Höfundur: Jing Zhao, Zengchan Zhou, Yunlong Bu, o.s.frv.Heimildarmiðlar: Landbúnaðarverkfræðitækni (gróðurhúsaræktun)

Verksmiðjan sameinar nútíma iðnað, líftækni, næringarefnavatnsrækt og upplýsingatækni til að innleiða mikla nákvæmni eftirlit með umhverfisþáttum í aðstöðunni.Það er að fullu lokað, hefur litlar kröfur til umhverfisins í kring, styttir uppskerutíma plantna, sparar vatn og áburð, og með kostum þess að framleiða ekki skordýraeitur og engri losun úrgangs er landnotkunarhagkvæmni 40 til 108 sinnum meiri en það. af opnum vettvangi framleiðslu.Meðal þeirra gegna snjöll gerviljósgjafinn og ljósumhverfisstjórnun hans afgerandi hlutverki í framleiðslu skilvirkni hans.

Sem mikilvægur líkamlegur umhverfisþáttur gegnir ljós lykilhlutverki við að stjórna vexti plantna og efnaskipti."Einn af helstu eiginleikum álversins verksmiðjunnar er fullur gerviljósgjafi og framkvæmd skynsamlegrar reglugerðar um ljósumhverfið" hefur orðið almenn samstaða í greininni.

Þörf plantna fyrir ljós

Ljós er eini orkugjafinn fyrir ljóstillífun plantna.Ljósstyrkur, ljósgæði (róf) og reglubundnar breytingar á ljósi hafa mikil áhrif á vöxt og þroska ræktunar, þar á meðal hefur ljósstyrkurinn mest áhrif á ljóstillífun plantna.

■ Ljósstyrkur

Styrkur ljóssins getur breytt formgerð ræktunar, svo sem blómstrandi, lengd innanfruma, stöngulþykkt og blaðastærð og -þykkt.Kröfum plantna um ljósstyrk má skipta í ljóselskandi, miðlungsljóselskandi og lítið ljósþolnar plöntur.Grænmeti eru að mestu ljóselskandi plöntur og ljósjafnvægispunktar og ljósmettunarpunktar eru tiltölulega háir.Í gerviljósaverksmiðjum eru viðeigandi kröfur ræktunar um ljósstyrk mikilvægur grunnur til að velja gervi ljósgjafa.Að skilja ljósþörf mismunandi plantna er mikilvægt fyrir hönnun gerviljósgjafa, það er afar nauðsynlegt að bæta framleiðslugetu kerfisins.

■ Létt gæði

Dreifing ljósgæða (róf) hefur einnig mikilvæg áhrif á ljóstillífun plantna og formgerð (Mynd 1).Ljós er hluti af geislun og geislun er rafsegulbylgja.Rafsegulbylgjur hafa bylgjueiginleika og skammtaeiginleika (agna).Skammta ljóssins er kallað ljóseind ​​í garðyrkjusviðinu.Geislun með bylgjulengdarsviðinu 300 ~ 800nm ​​er kölluð lífeðlisfræðilega virk geislun plantna;og geislun með bylgjulengdarsviðinu 400~700nm er kölluð ljóstillífavirk geislun (PAR) plantna.

Klórófyll og karótín eru tvö mikilvægustu litarefnin í ljóstillífun plantna.Mynd 2 sýnir litrófsgleypnisvið hvers ljóstillífunarlitarefnis, þar sem frásogsróf blaðgrænu er einbeitt í rauðu og bláu böndunum.Lýsingarkerfið er byggt á litrófsþörfum ræktunar til að bæta við ljós tilbúnar til að stuðla að ljóstillífun plantna.

