, fém-halogenid lámpák, nagynyomású nátrium-lámpák és LED-ek. Az izzólámpák alacsony elektromos és optikai hatékonysága, az alacsony fotoszintézis -energiahatékonyság és egyéb hiányosságok miatt a piac kiküszöbölte, tehát ez a cikk nem készít részletes elemzést.

■ Fluoreszkáló lámpa
A fluoreszkáló lámpák az alacsony nyomású gáz kisülési lámpák típusához tartoznak. Az üvegcsövet higanygőzzel vagy inert gázzal töltik meg, és a cső belső falát fluoreszcens porral borítják. A világos szín a csőbe bevont fluoreszcens anyagtól függ. A fluoreszkáló lámpák jó spektrális teljesítményűek, nagy fényű hatékonyság, alacsony energia, hosszabb élettartam (12000h), összehasonlítva az izzólámpákkal és a viszonylag alacsony költségekkel. Mivel maga a fluoreszcens lámpa kevesebb hőt bocsát ki, a világításhoz közel lehet a növényekhez, és alkalmas háromdimenziós tenyésztésre. A fluoreszcens lámpa spektrális elrendezése azonban ésszerűtlen. A világ leggyakoribb módszere a reflektorok hozzáadása a növények hatékony fényforrás -összetevőinek maximalizálása érdekében a termesztési területen. A japán ADV-GRI Company új típusú kiegészítő fényforrást fejlesztett ki. A Hefl valójában a fluoreszkáló lámpák kategóriájához tartozik. Ez az általános kifejezés a hideg katódfajok lámpáinak (CCFL) és a külső elektróda fénycsövek (EEFL) általános kifejezése, és egy vegyes elektróda fluoreszkáló lámpa. A HEFL -cső rendkívül vékony, átmérőjű, csak körülbelül 4 mm, és a hosszúság 450 mm -től 1200 mm -ig beállítható a tenyésztési igények szerint. Ez a hagyományos fluoreszkáló lámpa továbbfejlesztett változata.

■ fém halogenid lámpa
A fém halogenid lámpa egy nagy intenzitású kisülési lámpa, amely különféle elemeket gerjeszthet, hogy különböző hullámhosszokat hozzon létre, ha különféle fémhallalidokat (ón-bromid, nátrium-jodid stb.) Adnak hozzá a kisülési csőben egy nagynyomású higany lámpa alapján. A halogén lámpák nagy fényességű, nagy teljesítményű, jó világos színű, hosszú élettartamú és nagy spektrumúak. Mivel azonban a ragyogó hatékonyság alacsonyabb, mint a nagynyomású nátriumlámpák, és az élettartam rövidebb, mint a nagynyomású nátriumlámpáké, jelenleg csak néhány növényi gyárban használják.

■ Nagynyomású nátriumlámpa
A nagynyomású nátrium-lámpák a nagynyomású gáz kisülési lámpák típusához tartoznak. A nagynyomású nátriumlámpa egy nagy hatékonyságú lámpa, amelyben a nagynyomású nátriumgőzt kitöltik a kisülési csőben, és kis mennyiségű Xenon (XE) és higanyfém-halogenidot adunk hozzá. Mivel a nagynyomású nátrium-lámpák nagy elektro-optikai konverziós hatékonysággal rendelkeznek, alacsonyabb gyártási költségekkel, a nagynyomású nátriumlámpák jelenleg a legszélesebb körben használják a kiegészítő fény alkalmazásában a mezőgazdasági létesítményekben. A spektrum alacsony fotoszintézis hatékonyságának hiányosságai miatt azonban az alacsony energiahatékonyság hiányosságai vannak. Másrészt a nagynyomású nátriumlámpák által kibocsátott spektrális komponensek elsősorban a sárga-narancssárga fénysávba koncentrálódnak, amelyben nincs a növény növekedéséhez szükséges vörös és kék spektrumok.

■ fénykibocsátó dióda
A fényforrások új generációjaként a fénykibocsátó diódáknak (LED-ek) számos előnye van, mint például a magasabb elektro-optikai konverziós hatékonyság, az állítható spektrum és a magas fotoszintézis hatékonyság. A LED monokromatikus fényt bocsáthat ki a növény növekedéséhez. A szokásos fluoreszcens lámpákkal és más kiegészítő fényforrásokkal összehasonlítva a LED előnyei vannak az energiamegtakarítás, a környezetvédelem, a hosszú élettartam, a monokróm fény, a hideg fényforrás és így tovább. A LED-ek elektro-optikai hatékonyságának további javulásával és a skálahatás által okozott költségek csökkentésével a LED-termesztési világítási rendszerek lesznek a mainstream berendezés a mezőgazdasági létesítmények fényének kiegészítésére. Ennek eredményeként a LED növekedési lámpákat több mint 99,9% növényi gyárat alkalmazták.

