Höfundur: Jing Zhao ， Zengchan Zhou ， Yunlong Bu osfrv. Heimild fjölmiðlar ： Landbúnaðarverkfræði tækni (gróðurhúsagarðrækt)

Plöntuverksmiðjan sameinar nútíma atvinnugrein, líftækni, vatnsaflsfræði og upplýsingatækni til að hrinda í framkvæmd mikilli nákvæmni stjórn á umhverfisþáttum í aðstöðunni. Það er að fullu lokað, hefur litlar kröfur um umhverfið í kring, styttir uppskerutímabil plöntunnar, sparar vatn og áburð og með kostum framleiðslu sem ekki er skordýraeitur og engin úrgangslosun er skilvirkni landnotkunarinnar 40 til 108 sinnum af því um framleiðslu á opnum vettvangi. Meðal þeirra gegna greindur gervi ljósgjafinn og ljós umhverfisreglugerð afgerandi hlutverk í framleiðslu skilvirkni þess.

Sem mikilvægur líkamlegur umhverfisþáttur gegnir Light lykilhlutverki í að stjórna vexti plantna og umbrot efnis. „Einn helsti eiginleiki plöntuverksmiðjunnar er full gervi ljósgjafinn og framkvæmd greindrar reglugerðar á ljósumhverfinu“ hefur orðið almenn samstaða í greininni.

Þörf plantna fyrir ljós

Ljós er eina orkugjafi ljóstillífunar plantna. Ljósstyrkur, ljósgæði (litróf) og reglubundnar ljósbreytingar hafa mikil áhrif á vöxt og þróun ræktunar, þar á meðal ljósstyrkur hefur mest áhrif á ljóstillífun plantna.

■ Ljósstyrkur

Styrkur ljóss getur breytt formgerð ræktunar, svo sem blómgun, lengd internode, stilkurþykkt og laufstærð og þykkt. Hægt er að skipta kröfum plantna um ljósstyrk í ljós-elskandi, miðlungs ljós-elskandi og litla ljósþolnar plöntur. Grænmeti er að mestu leyti ljóselskandi plöntur og ljósbótapunktar þeirra og ljós mettun eru tiltölulega háir. Í gervi ljósverksmiðjum eru viðeigandi kröfur ræktunar fyrir ljósstyrk mikilvægur grunnur til að velja gervi ljósgjafa. Að skilja ljóskröfur mismunandi plantna er mikilvægt til að hanna gervi ljósgjafa, það er afar nauðsynlegt að bæta framleiðsluafköst kerfisins.

■ Ljós gæði

Ljósgæði (litróf) dreifing hefur einnig mikilvæg áhrif á ljóstillífun plantna og morfogenesis (mynd 1). Ljós er hluti af geislun og geislun er rafsegulbylgja. Rafsegulbylgjur hafa bylgjueinkenni og skammta (ögn) einkenni. Skammta ljóssins er kallað ljóseind ​​í garðyrkjureitnum. Geislun með bylgjulengdarsvið 300 ~ 800nm ​​er kölluð lífeðlisfræðilega virk geislun plantna; og geislun með bylgjulengdarsvið 400 ~ 700nm er kölluð ljóstillífandi virk geislun (PAR) plantna.

Klórófyll og karóten eru tvö mikilvægustu litarefnin í ljóstillífun plantna. Mynd 2 sýnir litróf frásogs litróf hvers ljóstillífunar litarefnis, þar sem blaðgrænu frásogsrófsins er þétt í rauðu og bláu hljómsveitunum. Lýsingarkerfið er byggt á litrófsþörf ræktunar til að bæta við tilbúnar, svo að stuðla að ljóstillífun plantna.

■ Ljósmynd
Sambandið milli ljóstillífunar og ljósritunar á plöntum og daglengd (eða ljósmyndatími) er kallað ljósritun plantna. Ljósmyndunin er nátengd ljósatímunum, sem vísar til þess tíma sem uppskeran er geisluð með ljósi. Mismunandi ræktun krefst ákveðins fjölda ljóss til að klára ljósritunina til að blómstra og bera ávöxt. Samkvæmt mismunandi ljósnemum er hægt að skipta því í langan dag ræktun, svo sem hvítkál osfrv., Sem krefjast meira en 12-14 klst. Ljósstíma á ákveðnu stigi vaxtar hans; Skammtíma ræktun, svo sem laukur, sojabaunir o.s.frv., Þarf minna en 12-14 klst. Miðlungs-sólskera, svo sem gúrkur, tómatar, paprikur osfrv., Geta blómstrað og borið ávöxt undir lengri eða styttri sólarljósi.
Meðal þriggja þátta umhverfisins er ljósstyrkur mikilvægur grunnur til að velja gervi ljósgjafa. Sem stendur eru margar leiðir til að tjá ljósstyrk, aðallega með eftirfarandi þrjá.
（1） Lýsing vísar til yfirborðsþéttleika lýsandi flæðis (lýsandi flæði á hverja einingarsvæði) sem berast á upplýsta planinu, í Lux (LX).