■ ljósatímabil
Sambandið milli ljóstillífunar og myndmyndunar plantna og dagslengdar (eða ljóstímabilstíma) er kallað ljóstímabil plantna.Ljóstíðni er nátengd ljósstundum, sem vísar til þess tíma sem ræktunin er geisluð af ljósi.Mismunandi ræktun þarf ákveðinn fjölda klukkustunda af ljósi til að ljúka ljósatímabilinu til að blómstra og bera ávöxt.Samkvæmt mismunandi ljósatímabilum er hægt að skipta því í langa ræktun, svo sem hvítkál osfrv., sem þarfnast meira en 12-14 klst ljósstunda á ákveðnu vaxtarstigi þess;skammdegisræktun, eins og laukur, sojabaunir o.s.frv., þurfa minna en 12-14 klst.meðalsólar ræktun, eins og gúrkur, tómatar, papriku o.s.frv., geta blómstrað og borið ávöxt við lengri eða skemmri sólarljós.
Meðal þriggja þátta umhverfisins er ljósstyrkur mikilvægur grunnur til að velja gervi ljósgjafa.Sem stendur eru margar leiðir til að tjá ljósstyrk, aðallega þar á meðal eftirfarandi þrjár.
（1）Lýsing vísar til yfirborðsþéttleika ljósflæðis (ljósstreymi á flatarmálseiningu) sem berast á upplýstu planinu, í lux (lx).

（2） Ljósmyndunarvirk geislun, PAR，Eining：W/m²。

（3） Ljóstillífandi virkur ljóseindaflæðisþéttleiki PPFD eða PPF er fjöldi ljóstillífunarvirkrar geislunar sem nær til eða fer í gegnum tímaeiningu og flatarmálseiningu, eining：μmól/(m²·s)。Vísar aðallega til ljósstyrks 400~700nm tengist ljóstillífun beint.Það er líka mest notaði ljósstyrksvísirinn á sviði plöntuframleiðslu.

Ljósgjafagreining á dæmigerðu viðbótarljósakerfi
Gerviljós viðbót er til að auka ljósstyrkinn á marksvæðinu eða lengja ljóstímann með því að setja upp viðbótarljósakerfi til að uppfylla ljósþörf plantna.Almennt séð inniheldur viðbótarljósakerfið viðbótarljósabúnað, rafrásir og stjórnkerfi þess.Viðbótarljósgjafar innihalda aðallega nokkrar algengar gerðir eins og glóperur, flúrperur, málmhalíðlampar, háþrýstingsnatríumperur og LED.Vegna lítillar raf- og sjónvirkni glóperanna, lítillar ljóstillífunarorkunýtni og annarra annmarka hefur það verið útrýmt af markaðnum, þannig að þessi grein gerir ekki nákvæma greiningu.

■ Flúrljós
Flúrljós tilheyra tegund lágþrýstings gasútskriftarpera.Glerrörið er fyllt með kvikasilfursgufu eða óvirku gasi og innri veggur rörsins er húðaður með flúrljómandi dufti.Ljósliturinn er mismunandi eftir flúrljómandi efni sem er húðað í rörinu.Flúrperur hafa góða litrófsafköst, mikla birtuskilvirkni, lítið afl, lengri líftíma (12000 klst) samanborið við glóperur og tiltölulega lágan kostnað.Vegna þess að flúrlampinn sjálfur gefur frá sér minni hita getur hann verið nálægt plöntunum til lýsingar og hentar vel í þrívíddarræktun.Hins vegar er litrófsskipulag flúrperunnar ósanngjarnt.Algengasta aðferðin í heiminum er að bæta við endurskinsmerki til að hámarka áhrifaríka ljósgjafahluta ræktunar á ræktunarsvæðinu.Japanska adv-agri fyrirtæki hefur einnig þróað nýja tegund af viðbótarljósgjafa HEFL.HEFL tilheyrir í raun flokki flúrpera.Það er almennt hugtak fyrir kalt bakskautsflúrperur (CCFL) og ytri rafskautsflúrperur (EEFL) og er blandað rafskautsflúrpera.HEFL rörið er mjög þunnt, aðeins um 4 mm í þvermál og hægt er að stilla lengdina frá 450 mm til 1200 mm eftir þörfum ræktunar.Það er endurbætt útgáfa af hefðbundnum flúrperum.

