Pangripta: Jing Zhao, Zengchan Zhou, Yunlong Bu, lan liya-liyane. Sumber Media: Teknologi Teknik Pertanian (hortikultura omah kaca)

Pabrik iki nggabungake industri modern, bioteknologi, hidroponik nutrisi, lan teknologi informasi kanggo ngetrapake kontrol faktor lingkungan kanthi presisi dhuwur ing fasilitas kasebut. Pabrik iki ditutup kanthi lengkap, nduweni syarat lingkungan sekitar sing sithik, nyepetake wektu panen tanduran, ngirit banyu lan pupuk, lan kanthi kaluwihan produksi non-pestisida lan ora ana pembuangan limbah, efisiensi panggunaan lahan unit yaiku 40 nganti 108 kali lipat saka produksi lapangan terbuka. Antarane, sumber cahya buatan sing cerdas lan pengaturan 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 yaiku sumber cahya buatan sing lengkap lan realisasi pengaturan cerdas lingkungan cahya" wis dadi konsensus umum ing industri kasebut.

Kebutuhan tanduran kanggo cahya

Cahya minangka siji-sijine sumber energi fotosintesis tanduran. Intensitas cahya, kualitas cahya (spektrum) lan owah-owahan cahya sacara periodik nduweni pengaruh sing gedhe marang pertumbuhan lan perkembangan tanduran, ing antarane intensitas cahya nduweni pengaruh paling gedhe marang fotosintesis tanduran.

■ Intensitas cahya

Intensitas cahya bisa ngowahi morfologi tanduran, kayata kembang, dawa ruas, kekandelan batang, lan ukuran lan kekandelan godhong. Syarat tanduran kanggo intensitas cahya bisa dipérang dadi tanduran sing seneng cahya, seneng cahya sedheng, lan toleran cahya kurang. Sayuran umume minangka tanduran sing seneng cahya, lan titik kompensasi cahya lan titik saturasi cahya relatif dhuwur. Ing pabrik pabrik cahya buatan, syarat tanduran sing relevan kanggo intensitas cahya minangka dhasar penting kanggo milih sumber cahya buatan. Ngerteni syarat cahya saka macem-macem tanduran penting kanggo ngrancang sumber cahya buatan, Penting banget kanggo ningkatake kinerja produksi sistem kasebut.

■ Kualitas cahya

Distribusi kualitas cahya (spektral) uga nduweni pengaruh penting marang fotosintesis lan morfogenesis tanduran (Gambar 1). Cahya minangka bagean saka radiasi, lan radiasi minangka gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik nduweni karakteristik gelombang lan karakteristik kuantum (partikel). Kuantum cahya diarani foton ing bidang hortikultura. Radiasi kanthi rentang dawa gelombang 300 ~ 800 nm diarani radiasi aktif fisiologis tanduran; lan radiasi kanthi rentang dawa gelombang 400 ~ 700 nm diarani radiasi aktif fotosintetik (PAR) tanduran.

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

■ fotoperiode
Hubungan antarane fotosintesis lan fotomorfogenesis tanduran lan dawane dina (utawa wektu fotoperiodisitas) diarani fotoperioditas tanduran. Fotoperioditas raket banget karo jam cahya, sing nuduhake wektu tanduran disinari cahya. Tanduran sing beda-beda mbutuhake sawetara jam cahya kanggo ngrampungake fotoperioditas supaya bisa mekar lan ngasilake woh. Miturut fotoperioditas sing beda-beda, bisa dipérang dadi tanduran sing duwe dina dawa, kayata kubis, lan liya-liyane, sing mbutuhake luwih saka 12-14 jam cahya ing tahap tartamtu saka pertumbuhane; tanduran sing duwe dina cendhak, kayata bawang, kedele, lan liya-liyane, mbutuhake kurang saka 12-14 jam cahya; tanduran sing duwe srengéngé sedheng, kayata timun, tomat, mrico, lan liya-liyane, bisa mekar lan ngasilake woh ing sangisore sinar srengéngé sing luwih dawa utawa luwih cendhek.
Saka telung unsur lingkungan, intensitas cahya minangka dhasar penting kanggo milih sumber cahya buatan. Saiki, ana akeh cara kanggo ngungkapake intensitas cahya, utamane kalebu telu ing ngisor iki.
(1) Iluminasi nuduhake kapadhetan permukaan fluks cahya (fluks cahya saben unit area) sing ditampa ing bidang sing disinari, ing lux (lx).

