Skrywer: Jing Zhao，Zengchan Zhou，Yunlong Bu, ens. Bronmedia: Landbou-ingenieurstegnologie (kweekhuis-tuinbou)

Die aanlegfabriek kombineer moderne industrie, biotegnologie, voedingstof hidroponika en inligtingstegnologie om hoë-presisiebeheer van omgewingsfaktore in die fasiliteit te implementeer. Dit is ten volle toegemaak, het lae vereistes vir die omliggende omgewing, verkort die plant-oestydperk, bespaar water en kunsmis, en met die voordele van nie-plaagdoderproduksie en geen afvalafvoer, is die eenheidsgrondgebruikdoeltreffendheid 40 tot 108 keer daarvan. van oopveldproduksie. Onder hulle speel die intelligente kunsmatige ligbron en sy ligomgewingsregulering 'n deurslaggewende rol in die produksiedoeltreffendheid daarvan.

As 'n belangrike fisiese omgewingsfaktor speel lig 'n sleutelrol in die regulering van plantgroei en materiaalmetabolisme. "Een van die hoofkenmerke van die plantfabriek is die volle kunsmatige ligbron en die verwesenliking van intelligente regulering van die ligomgewing" het 'n algemene konsensus in die bedryf geword.

Plante se behoefte aan lig

Lig is die enigste energiebron van plantfotosintese. Ligintensiteit, ligkwaliteit (spektrum) en periodieke veranderinge van lig het 'n groot impak op die groei en ontwikkeling van gewasse, waaronder die ligintensiteit die grootste impak op plantfotosintese het.

■ Ligte intensiteit

Die intensiteit van lig kan die morfologie van gewasse verander, soos blom, internodelengte, stamdikte en blaargrootte en -dikte. Die vereistes van plante vir ligintensiteit kan verdeel word in lig-liefdevolle, medium-lig-liefhebbende en lae-lig-verdraagsame plante. Groente is meestal lig-liefdevolle plante, en hul ligkompensasiepunte en ligversadigingspunte is relatief hoog. In kunsmatige ligplantfabrieke is die relevante vereistes van gewasse vir ligintensiteit 'n belangrike basis vir die keuse van kunsmatige ligbronne. Om die ligvereistes van verskillende plante te verstaan ​​is belangrik vir die ontwerp van kunsmatige ligbronne, Dit is uiters noodsaaklik om die produksieprestasie van die stelsel te verbeter.

■ Ligte kwaliteit

Die ligkwaliteit (spektrale) verspreiding het ook 'n belangrike invloed op plantfotosintese en morfogenese (Figuur 1). Lig is deel van straling, en straling is 'n elektromagnetiese golf. Elektromagnetiese golwe het golfkenmerke en kwantum (deeltjie) eienskappe. Die kwantum lig word foton in die tuinbouveld genoem. Bestraling met 'n golflengtereeks van 300~800nm ​​word fisiologies aktiewe bestraling van plante genoem; en bestraling met 'n golflengtereeks van 400~700nm word fotosinteties aktiewe bestraling (PAR) van plante genoem.

Chlorofil en karotene is die twee belangrikste pigmente in plantfotosintese. Figuur 2 toon die spektrale absorpsiespektrum van elke fotosintetiese pigment, waarin die chlorofilabsorpsiespektrum in die rooi en blou bande gekonsentreer is. Die beligtingstelsel is gebaseer op die spektrale behoeftes van gewasse om lig kunsmatig aan te vul, om sodoende die fotosintese van plante te bevorder.

■ fotoperiode
Die verwantskap tussen fotosintese en fotomorfogenese van plante en daglengte (of fotoperiodetyd) word fotoperioditeit van plante genoem. Die fotoperioditeit is nou verwant aan die ligure, wat verwys na die tyd wat die gewas deur lig bestraal word. Verskillende gewasse benodig 'n sekere aantal ure se lig om die fotoperiode te voltooi om te blom en vrugte te dra. Volgens die verskillende fotoperiodes kan dit verdeel word in langdaggewasse, soos kool, ens., wat meer as 12-14h ligure op 'n sekere stadium van sy groei benodig; kortdaggewasse, soos uie, sojabone, ens., benodig minder as 12-14h Verligtingsure; medium-son gewasse, soos komkommers, tamaties, soetrissies, ens., kan blom en vrugte dra onder langer of korter sonlig.
Onder die drie elemente van die omgewing is ligintensiteit 'n belangrike basis vir die keuse van kunsmatige ligbronne. Tans is daar baie maniere om ligintensiteit uit te druk, hoofsaaklik insluitend die volgende drie.
（1）Verligting verwys na die oppervlakdigtheid van ligvloed (ligvloed per eenheid area) wat op die verligte vlak ontvang word, in lux (lx).