I

（3） Ljóstillífandi árangursrík ljóseindaflæðiþéttleiki PPFD eða PPF er fjöldi ljóstillífunar árangursríkrar geislunar sem nær eða fer í gegnum einingatíma og einingasvæði, eining ： μmól/(m² · s)。 Vísar í ljós til ljósstyrks 400 ~ 700nm beint tengt ljóstillífun. Það er einnig mest notaður ljósstyrkur vísir á sviði plöntuframleiðslu.

Ljósagreining á dæmigerðu viðbótarljósakerfi
Gervi ljós viðbót er að auka ljósstyrk á markmiðssvæðinu eða lengja ljóstímann með því að setja upp viðbótarljósakerfi til að uppfylla ljós eftirspurn plantna. Almennt séð felur viðbótarljósakerfið viðbót við viðbótar ljósbúnað, hringrás og stjórnkerfi þess. Viðbótar ljósgjafar innihalda aðallega nokkrar algengar gerðir, svo sem glóandi lampar, flúrperur, málmhalíðlampar, háþrýstings natríumlampar og LED. Vegna lítillar rafmagns og sjónrænnar skilvirkni glóandi lampa, lítillar ljóstillífunar orkunýtni og annarra annmarka hefur það verið eytt af markaðnum, þannig að þessi grein gerir ekki ítarlega greiningu.

■ Flúrperur
Flúrperur tilheyra gerð lágþrýstingsgaslampa. Glerrörið er fyllt með kvikasilfursgufu eða óvirku gasi og innri veggur slöngunnar er húðuður með flúrperu. Ljós liturinn er breytilegur með flúrperuefninu húðað í slöngunni. Flúrperur hafa góða litrófsafköst, mikla lýsandi skilvirkni, lítinn kraft, lengri líf (12000 klst.) Í samanburði við glóandi lampa og tiltölulega litlum tilkostnaði. Vegna þess að flúrperan sjálft gefur frá sér minni hita getur hann verið nálægt plöntunum til lýsingar og hentar þrívíddar ræktun. Hins vegar er litróf skipulag flúrperunnar óeðlilegt. Algengasta aðferðin í heiminum er að bæta við endurskinsmerkjum til að hámarka árangursríkan ljósþátt ræktunarinnar á ræktunarsvæðinu. Japanska Adv-Agri Company hefur einnig þróað nýja tegund af viðbótar ljósgjafa HeFl. Hef tilheyrir reyndar flokknum flúrperur. Það er almenna hugtakið fyrir kalda bakskaut flúrperur (CCFL) og ytri rafskaut flúrperur (EEFL), og er blandaður rafskaut flúrperur. Hefl rörið er afar þunnt, með þvermál aðeins um það bil 4mm, og hægt er að stilla lengdina frá 450 mm til 1200 mm eftir þörfum ræktunar. Það er endurbætt útgáfa af hefðbundnum flúrperum.

■ Metal Halide lampi
Málmhalíðlampurinn er hástyrkur losunarlampa sem getur spennt mismunandi þætti til að framleiða mismunandi bylgjulengdir með því að bæta við ýmsum málmhalíðum (tinbrómíði, natríumjoðíði osfrv.) Í losunarrörinu á grundvelli háþrýstings kvikasilfurs lampa. Halógenlampar hafa mikla lýsandi skilvirkni, mikinn kraft, góðan ljós lit, langan líf og stórt litróf. Vegna þess að lýsandi skilvirkni er lægri en í háþrýstings natríumlömpum, og líftími er styttri en í háþrýstings natríumlömpum, er það nú aðeins notað í nokkrum plöntuverksmiðjum.

■ Háþrýstings natríumlampi
Háþrýstings natríumlampar tilheyra gerð háþrýstings gaslosunarlampa. Háþrýstings natríumlampi er hágæða lampi þar sem háþrýstingur natríumgufu er fylltur í losunarrörinu og litlu magni af xenon (XE) og kvikasilfurs málmhalíði er bætt við. Vegna þess að natríumlampar með háþrýstingi hafa mikla raf-sjón-umbreytingarvirkni með lægri framleiðslukostnaði, eru natríumlampar með háþrýsting nú mest notaðir við beitingu viðbótarljóss í landbúnaðaraðstöðu. Vegna galla á lítilli ljóstillífunarvirkni í litrófi þeirra hafa þeir þó galla með litla orkunýtni. Aftur á móti eru litrófsþættirnir sem gefnir eru út af háþrýstings natríumlömpum aðallega einbeittir í gul-appelsínugulri ljósbandinu, sem skortir rauðu og bláu litrófið sem er nauðsynlegt fyrir vöxt plantna.

