Pengarang: Jing Zhao, Zengchan Zhou, Yunlong Bu, lsp. Sumber Media: Teknologi Teknik Pertanian (Hortikultura Rumah Kaca)

Pabrik tanduran nggabungake industri modern, bioteknologi, hidroponik nutrisi lan teknologi informasi kanggo ngetrapake kontrol faktor lingkungan kanthi presisi dhuwur ing fasilitas kasebut. Ditutup kanthi lengkap, nduweni syarat sing kurang ing lingkungan sekitar, nyepetake wektu panen tanduran, ngirit banyu lan pupuk, lan kanthi kaluwihan produksi non-pestisida lan ora ana sampah, efisiensi panggunaan lahan unit 40 nganti 108 kali. produksi lapangan terbuka. Antarane wong-wong mau, sumber cahya buatan sing cerdas lan regulasi lingkungan cahya nduweni peran penting ing efisiensi produksi.

Minangka faktor lingkungan fisik sing penting, cahya nduweni peran penting kanggo ngatur pertumbuhan tanduran lan metabolisme materi. "Salah sawijining fitur utama pabrik tanduran yaiku sumber cahya buatan sing lengkap lan realisasi regulasi cerdas lingkungan cahya" wis dadi konsensus umum ing industri.

Kebutuhan tanduran kanggo cahya

Cahya minangka sumber energi mung kanggo fotosintesis tanduran. Intensitas cahya, kualitas cahya (spektrum) lan owah-owahan cahya kanthi periodik duweni pengaruh gedhe marang pertumbuhan lan perkembangan tetuwuhan, ing antarane intensitas cahya duweni pengaruh paling gedhe marang fotosintesis tanduran.

■ Intensitas cahya

Intensitas cahya bisa ngowahi morfologi tanduran, kayata ngembang, dawa internode, kekandelan batang, lan ukuran lan kekandelan godhong. Keperluan tanduran kanggo intensitas cahya bisa dipérang dadi tanduran sing seneng cahya, medium-cahya, lan kurang cahya. Sayuran biasane tanduran sing seneng cahya, lan titik kompensasi cahya lan titik jenuh cahya relatif dhuwur. Ing pabrik tanduran cahya buatan, syarat-syarat panen sing cocog kanggo intensitas cahya minangka dhasar penting kanggo milih sumber cahya buatan. Ngerti syarat cahya saka macem-macem tetanduran penting kanggo ngrancang sumber cahya gawean, Iku arang banget perlu kanggo nambah kinerja produksi sistem.

■ Kualitas cahya

Distribusi kualitas cahya (spektral) uga nduweni pengaruh penting marang fotosintesis lan morfogenesis tanduran (Gambar 1). Cahya minangka bagéan saka radiasi, lan radiasi minangka gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik nduweni karakteristik gelombang lan karakteristik kuantum (partikel). Kuantum cahya diarani foton ing bidang hortikultura. Radiasi karo sawetara dawa gelombang 300 ~ 800nm ​​diarani physiologically aktif radiation tetanduran; lan radiasi karo sawetara dawa gelombang 400 ~ 700nm diarani photosynthetically active radiation (PAR) saka tetanduran.

Klorofil lan karoten minangka rong pigmen sing paling penting ing fotosintesis tanduran. Gambar 2 nuduhake spektrum panyerepan spektral saben pigmen fotosintetik, ing ngendi spektrum panyerepan klorofil dikonsentrasi ing pita abang lan biru. Sistem pencahayaan adhedhasar kabutuhan spektral tanduran kanggo nambah cahya kanthi artifisial, supaya bisa ningkatake fotosintesis tanduran.

■ fotoperiode
Hubungan antara fotosintesis lan fotomorfogenesis tetanduran lan dawa dina (utawa wektu fotoperiode) diarani fotoperioditas tetanduran. Fotoperioditas raket banget karo jam cahya, sing nuduhake wektu panen dipancarake cahya. Tanduran sing beda-beda mbutuhake sawetara jam cahya kanggo ngrampungake fotoperiode kanggo mekar lan ngasilake woh. Miturut photoperiods beda, bisa dipérang dadi crops long-dina, kayata Gobis, etc., kang mbutuhake luwih saka 12-14h jam cahya ing tataran tartamtu saka sawijining wutah; crops short-dina, kayata bawang, soybeans, etc., mbutuhake kurang saka 12-14h Jam Iluminasi; crops medium-srengenge, kayata cucumbers, tomat, mrico, etc., bisa mekar lan metokake woh ing cahya srengenge dawa utawa cendhak.
Ing antarane telung unsur lingkungan, intensitas cahya minangka basis penting kanggo milih sumber cahya buatan. Saiki, ana akeh cara kanggo nyebut intensitas cahya, utamane kalebu telu ing ngisor iki.
（1）Katerangan nuduhake Kapadhetan lumahing fluks padhang (fluks cahya saben area area) ditampa ing bidang murup, ing lux (lx).