（2） Fotosinteties aktiewe bestraling, PAR， Eenheid: W/m².

（3）Die fotosinteties effektiewe fotonvloeddigtheid PPFD of PPF is die aantal fotosinteties effektiewe straling wat eenheidstyd en eenheidsoppervlakte bereik of deurgaan, eenheid：μmol/(m²·s)。Verwys hoofsaaklik na die ligintensiteit van 400~700nm direk verband hou met fotosintese. Dit is ook die mees gebruikte ligintensiteitsaanwyser in die veld van plantproduksie.

Ligbronanalise van tipiese aanvullende ligstelsel
Kunsmatige ligaanvulling is om die ligintensiteit in die teikenarea te verhoog of die ligtyd te verleng deur 'n aanvullingsligstelsel te installeer om aan die ligbehoefte van plante te voldoen. Oor die algemeen sluit die aanvullende ligstelsel aanvullende ligtoerusting, stroombane en sy beheerstelsel in. Aanvullende ligbronne sluit hoofsaaklik verskeie algemene tipes in soos gloeilampe, fluoresserende lampe, metaalhalogeniedlampe, hoëdruknatriumlampe en LED's. As gevolg van die lae elektriese en optiese doeltreffendheid van gloeilampe, lae fotosintetiese energie-doeltreffendheid en ander tekortkominge, is dit deur die mark uitgeskakel, so hierdie artikel maak nie 'n gedetailleerde ontleding nie.

■ Fluorescent lamp
Fluorescerende lampe behoort tot die tipe laedrukgasontladingslampe. Die glasbuis is gevul met kwikdamp of inerte gas, en die binnewand van die buis is bedek met fluoresserende poeier. Die ligkleur wissel met die fluoresserende materiaal wat in die buis bedek is. Fluorescerende lampe het goeie spektrale werkverrigting, hoë ligdoeltreffendheid, lae krag, langer lewe (12000h) in vergelyking met gloeilampe, en relatief lae koste. Omdat die fluoresserende lamp self minder hitte uitstraal, kan dit naby die plante wees vir beligting en is dit geskik vir driedimensionele bewerking. Die spektrale uitleg van die fluoresserende lamp is egter onredelik. Die mees algemene metode ter wêreld is om weerkaatsers by te voeg om die effektiewe ligbronkomponente van die gewasse in die verbouingsgebied te maksimeer. Japannese adv-agri maatskappy het ook 'n nuwe tipe aanvullende ligbron HEFL ontwikkel. HEFL behoort eintlik tot die kategorie fluoresserende lampe. Dit is die algemene term vir koue katode fluoresserende lampe (CCFL) en eksterne elektrode fluoresserende lampe (EEFL), en is 'n gemengde elektrode fluoresserende lamp. Die HEFL-buis is uiters dun, met 'n deursnee van slegs sowat 4mm, en die lengte kan van 450mm tot 1200mm aangepas word volgens die behoeftes van bewerking. Dit is 'n verbeterde weergawe van die konvensionele fluoresserende lamp.

■ Metaalhaliedlamp
Die metaalhaliedlamp is 'n hoë-intensiteit ontladingslamp wat verskillende elemente kan prikkel om verskillende golflengtes te produseer deur verskeie metaalhaliede (tinbromied, natriumjodied, ens.) in die ontladingsbuis te voeg op grond van 'n hoëdruk kwiklamp. Halogeenlampe het hoë ligdoeltreffendheid, hoë krag, goeie ligkleur, lang lewe en groot spektrum. Omdat die ligdoeltreffendheid egter laer is as dié van hoëdruknatriumlampe, en die leeftyd korter is as dié van hoëdruknatriumlampe, word dit tans net in enkele aanlegfabrieke gebruik.

■ Hoëdruk natriumlamp
Hoëdruk-natriumlampe behoort tot die tipe hoëdrukgasontladingslampe. Die hoëdruknatriumlamp is 'n hoëdoeltreffende lamp waarin hoëdruknatriumdamp in die ontladingsbuis gevul word, en 'n klein hoeveelheid xenon (Xe) en kwikmetaalhalied bygevoeg word. Omdat hoëdruknatriumlampe hoë elektro-optiese omskakelingsdoeltreffendheid met laer vervaardigingskoste het, word hoëdruknatriumlampe tans die algemeenste gebruik in die toepassing van aanvullende lig in landboufasiliteite. As gevolg van die tekortkominge van lae fotosintetiese doeltreffendheid in hul spektrum, het hulle egter die tekortkominge van lae energiedoeltreffendheid. Aan die ander kant is die spektrale komponente wat deur hoëdruknatriumlampe vrygestel word hoofsaaklik in die geel-oranje ligband gekonsentreer, wat nie die rooi en blou spektra benodig wat nodig is vir plantgroei nie.