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

（3）Kapadhetan fluks foton efektif fotosintesis PPFD utawa PPF yaiku jumlah radiasi efektif fotosintesis sing tekan utawa ngliwati unit wektu lan unit area, unit：μmol/(m²·s)。Umumé nuduhake intensitas cahya 400~700nm sing ana gandhengane langsung karo fotosintesis. Iki uga minangka indikator intensitas cahya sing paling umum digunakake ing babagan produksi tanduran.

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

■ Lampu neon
Lampu neon kalebu jinis lampu pelepasan gas tekanan rendah. Tabung kaca diisi uap merkuri utawa gas inert, lan tembok njero tabung dilapisi bubuk neon. Werna cahya beda-beda gumantung saka bahan neon sing dilapisi ing tabung kasebut. Lampu neon nduweni kinerja spektrum sing apik, efisiensi cahya sing dhuwur, daya sing sithik, umur sing luwih dawa (12000 jam) dibandhingake karo lampu pijar, lan biaya sing relatif murah. Amarga lampu neon dhewe ngetokake panas sing luwih sithik, bisa cedhak karo tanduran kanggo madhangi lan cocok kanggo budidaya telung dimensi. Nanging, tata letak spektrum lampu neon ora masuk akal. Cara sing paling umum ing donya yaiku nambah reflektor kanggo ngoptimalake 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 kategori lampu neon. Iki minangka istilah umum kanggo lampu neon katoda adhem (CCFL) lan lampu neon elektroda eksternal (EEFL), lan minangka lampu neon elektroda campuran. Tabung HEFL iki tipis banget, diametere mung kira-kira 4mm, lan dawane bisa diatur saka 450mm nganti 1200mm miturut kabutuhan budidaya. Iki minangka versi sing luwih apik saka lampu fluoresen konvensional.

■ Lampu halida logam
Lampu halida logam iku lampu debit intensitas dhuwur sing bisa ngrangsang 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 debit adhedhasar lampu merkuri tekanan dhuwur. Lampu halogen nduweni efisiensi cahya sing dhuwur, daya dhuwur, warna cahya sing apik, umur dawa, lan spektrum sing gedhe. Nanging, amarga efisiensi cahya luwih murah tinimbang lampu natrium tekanan dhuwur, lan umure luwih cendhek tinimbang lampu natrium tekanan dhuwur, saiki mung digunakake ing sawetara pabrik.

■ Lampu natrium tekanan dhuwur
Lampu natrium tekanan tinggi kalebu jinis lampu pelepasan gas tekanan tinggi. Lampu natrium tekanan tinggi yaiku lampu efisiensi tinggi ing ngendi uap natrium tekanan tinggi diisi ing tabung pelepasan, lan sithik xenon (Xe) lan halida logam merkuri ditambahake. Amarga lampu natrium tekanan tinggi duwe efisiensi konversi elektro-optik sing dhuwur kanthi biaya manufaktur sing luwih murah, lampu natrium tekanan tinggi 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 kurang. Ing sisih liya, komponen spektrum sing dipancarake dening lampu natrium tekanan tinggi utamane dikonsentrasi ing pita cahya kuning-oranye, sing ora duwe spektrum abang lan biru sing dibutuhake kanggo pertumbuhan tanduran.

■ Dioda pemancar cahya
Minangka generasi anyar sumber cahya, 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 pertumbuhan tanduran. Dibandhingake karo lampu fluoresen biasa lan sumber cahya tambahan liyane, LED nduweni kaluwihan ngirit energi, perlindungan lingkungan, umur dawa, cahya monokromatik, sumber cahya adhem lan liya-liyane. Kanthi peningkatan efisiensi elektro-optik LED lan pangurangan biaya sing disebabake dening efek skala, sistem lampu pertumbuhan LED bakal dadi peralatan utama kanggo nambah cahya ing fasilitas pertanian. Akibate, lampu pertumbuhan LED wis ditrapake ing 99,9% pabrik.