■ Málmhalíð lampi
Málmhalíðlampinn er hástyrkur útskriftarlampi sem getur örvað mismunandi frumefni til að framleiða mismunandi bylgjulengdir með því að bæta ýmsum málmhalíðum (tinbrómíði, natríumjoðíði osfrv.) í útskriftarrörið á grundvelli háþrýstikvikasilfurslampa.Halógenlampar hafa mikla birtuskilvirkni, mikið afl, góðan ljóslit, langan líftíma og stórt litróf.Hins vegar, vegna þess að ljósnýtingin er lægri en háþrýstinatríumlampa og endingartíminn er styttri en háþrýstingsnatríumlampa, er hún aðeins notuð í nokkrum verksmiðjum.

■ Háþrýstingsnatríumlampi
Háþrýstinatríumlampar tilheyra tegund háþrýstigasútskriftarpera.Háþrýstingsnatríumlampinn er háþrýstilampi þar sem háþrýstinatríumgufa er fyllt í útblástursrörið og lítið magn af xenoni (Xe) og kvikasilfursmálmhalíði bætt við.Vegna þess að háþrýstingsnatríumlampar hafa mikla raf-sjónumbreytingu skilvirkni með lægri framleiðslukostnaði, eru háþrýstingsnatríumlampar nú mest notaðir við beitingu viðbótarljóss í landbúnaðaraðstöðu.Hins vegar, vegna annmarka á lítilli ljóstillífunarnýtni í litrófinu, hafa þeir galla af lítilli orkunýtni.Aftur á móti eru litrófsþættirnir sem gefa frá sér háþrýstinatríumlampa aðallega einbeitt í gul-appelsínugula ljósbandinu, sem skortir rauða og bláa litrófið sem nauðsynlegt er fyrir vöxt plantna.

■ Ljósdíóða
Sem ný kynslóð ljósgjafa hafa ljósdíóða (LED) marga kosti eins og meiri raf-sjónumbreytingarnýtni, stillanlegt litróf og mikil ljóstillífun.LED getur gefið frá sér einlita ljós sem þarf fyrir vöxt plantna.Í samanburði við venjulegar flúrperur og aðrar viðbótarljósgjafar hefur LED kosti orkusparnaðar, umhverfisverndar, langt líf, einlita ljóss, kalt ljósgjafa og svo framvegis.Með frekari endurbótum á raf-sjónrænni skilvirkni ljósdíóða og lækkun kostnaðar af völdum mælikvarðaáhrifa, verða LED vaxtarljósakerfi almennur búnaður til að bæta við ljós í landbúnaðaraðstöðu.Fyrir vikið hafa LED vaxtarljós verið notuð í 99,9% plöntuverksmiðjum.

Með samanburði er hægt að skilja eiginleika mismunandi viðbótarljósgjafa vel, eins og sýnt er í töflu 1.