■ Ligemitterende diode
As 'n nuwe generasie ligbronne het liguitstralende diodes (LED's) baie voordele soos hoër elektro-optiese omskakelingsdoeltreffendheid, verstelbare spektrum en hoë fotosintetiese doeltreffendheid. LED kan monochromatiese lig uitstraal wat nodig is vir plantgroei. In vergelyking met gewone fluoresserende lampe en ander aanvullende ligbronne, het LED die voordele van energiebesparing, omgewingsbeskerming, lang lewe, monochromatiese lig, koue ligbron ensovoorts. Met die verdere verbetering van die elektro-optiese doeltreffendheid van LED's en die vermindering van koste wat veroorsaak word deur die skaal-effek, sal LED-groei-beligtingstelsels die hoofstroomtoerusting word vir die aanvulling van lig in landboufasiliteite. Gevolglik is LED-groeiligte oor 99,9% plantfabrieke toegepas.

Deur vergelyking kan die kenmerke van verskillende aanvullende ligbronne duidelik verstaan ​​word, soos in Tabel 1 getoon.

Mobiele beligtingstoestel
Die intensiteit van lig is nou verwant aan die groei van gewasse. Driedimensionele bewerking word dikwels in plantfabrieke gebruik. As gevolg van die beperking van die struktuur van die verbouingsrakke, sal die ongelyke verspreiding van lig en temperatuur tussen die rakke egter die opbrengs van die gewasse beïnvloed en die oestydperk sal nie gesinchroniseer word nie. 'n Maatskappy in Beijing het in 2010 'n handmatige ligaanvullingstoestel (HPS-beligting en LED-groei-beligting) suksesvol ontwikkel in 2010. Die beginsel is om die dryfas en die winder wat daarop vasgemaak is te draai deur die handvatsel te skud om die klein filmrol te draai om die doel te bereik om die draadtou terug te trek en af ​​te wikkel. Die draadtou van die groeilig is verbind met die kronkelwiel van die hysbak deur verskeie stelle omkeerwiele, om die effek van die aanpassing van die hoogte van die groeilig te verkry. In 2017 het die bogenoemde maatskappy 'n nuwe mobiele ligaanvullingstoestel ontwerp en ontwikkel, wat die ligaanvullingshoogte outomaties intyds volgens gewasgroeibehoeftes kan aanpas. Die versteltoestel is nou op die 3-laag ligbron-hystipe driedimensionele kweekrak geïnstalleer. Die boonste laag van die toestel is die vlak met die beste ligtoestand, dus is dit toegerus met hoëdruknatriumlampe; die middelste laag en die onderste laag is toegerus met LED-groeiligte en 'n hefverstellingstelsel. Dit kan die hoogte van die groeilig outomaties aanpas om 'n geskikte beligtingsomgewing vir die gewasse te bied.

In vergelyking met die mobiele ligaanvullingstoestel wat vir driedimensionele verbouing aangepas is, het Nederland 'n horisontaal beweegbare LED-groeiligaanvullingsligtoestel ontwikkel. Om die invloed van die skaduwee van die groeilig op die groei van plante in die son te vermy, kan die groeiligstelsel na beide kante van die hakie deur die teleskopiese skuif in die horisontale rigting gedruk word sodat die son ten volle is. op die plante bestraal; op bewolkte en reënerige dae sonder sonlig, Druk die groeiligstelsel na die middel van die hakie om die lig van die groeiligstelsel die plante eweredig te vul; beweeg die groeiligstelsel horisontaal deur die skyfie op die bracket, vermy gereelde demontage en verwydering van die groeiligstelsel, en verminder die arbeidsintensiteit van werknemers en verbeter dus werkdoeltreffendheid effektief.

Ontwerp idees van tipiese groeiligstelsel
Dit is nie moeilik om uit die ontwerp van die mobiele beligting aanvullende toestel te sien dat die ontwerp van die aanvullende beligtingstelsel van die plantfabriek gewoonlik die ligintensiteit, ligkwaliteit en fotoperiodeparameters van verskillende gewasgroeiperiodes as die kerninhoud van die ontwerp neem , staatmaak op die intelligente beheerstelsel om te implementeer, om die uiteindelike doelwit van energiebesparing en hoë opbrengs te bereik.