Liwat perbandingan, karakteristik saka macem-macem sumber cahya tambahan bisa dingerteni kanthi jelas, kaya sing dituduhake ing Tabel 1.

Piranti cahya seluler
Intensitas cahya raket banget karo tuwuhing tanduran. Budidaya telung dimensi asring digunakake ing pabrik-pabrik tanduran. Nanging, amarga watesan struktur rak budidaya, distribusi cahya lan suhu sing ora rata antarane rak bakal mengaruhi asil panen lan periode panen ora bakal sinkron. Perusahaan ing Beijing wis sukses ngembangake piranti suplemen lampu pengangkat manual (lampu HPS lan lampu tanam LED) ing taun 2010. Prinsipe yaiku muter poros penggerak lan penggulung sing dipasang kanthi ngobahake gagang kanggo muter gulungan film cilik kanggo entuk tujuan narik lan ngeculake tali kawat. Tali kawat lampu tanam disambungake karo roda penggulung lift liwat pirang-pirang set roda mundur, supaya entuk efek nyetel dhuwur lampu tanam. Ing taun 2017, perusahaan sing kasebut ing ndhuwur ngrancang lan ngembangake piranti suplemen lampu seluler anyar, sing bisa kanthi otomatis nyetel dhuwur suplemen lampu kanthi wektu nyata miturut kabutuhan tuwuhing tanduran. Piranti penyesuaian saiki dipasang ing rak budidaya telung dimensi jinis pengangkat sumber cahya 3-lapisan. Lapisan ndhuwur piranti iki nduweni tingkat kanthi kondisi cahya paling apik, mula dilengkapi lampu natrium tekanan tinggi; lapisan tengah lan lapisan ngisor dilengkapi lampu tanam LED lan sistem pangaturan pengangkatan. Piranti iki bisa kanthi otomatis nyetel dhuwur lampu tanam kanggo nyedhiyakake lingkungan cahya sing cocog kanggo tanduran.

Dibandhingake karo piranti suplemen lampu seluler sing dirancang kanggo budidaya telung dimensi, Walanda wis ngembangake piranti suplemen lampu tuwuh LED sing bisa dipindhah kanthi horisontal. Kanggo nyegah pengaruh bayangan lampu tuwuh marang tuwuhing tanduran ing srengenge, sistem lampu tuwuh bisa didorong menyang loro-lorone braket liwat slide teleskopik ing arah horisontal, supaya srengenge bisa disinari kanthi lengkap ing tanduran; ing dina mendhung lan udan tanpa srengenge, Dorong sistem lampu tuwuh menyang tengah braket supaya cahya sistem lampu tuwuh rata-rata ngisi tanduran; mindhah sistem lampu tuwuh kanthi horisontal liwat slide ing braket, supaya ora kerep dibongkar lan dicopot sistem lampu tuwuh, lan nyuda intensitas tenaga kerja karyawan, saengga bisa ningkatake efisiensi kerja kanthi efektif.

Ide desain sistem lampu tuwuh khas
Saka desain piranti tambahan lampu seluler, ora angel dideleng manawa desain sistem lampu tambahan pabrik biasane njupuk intensitas cahya, kualitas cahya, lan parameter fotoperiode saka periode pertumbuhan tanduran sing beda-beda minangka inti saka desain kasebut, ngandelake sistem kontrol cerdas kanggo dileksanakake, kanggo nggayuh tujuan utama yaiku ngirit energi lan ngasilake panen sing dhuwur.