Farsímaljósabúnaður
Ljósstyrkur er nátengdur vexti ræktunar.Þrívídd ræktun er oft notuð í plöntuverksmiðjum.Hins vegar, vegna takmörkunar á uppbyggingu ræktunargrindanna, mun ójöfn dreifing ljóss og hitastigs milli rekkana hafa áhrif á uppskeru uppskerunnar og uppskerutímabilið verður ekki samstillt.Fyrirtæki í Peking hefur þróað handvirkt lyftiljósauppbótartæki (HPS ljósabúnaður og LED grow ljósabúnaður) árið 2010. Meginreglan er að snúa drifskaftinu og vindaranum fest á það með því að hrista handfangið til að snúa litlu filmuhjólinu til að ná þeim tilgangi að draga inn og vinda upp vírreipið.Vírreip vaxtarljóssins er tengt við vindhjól lyftunnar í gegnum mörg sett af snúningshjólum til að ná fram áhrifum þess að stilla hæð vaxtarljóssins.Árið 2017 hannaði og þróaði ofangreint fyrirtæki nýtt farsímaljósauppbótartæki, sem getur sjálfkrafa stillt ljósuppbótarhæðina í rauntíma í samræmi við þarfir uppskerunnar.Stillingarbúnaðurinn er nú settur upp á þrívíddar ræktunargrind með þriggja laga ljósgjafa.Efsta lagið á tækinu er það stig sem er með besta birtuástandið, þannig að það er búið háþrýstinatríumlömpum;Miðlagið og neðsta lagið eru með LED vaxtarljósum og lyftistillingarkerfi.Það getur sjálfkrafa stillt hæð vaxtarljóssins til að veita viðeigandi lýsingarumhverfi fyrir ræktunina.

Í samanburði við farsímaljósauppbótarbúnaðinn sem er sniðinn fyrir þrívíddarræktun, hefur Holland þróað lárétt hreyfanlegt LED vaxtarljósauppbótarljóstæki.Til að koma í veg fyrir áhrif skugga vaxtarljóssins á vöxt plantna í sólinni er hægt að ýta vaxtarljósakerfinu til beggja hliða festingarinnar í gegnum sjónauka rennibrautina í lárétta átt, þannig að sólin sé að fullu. geislað á plönturnar;á skýjuðum og rigningardögum án sólarljóss, Ýttu vaxtarljósakerfinu í miðjan krappi til að láta ljós vaxtarljósakerfisins fylla plönturnar jafnt;hreyfðu vaxtarljósakerfið lárétt í gegnum rennibrautina á festingunni, forðastu tíðar sundurtöku og fjarlægingu vaxtarljósakerfisins og draga úr vinnuafli starfsmanna og bæta þannig vinnu skilvirkni í raun.

Hönnunarhugmyndir um dæmigerð vaxtarljóskerfi
Það er ekki erfitt að sjá af hönnun farsímaljósauppbótartækisins að hönnun viðbótarljósakerfis plöntuverksmiðjunnar tekur venjulega ljósstyrk, ljósgæði og ljóstímabreytur mismunandi uppskeruvaxtartímabila sem kjarna innihald hönnunarinnar , að treysta á snjallt stjórnkerfi til að innleiða, ná endanlegu markmiði um orkusparnað og mikla ávöxtun.

Sem stendur hefur hönnun og smíði viðbótarljóss fyrir laufgrænmeti smám saman þroskast.Til dæmis er hægt að skipta laufgrænmeti í fjögur stig: ungplöntustig, miðvöxt, síðvöxt og lokastig;Ávaxta-grænmeti má skipta í ungplöntustig, gróðurvaxtastig, blómstrandi stig og uppskerustig.Út frá eiginleikum viðbótarljósstyrks ætti ljósstyrkur á ungplöntustigi að vera aðeins lægri, 60~200 μmól/(m²·s), og síðan aukast smám saman.Laufgrænmeti getur náð allt að 100~200 μmól/(m²·s) og ávaxtagrænmeti getur náð 300~500 μmól/(m²·s) til að tryggja ljósstyrksþörf ljóstillífunar plantna á hverju vaxtarskeiði og uppfylla þarfir mikil ávöxtun;Hvað ljósgæði varðar er hlutfall rauðs og blátts mjög mikilvægt.Til að auka gæði græðlinga og koma í veg fyrir óhóflegan vöxt á ungplöntustigi er hlutfall rauðs og blátts almennt stillt á lágt stig [(1~2):1] og síðan minnkað smám saman til að mæta þörfum plöntunnar ljósformgerð.Hægt er að stilla hlutfall rauðs og blátts og laufgrænmetis á (3~6):1.Fyrir ljósatímabilið, svipað og ljósstyrkurinn, ætti það að sýna tilhneigingu til að aukast með lengingu vaxtartímabilsins, þannig að laufgrænmeti hafi meiri ljóstillífunartíma fyrir ljóstillífun.Létt viðbótarhönnun ávaxta og grænmetis verður flóknari.Til viðbótar við ofangreind grundvallarlög ættum við að einbeita okkur að stillingu ljósatímabilsins á blómstrandi tímabili og stuðla að flóru og ávöxtum grænmetis, svo að það komi ekki til baka.