Összehasonlítással, a különféle kiegészítő fényforrások jellemzői egyértelműen megérthetők, amint azt az 1. táblázat mutatja.

Mobil világítóeszköz
A fény intenzitása szorosan kapcsolódik a növények növekedéséhez. A háromdimenziós termesztést gyakran használják a növényi gyárakban. A tenyésztési állványok szerkezetének korlátozása miatt azonban a fény és a hőmérséklet egyenetlen eloszlása ​​az állványok között befolyásolja a növények hozamát, és a betakarítási időszak nem szinkronizálódik. Egy pekingi vállalat sikeresen kifejlesztett egy kézi emelő fénykiegészítő eszközt (HPS világítótest és LED -es növekvő világítótest) 2010 -ben. Az alapelv a hajtótengely és a rajta rögzítve a fogantyú rázásával, hogy a kis film tekercs forgassa a fogantyút. A huzalkötél visszahúzásának és lazításának céljának elérése érdekében. A növekvő fény huzalkötélje a lift kanyargós kerékéhez kapcsolódik a fordított kerekek többszörös sorozatán keresztül, hogy elérje a növekvő fény magasságának beállítását. 2017-ben a fent említett vállalat új mobil fénykiegészítő eszközt tervezett és fejlesztett ki, amely valós időben automatikusan beállíthatja a fénykiegészítő magasságát a növényi növekedési igények szerint. A beállító eszköz már telepítve van a háromrétegű fényforrás-emelési típusú háromdimenziós tenyésztési állványra. A készülék felső rétege a legjobb fénybetegségű szint, tehát nagynyomású nátriumlámpákkal van felszerelve; A középső réteg és az alsó réteg LED -es lámpákkal és emelő beállítási rendszerrel van felszerelve. Ez automatikusan beállíthatja a növekvő fény magasságát, hogy megfelelő megvilágítási környezetet biztosítson a növények számára.

A háromdimenziós tenyésztéshez szabott mobil fény-kiegészítő eszközhöz képest Hollandia vízszintesen mozgatható LED-es Grow Light Supplement Light készüléket fejlesztett ki. Annak elkerülése érdekében, hogy a növekvő fény árnyéka a növények napfényben történő növekedésére gyakorolt ​​hatással, a növekvő fényrendszer a zárójel mindkét oldalára a teleszkópos csúszdán keresztül vízszintes irányba tolható, hogy a nap teljesen legyen besugárzva a növényekre; Felhős és esős napokon napfény nélkül nyomja meg a Grow Light rendszert a zárójel közepére, hogy a növekvő fényrendszer fénye egyenletesen töltse ki a növényeket; Mozgassa vízszintesen a növekvő fényrendszert a zárójelben lévő csúszdán, kerülje a gyakori szétszerelést és a növekvő fényrendszer eltávolítását, és csökkentse a munkavállalók munkaerő -intenzitását, ezáltal hatékonyan javítva a munka hatékonyságát.

Tervezési ötletek a tipikus termesztési fényrendszerről
A mobil világítás kiegészítő eszközének kialakításából nem nehéz belátni, hogy a növénygyár kiegészítő világítási rendszerének kialakítása általában a fényintenzitást, a fényminőséget és a fotoperiod paramétereket veszi igénybe, mint a formatervezés alapvető tartalma, mint a tervezés alapvető tartalma , az intelligens vezérlőrendszerre támaszkodva a végrehajtáshoz, az energiamegtakarítás és a magas hozam végső célja elérése érdekében.

