Egilea: Jing Zhao, Zengchan Zhou, Yunlong Bu, etab. Iturburuko komunikabideak: Nekazaritza Ingeniaritza Teknologia (Berotegi Baratzezaintza)

Landare fabrika industria, bioteknologia, mantenugaien hidroponika eta informazio teknologia konbinatzen ditu instalazioan ingurumen faktoreen doitasun handiko kontrola ezartzeko. Guztiz itxita dago, inguruko ingurunearen eskakizun txikiak ditu, landareak uzta uzta laburtu du, ura eta ongarria aurrezten ditu eta pestizidaren ekoizpenaren abantailekin eta ez da hondakinen isurketarik. eremu irekiko produkzioarena. Horien artean, argi-iturri artifizial adimendunak eta bere ingurumen arloko araudiak paper erabakigarria dute bere ekoizpen-eraginkortasunean.

Ingurumen faktore fisiko garrantzitsu gisa, argiak funtsezko eginkizuna du landareen hazkuntza eta materialen metabolismoa arautzeko. "Landare fabrikaren ezaugarri nagusietako bat argi-iturri artifizial osoa da eta ingurune arineko araudi adimenduna" adostasun orokorra bihurtu da industrian.

Landareak argiaren beharra

Argia da landare fotosintesia landare-iturri bakarra. Argiaren intentsitatea, argiaren kalitateak (espektroak) eta aldizkako argiek eragin handia dute laboreen hazkundean eta garapenean, eta horien artean, argiaren intentsitateak ez du eraginik handiena landare-fotosintesian.

E ■ Argiaren intentsitatea

Argiaren intentsitateak laboreen morfologia alda dezake, hala nola loreak, barneko luzera, zurtoinaren lodiera eta hosto tamaina eta lodiera. Landareen intentsitatearen landareen eskakizunak argi-maitekorrak, arinak eta arin-baxuko landareak banatu daitezke. Barazkiak gehienbat arinak diren landareak dira, eta haien kalte-ordainguneak eta argi saturazio puntuak nahiko altuak dira. Landare artifizialeko lantegietan, argiaren intentsitatearen laboreen baldintza garrantzitsuak oinarri garrantzitsuak dira argi-iturri artifizialak hautatzeko. Landare desberdinen argi-eskakizunak ulertzea garrantzitsua da argi-iturri artifizialak diseinatzeko, oso beharrezkoa da sistemaren ekoizpenaren errendimendua hobetzea.

E ■ Argiaren kalitatea

Kalitate arinak (espektroak) banaketak ere eragin handia du landare fotosintesia eta morfogenesian (1. irudia). Argia erradiazioaren zati da, eta erradiazioa olatu elektromagnetikoa da. Uhin elektromagnetikoek uhinen ezaugarriak eta kuantikoa (partikula) ezaugarriak dituzte. Argiaren kuantoa fotona deritzo baratzezaintza eremuan. 300 ~ 800NM uhin-luzera duen erradiazioak landareen erradiazio fisiologikoki aktiboa deritzo; eta 400 ~ 700NM uhin-luzera duten erradiazioak fotosintetikoki aktibo erradiazioa (Par) deritzo.

Klorofila eta karotenak fotosintesia landareen bi pigmentu garrantzitsuenak dira. 2. irudian pigmentu fotosintetiko bakoitzaren espektro-xurgapen espektroak erakusten du, klorofila xurgatzeko espektroak banda gorri eta urdinetan kontzentratzen baitira. Argiztapen sistema laboreen argi espektraletan oinarritzen da, artifizialki osatzeko argia, landareen fotosintesia sustatzeko.

■ Fotoperiodoa
Landareen eta eguneko luzeraren (edo fotomoriodoaren denbora) fotosintesiaren eta fotomorfogenesiaren arteko erlazioa landareen fotopoperitatea deritzo. Fotoperioditatea oso lotuta dago ordu argiekin, eta horrek laborantza argiaren bidez irradiatzen den denbora aipatzen du. Laborantza ezberdinek argi ordu kopuru bat behar dute fotoperiodoa osatzeko eta fruituak lortzeko. Fotoperiodo desberdinen arabera, egun luzeko laborantzan banatu daiteke, hala nola aza eta abar, 12-14 ordu baino gehiago behar dituzten hazkundearen etapa jakin batean; Egun motzeko laboreak, esaterako, tipulak, soja eta abar, 12-14h argiztapen ordu baino gutxiago behar dira; Eguzki ertaineko laboreak, hala nola pepinoak, tomateak, piperrak, etab.
Inguruko hiru elementuen artean, argiaren intentsitatea oinarri garrantzitsua da argi-iturri artifizialak hautatzeko. Gaur egun, argi intentsitatea adierazteko modu asko daude, batez ere honako hiru hauek barne.
(1) Argiztapena fluxu argitsuaren gainazaleko dentsitatea aipatzen da (argiztapen-fluxua argiztatutako planoan) Luxen (LX).