■ Ljósdíóða
Sem ný kynslóð ljósgjafa hefur ljósdíóða (LED) marga kosti eins og hærri raf-sjón-umbreytingar skilvirkni, stillanlegt litróf og mikla ljóstillífun. LED getur sent frá sér einlita ljós sem þarf til vaxtar plantna. Í samanburði við venjulegar flúrperur og aðrar viðbótar ljósgjafar, hefur LED kosti orkusparnaðar, umhverfisverndar, langrar ævi, einlita ljóss, kalda ljósgjafa og svo framvegis. Með frekari endurbótum á raf-sjón-skilvirkni LED og lækkun kostnaðar sem stafar af umfangsáhrifum verður LED vaxandi ljósakerfi almennur búnaður til að bæta við ljós í landbúnaðaraðstöðu. Fyrir vikið hefur LED vaxandi ljósum verið beitt yfir 99,9% plöntuverksmiðjum.

Með samanburði er hægt að skilja einkenni mismunandi viðbótar ljósgjafa eins og sýnt er í töflu 1.

Farsíma lýsingartæki
Styrkur ljóss er nátengdur vexti ræktunar. Þrívíddar ræktun er oft notuð í plöntuverksmiðjum. Vegna takmarkana á uppbyggingu ræktunarrekkjanna mun ójöfn dreifing ljóss og hitastigs milli rekkanna hafa áhrif á afrakstur ræktunar og uppskerutímabilsins ekki samstillt. Fyrirtæki í Peking hefur þróað með góðum árangri handvirkt lyftuljós viðbótarbúnað (HP Til að ná þeim tilgangi að draga aftur og vinda ofan af vír reipinu. Vír reipi vaxandi ljóssins er tengt við vinda hjól lyftunnar í gegnum mörg sett af snúningshjólum, svo að ná áhrifum þess að stilla hæð vaxtarljóssins. Árið 2017 hannaði framangreint fyrirtæki og þróaði nýtt farsíma ljós viðbótarbúnað, sem getur sjálfkrafa stillt ljósuppbótarhæð í rauntíma í samræmi við vaxtarþörf uppskeru. Aðlögunartækið er nú sett upp á 3-laga ljósgjafa lyftu tegund þrívíddar ræktunarrekki. Efsta lag tækisins er stigið með besta ljósástandi, svo það er búið með háþrýstings natríumlampa; Miðlagið og botnlagið er búið LED vaxandi ljósum og lyftiaðlögunarkerfi. Það getur sjálfkrafa stillt hæð vaxtarljóssins til að veita viðeigandi lýsingarumhverfi fyrir ræktunina.

Í samanburði við farsíma ljós viðbótarbúnaðinn sem er sérsniðin að þrívíddar ræktun, hefur Holland þróað lárétt hreyfanlegt LED ræktað ljós viðbótartæki. Til að forðast áhrif skugga vaxtar ljóss á vöxt plantna í sólinni er hægt að ýta ræktunarkerfinu til beggja hliða krappsins í gegnum sjónauka rennibrautina í lárétta átt, svo að sólin sé að fullu að fullu geislað á plöntunum; Á skýjaða og rigningardögum án sólarljóss skaltu ýta ljósakerfinu að miðju krappinu til að gera ljósið á ræktunarkerfinu jafnt að fylla plönturnar jafnt; Færðu vaxandi ljósakerfið lárétt í gegnum rennibrautina á krappinu, forðastu tíð í sundur og fjarlægja vaxandi ljósakerfið og draga úr vinnuaflsstyrk starfsmanna og bæta þannig skilvirkni vinnu.

Hönnunarhugmyndir um dæmigert vaxandi ljósakerfi
Það er ekki erfitt að sjá af hönnun farsíma lýsingarbúnaðarins að hönnun viðbótar lýsingarkerfis plöntuverksmiðjunnar tekur venjulega ljósstyrk, ljósgæði og ljósritunarstærðir mismunandi uppskerutímabils sem kjarnainnihald hönnunarinnar , að treysta á greindur stjórnkerfið til að hrinda í framkvæmd, ná endanlegu markmiði orkusparnaðar og háu ávöxtunar.