Tans het die ontwerp en konstruksie van aanvullende lig vir blaargroentes geleidelik volwasse geword. Blaargroente kan byvoorbeeld in vier stadiums verdeel word: saailingstadium, middelgroei-, laatgroei- en eindstadium; vrugte-groente kan verdeel word in saailingstadium, vegetatiewe groeistadium, blomstadium en oesstadium. Uit die eienskappe van aanvullende ligintensiteit, moet die ligintensiteit in die saailingstadium effens laer wees, teen 60~200 μmol/(m²·s), en dan geleidelik toeneem. Blaargroente kan tot 100~200 μmol/(m²·s) bereik, en vrugtegroente kan 300~500 μmol/(m²·s) bereik om die ligintensiteitsvereistes van plantfotosintese in elke groeiperiode te verseker en aan die behoeftes van hoë opbrengs; Wat ligkwaliteit betref, is die verhouding van rooi tot blou baie belangrik. Om die kwaliteit van saailinge te verhoog en oormatige groei in die saailingstadium te voorkom, word die verhouding van rooi tot blou oor die algemeen op 'n lae vlak [(1~2):1] gestel en dan geleidelik verminder om aan die plant se behoeftes te voldoen. ligte morfologie. Die verhouding van rooi tot blou tot blaargroente kan op (3~6):1 gestel word. Vir die fotoperiode, soortgelyk aan die ligintensiteit, behoort dit 'n neiging te toon om toe te neem met die verlenging van die groeiperiode, sodat blaargroente meer fotosintetiese tyd vir fotosintese het. Die ligte aanvullingsontwerp van vrugte en groente sal meer ingewikkeld wees. Benewens die bogenoemde basiese wette, moet ons fokus op die instelling van die fotoperiode gedurende die blomperiode, en die blom en vrugvorming van groente moet bevorder word, om nie terug te val nie.

Dit is die moeite werd om te noem dat die ligformule die eindbehandeling vir ligte omgewingsinstellings moet insluit. Deurlopende ligaanvulling kan byvoorbeeld die opbrengs en kwaliteit van hidroponiese blaargroentesaailinge aansienlik verbeter, of UV-behandeling gebruik om spruite en blaargroentes (veral pers Blare en rooiblaarslaai) voedingsgehalte aansienlik te verbeter.

Benewens die optimalisering van ligaanvulling vir geselekteerde gewasse, het die ligbronbeheerstelsel van sommige kunsmatige plantfabrieke ook die afgelope jare vinnig ontwikkel. Hierdie beheerstelsel is oor die algemeen gebaseer op die B/S-struktuur. Afstandbeheer en outomatiese beheer van omgewingsfaktore soos temperatuur, humiditeit, lig en CO2-konsentrasie tydens die groei van gewasse word deur WIFI gerealiseer, en terselfdertyd word 'n produksiemetode gerealiseer wat nie deur eksterne toestande beperk word nie. Hierdie soort intelligente aanvullende ligstelsel gebruik LED-groei-liglamp as aanvullende ligbron, gekombineer met intelligente afstandbeheerstelsel, kan aan die behoeftes van plantgolflengte-beligting voldoen, is veral geskik vir ligbeheerde plantverbouingsomgewing en kan goed in die markvraag voorsien. .

Slotopmerkings
Plantfabrieke word beskou as 'n belangrike manier om wêreldhulpbron-, bevolkings- en omgewingsprobleme in die 21ste eeu op te los, en 'n belangrike manier om voedselselfvoorsiening in toekomstige hoëtegnologieprojekte te bereik. As 'n nuwe tipe landbouproduksiemetode is plantfabrieke nog in die leer- en groeistadium, en meer aandag en navorsing is nodig. Hierdie artikel beskryf die kenmerke en voordele van algemene aanvullende beligtingsmetodes in plantfabrieke, en stel die ontwerpidees van tipiese aanvullende gewasbeligtingstelsels bekend. Dit is nie moeilik om deur vergelyking te vind nie, om die lae lig wat veroorsaak word deur strawwe weer soos aanhoudende bewolking en waas te hanteer en om hoë en stabiele produksie van fasiliteitsgewasse te verseker, is LED Grow-ligbrontoerusting die meeste in lyn met huidige ontwikkeling neigings.

Die toekomstige ontwikkelingsrigting van plantfabrieke moet fokus op nuwe hoë-presisie, laekoste-sensors, afstandbeheerbare, verstelbare spektrumbeligtingstelsels en deskundige beheerstelsels. Terselfdertyd sal die toekomstige plantfabrieke voortgaan om te ontwikkel na laekoste, intelligent en selfaanpasbaar. Die gebruik en popularisering van LED-groei-ligbronne bied waarborg vir hoë-presisie omgewingsbeheer van plantfabrieke. Regulering van LED-ligomgewing is 'n komplekse proses wat omvattende regulering van ligkwaliteit, ligintensiteit en fotoperiode behels. Relevante kundiges en vakkundiges moet in-diepte navorsing doen en LED aanvullende beligting in kunsmatige ligplantfabrieke bevorder.