(2) Radiasi aktif fotosintetik, PAR, Unit: W/m².

（3） Kapadhetan fluks foton sing efektif kanthi fotosintesis PPFD utawa PPF yaiku jumlah radiasi efektif fotosintesis sing tekan utawa ngliwati unit wektu lan area unit, unit: μmol/(m²·s). langsung ana hubungane karo fotosintesis. Iki uga minangka indikator intensitas cahya sing paling umum digunakake ing lapangan produksi tanduran.

Analisis sumber cahya saka sistem cahya tambahan khas
Suplemen cahya buatan yaiku nambah intensitas cahya ing area target utawa ngluwihi wektu cahya kanthi nginstal sistem lampu tambahan kanggo nepaki panjaluk cahya saka tanduran. Umumé, sistem lampu tambahan kalebu peralatan cahya tambahan, sirkuit lan sistem kontrol. Sumber cahya tambahan utamane kalebu sawetara jinis umum kayata lampu pijar, lampu neon, lampu halida logam, lampu sodium tekanan dhuwur lan LED. Amarga efisiensi listrik lan optik lampu pijar sing kurang, efisiensi energi fotosintetik sing kurang lan kekurangan liyane, wis diilangi dening pasar, mula artikel iki ora nggawe analisis sing rinci.

■ Lampu neon
Lampu neon kalebu jinis lampu discharge gas tekanan rendah. Tabung kaca diisi uap merkuri utawa gas inert, lan tembok njero tabung dilapisi bubuk neon. Werna cahya beda-beda karo materi neon sing dilapisi ing tabung. Lampu neon nduweni kinerja spektral sing apik, efisiensi cahya sing dhuwur, daya sing sithik, umur sing luwih dawa (12000h) dibandhingake karo lampu pijar, lan biaya sing relatif murah. Amarga lampu neon dhewe ngetokake kurang panas, bisa cedhak karo tanduran kanggo cahya lan cocok kanggo budidaya telung dimensi. Nanging, tata letak spektral lampu neon ora wajar. Cara sing paling umum ing donya yaiku nambahake reflektor kanggo nggedhekake komponen sumber cahya sing efektif saka tanduran ing wilayah budidaya. Perusahaan adv-agri Jepang uga wis ngembangake jinis anyar sumber cahya tambahan HEFL. HEFL sejatine kalebu ing kategori lampu neon. Iki minangka istilah umum kanggo lampu fluoresen katoda kadhemen (CCFL) lan lampu neon elektroda eksternal (EEFL), lan minangka lampu fluoresen elektroda campuran. Tabung HEFL banget tipis, kanthi diameter mung kira-kira 4mm, lan dawane bisa diatur saka 450mm nganti 1200mm miturut kabutuhan budidaya. Iki minangka versi apik saka lampu neon konvensional.

■ Lampu halida logam
Lampu halida logam minangka lampu discharge intensitas dhuwur sing bisa narik unsur-unsur sing beda kanggo ngasilake dawa gelombang sing beda-beda kanthi nambahake macem-macem halida logam (timah bromida, natrium iodida, lan liya-liyane) ing tabung discharge kanthi basis lampu merkuri tekanan tinggi. Lampu halogen duwe efisiensi cahya sing dhuwur, daya dhuwur, warna cahya sing apik, umur dawa, lan spektrum gedhe. Nanging, amarga efisiensi luminous luwih murah tinimbang lampu sodium tekanan dhuwur, lan umure luwih cendhek tinimbang lampu sodium tekanan dhuwur, saiki mung digunakake ing sawetara pabrik tanduran.

■ Lampu sodium tekanan dhuwur
Lampu sodium tekanan dhuwur kalebu jinis lampu discharge gas tekanan dhuwur. Lampu sodium tekanan dhuwur minangka lampu efisiensi dhuwur ing tabung discharge kanthi uap natrium tekanan tinggi, lan ditambahake jumlah xenon (Xe) lan halida logam merkuri sing cilik. Amarga lampu sodium tekanan dhuwur duwe efisiensi konversi elektro-optik kanthi biaya manufaktur sing luwih murah, lampu sodium tekanan dhuwur saiki paling akeh digunakake ing aplikasi cahya tambahan ing fasilitas pertanian. Nanging, amarga kekurangan efisiensi fotosintesis sing kurang ing spektrum, dheweke duwe kekurangan efisiensi energi sing sithik. Ing sisih liya, komponen spektral sing dipancarake dening lampu sodium tekanan dhuwur utamane dikonsentrasi ing pita cahya kuning-oranye, sing ora duwe spektrum abang lan biru sing dibutuhake kanggo tuwuh tanduran.