Sem stendur hefur hönnun og smíði viðbótarljóss fyrir laufgrænmeti smám saman þroskast. Til dæmis er hægt að skipta laufgrænmeti í fjögur stig: ungplöntustig, miðja vexti, seint vexti og lokastig; Skipta má ávaxta-grænmeti í ungplöntustig, gróður vaxtarstig, blómstrandi stig og uppskerustig. Frá eiginleikum viðbótar ljósstyrks ætti ljósstyrkur í ungplöntum að vera aðeins lægri, við 60 ~ 200 μmól/(m² · s) og aukast síðan smám saman. Laufgrænt grænmeti getur náð allt að 100 ~ 200 μmól/(m² · s) og ávaxta grænmeti getur náð 300 ~ 500 μmól/(m² · s) til að tryggja ljósstyrkkröfur ljóstillífunar plantna á hverju vaxtartímabili og uppfylla þarfir þess mikil ávöxtun; Hvað varðar ljósgæði er hlutfall rauðra til bláu mjög mikilvægt. Til að auka gæði plöntur og koma í veg fyrir óhóflegan vöxt á ungplöntustiginu er hlutfall rautt og blátt almennt stillt á lágu stigi [(1 ~ 2): 1] og síðan smám saman minnkað til að mæta þörfum plantna Ljós formgerð. Hægt er að stilla hlutfall rautt til blátt og laufgrænmetis á (3 ~ 6): 1. Fyrir ljósritunina, svipað og ljósstyrkur, ætti það að sýna þróun að aukast með framlengingu vaxtartímabilsins, þannig að laufgrænmeti hefur meiri ljóstillífunartíma fyrir ljóstillífun. Ljósuppbótarhönnun ávaxta og grænmetis verður flóknari. Til viðbótar við ofangreind grunnlög, ættum við að einbeita okkur að því að setja ljósritunina á blómstrandi tímabili og stuðla að blómgun og ávaxtar á grænmeti, svo að ekki verði komið aftur.

Þess má geta að ljósformúlan ætti að innihalda lokameðferð fyrir ljósum umhverfisstillingum. Sem dæmi má nefna að stöðug ljósuppbót getur bætt ávöxtun og gæði vatnsfrumna gróðurplöntur til muna, eða notað UV -meðferð til að bæta spírur og laufgrænmeti verulega (sérstaklega fjólublátt lauf og rauð laufsalat) næringargæði.

Auk þess að hámarka ljósuppbót fyrir valna ræktun hefur ljósgjafakerfi sumra gervi plöntuverksmiðja einnig þróast hratt á undanförnum árum. Þetta stjórnkerfi er almennt byggt á B/S uppbyggingu. Fjarstýring og sjálfvirk stjórnun á umhverfisþáttum eins og hitastigi, rakastigi, ljósi og CO2 styrkur við vöxt ræktunar verður að veruleika með WiFi og á sama tíma er framleiðsluaðferð sem er ekki takmörkuð við ytri aðstæður að veruleika. Þessi tegund af greindri viðbótarljósakerfi notar LED Grow Light Fixtur .

Loka athugasemdum
Plöntuverksmiðjur eru taldar vera mikilvæg leið til að leysa heimsheimilis, íbúa og umhverfisvandamál á 21. öldinni og mikilvæg leið til að ná fram sjálfbærni matvæla í framtíðar hátækniverkefnum. Sem ný tegund af landbúnaðarframleiðsluaðferð eru plöntuverksmiðjur enn á náms- og vaxtarstigi og þörf er á meiri athygli og rannsóknum. Þessi grein lýsir einkennum og kostum algengra viðbótar lýsingaraðferða í plöntuverksmiðjum og kynnir hönnunarhugmyndir dæmigerðra uppskeru viðbótar lýsingarkerfa. Það er ekki erfitt að finna með samanburði, til þess að takast á við lítið ljós af völdum alvarlegs veðurs eins og stöðugs skýjaðs og hass og til að tryggja mikla og stöðuga framleiðslu á ræktun aðstöðu, LED ræktunarbúnaður er mest í takt við núverandi þróun þróun.

Framtíðarþróunarstefna plöntuverksmiðja ætti að einbeita sér að nýjum háum nákvæmni, lágmarkskostnaðarskynjara, lítillega stjórnanlegum, stillanlegum litrófslýsingarbúnaði og stjórnkerfi sérfræðinga. Á sama tíma munu framtíðarverksmiðjurnar halda áfram að þróast í átt að litlum tilkostnaði, greindum og aðlögunarhæfum. Notkun og vinsæld LED vaxa ljósgjafa veitir ábyrgð fyrir mikla umhverfisstjórnun plöntuverksmiðja. LED ljós umhverfisreglugerð er flókið ferli sem felur í sér víðtæka stjórnun ljósgæða, ljósstyrk og ljósritun. Viðeigandi sérfræðingar og fræðimenn þurfa að stunda ítarlegar rannsóknir og stuðla að LED viðbótarlýsingu í gervi ljósverksmiðjum.