Þess má geta að ljósformúlan ætti að innihalda lokameðferð fyrir ljósumhverfisstillingar.Til dæmis getur stöðug ljósuppbót bætt uppskeru og gæði vatnsræktaðra laufgrænmetisgræðlinga til muna, eða notað UV-meðferð til að bæta verulega næringargæði spíra og laufgrænmetis (sérstaklega fjólublátt lauf og rautt laufsalat).

Auk þess að hámarka ljósuppbót fyrir valda ræktun hefur ljósgjafastýringarkerfi sumra gerviljósaverksmiðja einnig þróast hratt á undanförnum árum.Þetta eftirlitskerfi er almennt byggt á B/S uppbyggingu.Fjarstýring og sjálfvirk stjórnun umhverfisþátta eins og hitastigs, raka, ljóss og CO2 styrks við ræktun ræktunar fer fram í gegnum WIFI og á sama tíma er framleidd framleiðsluaðferð sem er ekki takmörkuð af ytri aðstæðum.Þessi tegund af snjöllu viðbótarljósakerfi notar LED vaxtarljós sem viðbótarljósgjafa, ásamt fjarstýrðu snjallstýringarkerfi, getur uppfyllt þarfir bylgjulengdar lýsingar plantna, hentar sérstaklega vel fyrir ljósstýrt plönturæktunarumhverfi og getur vel mætt eftirspurn á markaði .

Lokaorð
Plöntuverksmiðjur eru taldar mikilvæg leið til að leysa auðlinda-, mannfjölda- og umhverfisvanda heimsins á 21. öldinni og mikilvæg leið til að ná sjálfsbjargarviðleitni matvæla í framtíðarhátækniverkefnum.Sem ný tegund af landbúnaðarframleiðsluaðferðum eru plöntuverksmiðjur enn á náms- og vaxtarstigi og þörf er á meiri athygli og rannsóknum.Þessi grein lýsir eiginleikum og kostum algengra viðbótarlýsingaraðferða í plöntuverksmiðjum og kynnir hönnunarhugmyndir dæmigerðra viðbótarlýsingarkerfa fyrir ræktun.Það er ekki erfitt að finna með samanburði, til að takast á við litla birtu af völdum slæms veðurs eins og stöðugt skýjað og þoku og til að tryggja mikla og stöðuga framleiðslu á ræktun aðstöðu, er LED Grow ljósgjafabúnaður í mestu samræmi við núverandi þróun stefnur.

Framtíðarþróunarstefna verksmiðja ætti að einbeita sér að nýjum hánákvæmum, litlum kostnaðarskynjurum, fjarstýranlegum, stillanlegum litrófsljósabúnaðarkerfum og sérfræðistýringarkerfum.Á sama tíma munu framtíðarverksmiðjurnar halda áfram að þróast í átt að litlum tilkostnaði, greindar og sjálfsaðlagandi.Notkun og útbreiðsla LED vaxandi ljósgjafa veitir tryggingu fyrir mikilli nákvæmni umhverfisstjórnun plöntuverksmiðja.Reglugerð LED ljósumhverfis er flókið ferli sem felur í sér alhliða stjórnun á ljósgæðum, ljósstyrk og ljóstímabili.Viðeigandi sérfræðingar og fræðimenn þurfa að stunda ítarlegar rannsóknir og stuðla að LED viðbótarlýsingu í gerviljósaverksmiðjum.