■ Light emitting diode
Minangka sumber cahya generasi anyar, dioda pemancar cahya (LED) nduweni akeh kaluwihan kayata efisiensi konversi elektro-optik sing luwih dhuwur, spektrum sing bisa diatur, lan efisiensi fotosintesis sing dhuwur. LED bisa ngetokake cahya monokromatik sing dibutuhake kanggo tuwuh tanduran. Dibandhingake karo lampu neon biasa lan sumber cahya tambahan liyane, LED nduweni kaluwihan hemat energi, perlindungan lingkungan, umur dawa, cahya monokromatik, sumber cahya kadhemen lan liya-liyane. Kanthi nambah efisiensi elektro-optik LED lan nyuda biaya sing disebabake efek skala, sistem pencahayaan LED bakal dadi peralatan utama kanggo nambah cahya ing fasilitas pertanian. Akibaté, LED tuwuh lampu wis Applied liwat 99.9% pabrik tanduran.

Liwat perbandingan, karakteristik sumber cahya tambahan sing beda bisa dingerteni kanthi jelas, kaya sing ditampilake ing Tabel 1.

Piranti cahya seluler
Intensitas cahya raket banget karo tuwuhing tanduran. Budidaya telung dimensi asring digunakake ing pabrik tanduran. Nanging, amarga watesan struktur rak budidaya, distribusi cahya lan suhu sing ora rata ing antarane rak bakal mengaruhi asil panen lan wektu panen ora bakal disinkronake. Sawijining perusahaan ing Beijing wis kasil ngembangake piranti tambahan cahya ngangkat manual (perlengkapan lampu HPS lan perlengkapan lampu LED tuwuh) ing taun 2010. Prinsip kasebut yaiku kanggo muter poros drive lan winder sing dipasang kanthi goyangake gagang kanggo muter gulungan film cilik. kanggo entuk tujuan retracting lan unwinding tali kawat. Tali kabel saka cahya tuwuh disambungake karo rodha nduwurke tumpukan saka elevator liwat macem-macem set gembong reversing, supaya minangka kanggo entuk efek nyetel dhuwur cahya tuwuh. Ing 2017, perusahaan sing kasebut ing ndhuwur ngrancang lan ngembangake piranti tambahan cahya seluler anyar, sing bisa kanthi otomatis nyetel dhuwur tambahan cahya ing wektu nyata miturut kabutuhan wutah potong. Piranti panyesuaian saiki wis dipasang ing rak budidaya telung dimensi sumber cahya 3-lapisan. Lapisan ndhuwur piranti yaiku tingkat kanthi kondisi cahya sing paling apik, saengga dilengkapi lampu sodium tekanan dhuwur; lapisan tengah lan lapisan ngisor dilengkapi lampu tuwuh LED lan sistem imbuhan ngangkat. Bisa kanthi otomatis nyetel dhuwur saka cahya tuwuh kanggo nyedhiyani lingkungan cahya cocok kanggo crops.

Dibandhingake karo piranti tambahan cahya seluler sing dirancang kanggo budidaya telung dimensi, Walanda wis ngembangake piranti lampu tambahan cahya LED sing bisa dipindhah kanthi horisontal. Kanggo ngindhari pengaruh bayangan saka cahya tuwuh ing wutah tanduran ing srengenge, sistem cahya tuwuh bisa di-push loro-lorone saka krenjang liwat Muter teleskopik ing arah horisontal, supaya srengenge kebak. disinari ing tetanduran; ing dina mendhung lan udan tanpa suryo srengenge, Push sistem cahya tuwuh menyang tengah krenjang kanggo nggawe cahya saka sistem cahya tuwuh roto-roto ngisi tetanduran; mindhah sistem cahya tuwuh horisontal liwat geser ing krenjang, supaya Kerep disassembly lan aman saka sistem cahya tuwuh, lan nyuda kakiyatan pegawe karyawan, mangkono èfèktif nambah efficiency karya.

Gagasan desain sistem cahya tuwuh khas
Ora angel dideleng saka desain piranti tambahan cahya seluler manawa desain sistem lampu tambahan pabrik pabrik biasane njupuk intensitas cahya, kualitas cahya lan paramèter photoperiod saka macem-macem periode wutah potong minangka isi inti saka desain. , gumantung ing sistem kontrol cerdas kanggo ngleksanakake, nampa goal pokok saka hemat energi lan dhuwur ngasilaken.