Saiki, desain lan konstruksi cahya tambahan kanggo sayuran godhong wis saya mateng. Contone, sayuran godhong bisa dipérang dadi patang tahap: tahap tunas, pertumbuhan tengah, pertumbuhan pungkasan, lan tahap pungkasan; sayuran woh-wohan bisa dipérang dadi tahap tunas, tahap pertumbuhan vegetatif, tahap kembang, lan tahap panen. Saka atribut intensitas cahya tambahan, intensitas cahya ing tahap tunas kudu rada luwih murah, yaiku 60 ~ 200 μmol / (m²·s), banjur saya tambah. Sayuran godhong bisa tekan nganti 100 ~ 200 μmol / (m²·s), lan sayuran woh-wohan bisa tekan 300 ~ 500 μmol / (m²·s) kanggo njamin syarat intensitas cahya fotosintesis tanduran ing saben periode pertumbuhan lan nyukupi kabutuhan asil sing dhuwur; Babagan kualitas cahya, rasio abang nganti biru penting banget. Kanggo nambah kualitas tunas lan nyegah pertumbuhan sing berlebihan ing tahap tunas, rasio abang nganti biru umume disetel ing tingkat sing endhek [(1 ~ 2): 1], banjur saya suda kanggo nyukupi kabutuhan morfologi cahya tanduran. Rasio abang karo biru karo sayuran godhong bisa disetel dadi (3~6):1. Kanggo fotoperiode, padha karo intensitas cahya, kudu nuduhake tren sing saya tambah kanthi perpanjangan periode pertumbuhan, supaya sayuran godhong duwe wektu fotosintesis sing luwih akeh kanggo fotosintesis. Desain suplemen cahya kanggo woh-wohan lan sayuran bakal luwih rumit. Saliyane hukum dhasar sing kasebut ing ndhuwur, kita kudu fokus ing setelan fotoperiode sajrone periode kembangan, lan kembangan lan woh-wohan sayuran kudu dipromosekake, supaya ora dadi bumerang.

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

Saliyané ngoptimalake suplementasi cahya kanggo tanduran sing dipilih, sistem kontrol sumber cahya saka sawetara pabrik tanduran cahya buatan uga wis berkembang kanthi cepet ing taun-taun pungkasan. Sistem kontrol iki umumé adhedhasar struktur B/S. Kontrol jarak jauh lan kontrol otomatis faktor lingkungan kayata suhu, kelembapan, cahya, lan konsentrasi CO2 sajrone tuwuhing tanduran diwujudake liwat WIFI, lan ing wektu sing padha, metode produksi sing ora diwatesi dening kahanan eksternal diwujudake. Sistem cahya tambahan cerdas iki nggunakake lampu LED minangka sumber cahya tambahan, digabungake karo sistem kontrol cerdas jarak jauh, bisa nyukupi kabutuhan cahya dawa gelombang tanduran, utamane cocog kanggo lingkungan budidaya tanduran sing dikontrol cahya, lan bisa nyukupi panjaluk pasar kanthi apik.

Panutup
Pabrik tanduran dianggep minangka cara penting kanggo ngrampungake masalah sumber daya, populasi, lan lingkungan donya ing abad kaping 21, lan cara penting kanggo nggayuh swasembada pangan ing proyek teknologi tinggi ing mangsa ngarep. Minangka jinis metode produksi pertanian anyar, pabrik tanduran isih ana ing tahap pembelajaran lan pertumbuhan, lan luwih akeh perhatian lan riset sing dibutuhake. Artikel iki nggambarake karakteristik lan kaluwihan metode pencahayaan tambahan umum ing pabrik tanduran, lan ngenalake ide desain sistem pencahayaan tambahan tanduran khas. Ora angel ditemokake liwat perbandingan, kanggo ngatasi cahya sing kurang sing disebabake dening cuaca sing parah kayata mendhung lan kabut sing terus-terusan lan kanggo njamin produksi tanduran fasilitas sing dhuwur lan stabil, peralatan sumber cahya LED Grow paling cocog karo tren pembangunan saiki.

Arah pangembangan pabrik ing mangsa ngarep kudu fokus ing sensor presisi dhuwur lan murah anyar, sistem piranti cahya spektrum sing bisa dikontrol saka jarak jauh lan bisa diatur, lan sistem kontrol ahli. Ing wektu sing padha, pabrik ing mangsa ngarep bakal terus berkembang menyang biaya murah, cerdas, lan adaptif dhewe. Panggunaan lan popularisasi sumber cahya LED menehi jaminan kanggo kontrol lingkungan presisi dhuwur saka pabrik. Regulasi lingkungan cahya LED minangka proses kompleks sing nglibatake regulasi komprehensif babagan kualitas cahya, intensitas cahya, lan fotoperiode. Para ahli lan sarjana sing relevan kudu nindakake riset sing jero, promosi cahya tambahan LED ing pabrik cahya buatan.