Jelenleg a leveles zöldségek kiegészítő fényének megtervezése és felépítése fokozatosan érett. Például a leveles zöldségeket négy szakaszra lehet osztani: palánta színpad, növekedés közepén, késői növekedés és végső szakasz; A gyümölcs-vegetálható anyagok meg lehet osztani a palánták stádiumát, a vegetatív növekedési stádiumot, a virágzási stádiumot és a betakarítási stádiumot. A kiegészítő fényintenzitás attribútumai alapján a palánták fényintenzitásának kissé alacsonyabbnak kell lennie, 60 ~ 200 μmol/(m² · s), majd fokozatosan növekszik. A leveles zöldségek akár 100 ~ 200 μmol/(m² · s) elérhetők, és a gyümölcs zöldségek elérhetik a 300 ~ 500 μmol/(m² · s) -et, hogy biztosítsák a növényi fotoszintézis fényintenzitási követelményeit az egyes növekedési időszakokban, és megfeleljenek az igények igényeinek, és megfeleljenek az igényeinek. magas hozam; A fényminőség szempontjából a vörös és a kék arány nagyon fontos. A palánták minőségének növelése és a palánták túlzott növekedésének megakadályozása érdekében a vörös és a kék arányt általában alacsony szintre állítják [(1 ~ 2): 1], majd fokozatosan csökkentik a növényi igények kielégítését Könnyű morfológia. A vörös és a kék és a leveles zöldségek aránya (3 ~ 6): 1 -re állítható. A fényintenzitáshoz hasonló fotoperiod esetében azt kell mutatnia, hogy növekszik a növekedési periódus meghosszabbításával, hogy a leveles zöldségek több fotoszintézis -idővel rendelkezzenek a fotoszintézishez. A gyümölcsök és zöldségek fénykiegészítő kialakítása bonyolultabb lesz. A fent említett alapvető törvények mellett a fotoperiod beállítására kell összpontosítanunk a virágzási időszakban, és a zöldségek virágzását és gyümölcsöt el kell hagyni, hogy ne térjünk vissza.

Érdemes megemlíteni, hogy a fényképletnek tartalmaznia kell a könnyű környezeti körülmények végső kezelését. Például a folyamatos fénykiegészítés nagymértékben javíthatja a hidroponikus leveles növényi palánták hozamát és minőségét, vagy UV -kezelést alkalmazhat a hajtások és a leveles zöldségek (különösen a lila levelek és a vörös levél saláta) táplálkozási minőségének jelentős javítására.

A kiválasztott növények fénykiegészítésének optimalizálása mellett néhány mesterséges fénygyár fényforrás -szabályozó rendszere az utóbbi években is gyorsan fejlődött. Ez a vezérlőrendszer általában a B/S szerkezetén alapul. A távvezérlés és a környezeti tényezők, például a hőmérséklet, a páratartalom, a fény és a CO2 -koncentráció automatikus vezérlése a növények növekedése során a WiFI -n keresztül valósul meg, és ugyanakkor egy olyan termelési módszert valósít meg, amelyet a külső körülmények nem korlátoznak. Ez a fajta intelligens kiegészítő fényrendszer, amelyet a LED Grow világítótestek kiegészítő fényforrásként használnak, a távoli intelligens vezérlőrendszerrel kombinálva, kielégítheti a növényhullámhosszúság megvilágításának igényeit, különösen alkalmas a fényvezérelt növényi termesztési környezetre, és jól képes kielégíteni a piaci igényeket -

Befejező megjegyzések
A növénygyárakat a 21. században a világ erőforrása, a népesség és a környezeti problémák megoldásának fontos módja, valamint a jövőbeni csúcstechnológiai projektekben az élelmiszer-önellátás elérésének fontos módja. Mint új típusú mezőgazdasági termelési módszer, a növénygyárak továbbra is a tanulási és növekedési szakaszban vannak, és nagyobb figyelmet és kutatásra van szükség. Ez a cikk leírja a növényi gyárakban a közös kiegészítő világítási módszerek jellemzőit és előnyeit, és bemutatja a tipikus növényi kiegészítő világítási rendszerek tervezési ötleteit. Az összehasonlítás útján nem nehéz megtalálni a súlyos időjárás által okozott gyenge fényviszonyok, például a folyamatos felhős és köd, valamint a létesítménynövények magas és stabil termelésének biztosítása érdekében, a LED Grow Light Source berendezések leginkább a jelenlegi fejlesztéssel összhangban állnak. trendek.

A növénygyárak jövőbeli fejlesztési irányának az új nagy pontosságú, olcsó érzékelőkre, a távolról vezérelhető, állítható spektrum-világítási eszközök rendszereire és a szakértői vezérlőrendszerekre kell összpontosítania. Ugyanakkor a jövőbeli növénygyárak tovább fejlődnek az olcsó, intelligens és önállóság felé. A LED-termesztési fényforrások használata és népszerűsítése garanciát nyújt a növényi gyárak nagy pontosságú környezeti ellenőrzéséhez. A LED -es fény környezeti szabályozása egy összetett folyamat, amely magában foglalja a fényminőség, a fényintenzitás és a fotoperiod átfogó szabályozását. A releváns szakértőknek és tudósoknak mélyreható kutatást kell végezniük, előmozdítva a LED-kiegészítő megvilágítást a mesterséges fénygyárakban.