Saiki, desain lan konstruksi lampu tambahan kanggo sayuran godhong saya suwe saya suwe. Contone, sayuran berdaun bisa dipérang dadi patang tahap: tahap seedling, mid-growth, late-growth, lan pungkasan; woh-sayuran bisa dipérang dadi tataran seedling, tataran wutah vegetatif, tataran ngembang, lan tataran panen. Saka atribut intensitas cahya tambahan, intensitas cahya ing tataran seedling kudu rada ngisor, ing 60 ~ 200 μmol/(m²·s), lan banjur mundhak mboko sithik. Sayuran godhong bisa nganti 100 ~ 200 μmol / (m²· s), lan sayuran woh bisa tekan 300 ~ 500 μmol / (m²· s) kanggo mesthekake syarat intensitas cahya saka fotosintesis tanduran ing saben periode wutah lan nyukupi kabutuhan. ngasilaken dhuwur; Ing babagan kualitas cahya, rasio abang lan biru penting banget. Kanggo nambah kualitas tunas lan nyegah wutah gedhe banget ing tataran seedling, rasio abang kanggo biru umume disetel ing tingkat kurang [(1~2): 1], lan banjur mboko sithik suda kanggo nyukupi kabutuhan tanduran. morfologi cahya. Rasio abang nganti biru kanggo sayuran godhong bisa disetel dadi (3~6):1. Kanggo fotoperiode, padha karo intensitas cahya, kudu nuduhake tren nambah kanthi perpanjangan periode pertumbuhan, supaya sayuran godhong duwe wektu fotosintesis luwih akeh kanggo fotosintesis. Desain suplemen cahya saka woh-wohan lan sayuran bakal luwih rumit. Saliyane hukum dhasar sing kasebut ing ndhuwur, kita kudu fokus ing setelan photoperiod sajrone periode ngembang, lan ngembang lan fruiting sayuran kudu dipromosekake, supaya ora dadi backfire.

Perlu dicathet yen rumus cahya kudu kalebu perawatan pungkasan kanggo setelan lingkungan cahya. Contone, suplemen cahya sing terus-terusan bisa ningkatake asil lan kualitas tunas sayuran godhong hidroponik, utawa nggunakake perawatan UV kanggo ningkatake kualitas nutrisi tunas lan sayuran berdaun (utamane Godhong ungu lan lettuce godhong abang).

Saliyane ngoptimalake suplemen cahya kanggo panen sing dipilih, sistem kontrol sumber cahya saka sawetara pabrik tanduran cahya buatan uga berkembang kanthi cepet ing taun-taun pungkasan. Sistem kontrol iki umume adhedhasar struktur B / S. Kontrol remot lan kontrol otomatis faktor lingkungan kayata suhu, asor, cahya, lan konsentrasi CO2 sajrone tuwuhing panen diwujudake liwat WIFI, lan ing wektu sing padha, cara produksi sing ora diwatesi dening kondisi eksternal diwujudake. Sistem cahya tambahan cerdas iki nggunakake lampu LED tuwuh minangka sumber cahya tambahan, digabungake karo sistem kontrol cerdas sing adoh, bisa nyukupi kabutuhan katerangan dawa gelombang tanduran, utamane cocok kanggo lingkungan budidaya tanduran sing dikontrol cahya, lan bisa nyukupi kebutuhan pasar. .

Panutup pangandikan
Pabrik tanduran dianggep minangka cara sing penting kanggo ngatasi masalah sumber daya, populasi lan lingkungan ing abad kaping 21, lan cara penting kanggo nggayuh swasembada pangan ing proyek teknologi dhuwur ing mangsa ngarep. Minangka jinis anyar saka cara produksi tetanèn, pabrik tanduran isih ing tataran learning lan wutah, lan liyane manungsa waé lan riset dibutuhake. Artikel iki njlèntrèhaké ciri lan kaluwihan saka cara cahya tambahan umum ing pabrik tanduran, lan ngenalake gagasan desain sistem cahya tambahan potong khas. Iku ora angel kanggo nemokake liwat comparison, kanggo ngrampungake karo cahya kurang disebabake cuaca abot kayata mendhung terus-terusan lan kabut lan kanggo mesthekake dhuwur lan stabil produksi fasilitas crops, LED Grow peralatan sumber cahya paling selaras karo pembangunan saiki. tren.

Arah pangembangan pabrik-pabrik pabrik ing mangsa ngarep kudu fokus ing sensor anyar kanthi tliti dhuwur, murah, bisa dikontrol kanthi jarak jauh, sistem piranti lampu spektrum sing bisa diatur lan sistem kontrol pakar. Ing wektu sing padha, pabrik-pabrik tanduran ing mangsa ngarep bakal terus berkembang menyang biaya sing murah, cerdas, lan adaptif. Panggunaan lan popularisasi sumber cahya tuwuh LED nyedhiyakake jaminan kanggo kontrol lingkungan kanthi tliti dhuwur ing pabrik tanduran. Regulasi lingkungan cahya LED minangka proses rumit sing nglibatake regulasi lengkap babagan kualitas cahya, intensitas cahya, lan fotoperiode. Pakar lan sarjana sing relevan kudu nganakake riset sing jero, promosi lampu tambahan LED ing pabrik pabrik lampu buatan.