(2) Fotosintetikoki erradiazio aktiboa, par, unitatea: w / m².

（3）The photosynthetically effective photon flux density PPFD or PPF is the number of photosynthetically effective radiation that reaches or passes through unit time and unit area, unit：μmol/(m²·s)。Mainly refers to the light intensity of 400~700nm Fotosintesia zuzenean lotuta. Landareen ekoizpenaren arloan gehien erabiltzen den argiaren intentsitatearen adierazlea ere bada.

Argi-iturriaren azterketa argi sistema osagarriaren azterketa
Argiaren osagarri artifiziala xede-eremuko argiaren intentsitatea handitzea edo denbora argia luzatzea da, osagarri-sistema instalatuz landareen argi eskaria betetzeko. Orokorrean, argi sistemaren sistema osagarriak ekipamendu, zirkuitu eta bere kontrol sistema osagarriak biltzen ditu. Argi-iturri osagarrien artean, batez ere, lanpara gorrixkak, lanpara fluoreszenteak, metalezko lanparak, presio handiko sodio lanparak eta LEDak dira. Lanpara inkandeszenteen eraginkortasun elektriko eta optiko baxua dela eta, energia-eraginkortasun fotosintetiko baxua eta bestelako gabeziak, merkatuak ezabatu ditu, beraz, artikulu honek ez du analisi zehatzik egiten.

■ Lanpara fluoreszentea
Lanpara fluoreszenteak presio baxuko gasen deskargatzeko lanparak dira. Beiraren hodia merkurio lurruna edo gas inerteaz betetzen da, eta hodiaren barruko horma hauts fluoreszentearekin estalita dago. Argiaren kolorea aldatu egiten da hodian estalitako material fluoreszentearekin. Lanpara fluoreszenteek espektro-errendimendu ona dute, eraginkortasun argitsua, potentzia txikia, bizitza luzeagoa (12000h) lanpara gorriarekin alderatuta, eta nahiko kostu baxua. Lanpara fluoreszenteak berak bero gutxiago igortzen duelako, argiztapenerako landareetatik gertu egon daiteke eta hiru dimentsiotako laborantza egokia da. Hala ere, lanpara fluoreszentearen diseinu espektrala arrazoirik gabea da. Munduko metodorik ohikoena da hausnarketak gehitzea laborantza eremuan laborantza arineko osagai eraginkor eraginkorrak ahalik eta gehien aprobetxatzeko. Japoniako Adv-Agri konpainiak argi-iturri osagarriaren hyfl mota berri bat ere garatu du. Hefl benetan lanpara fluoreszenteen kategorian dago. Katediko kateoko lanpara fluoreszenteetarako (CCFL) eta kanpoko elektrodo fluoreszenteen lanpara fluoreszenteak (EEFL) da. Hefl hodi oso mehea da, 4mm inguruko diametroa du eta luzera 450mm-tik 1200mm-ra doitu daiteke laborantza beharren arabera. Ohiko lanpara fluoreszentearen bertsio hobetua da.

■ Metal haluro lanpara
Metalezko haluro lanpara intentsitate handiko isurketa lanpara da, uhin-luzera desberdinak ekoizteko hainbat metalezko halidak (lata bromuroa, sodio iedidoa, etab.) Isuritako hodian, presio handiko merkurio lanpara baten oinarrian. Halogeno lanparak eraginkortasun argitsua, potentzia handia, kolore argi ona, bizitza luzea eta espektro handia dituzte. Hala ere, eraginkortasun argitsua presio handiko sodio lanparak baino txikiagoa delako, eta bizitza osoan presio handiko sodio lanparak baino laburragoa da, gaur egun landare fabrika batzuetan bakarrik erabiltzen da.

■ Presio handiko sodio lanpara
Presio handiko sodio lanparak presio handiko gas deskargatzeko lanpar motakoak dira. Presio handiko sodiozko lanpara eraginkortasun handiko lanpara da. Presio handiko sodio lurruna alta-hodian betetzen da eta Xenon (XE) eta Merkurio Metal Haluro kopuru txikia gehitzen dira. Presio handiko sodiozko lanparak bihurketa-eraginkortasun handiko eraginkortasun handiko fabrikazio kostu txikiagoak dituztelako, presio handiko sodio lanparak gaur egun nekazaritzako instalazioetan argi osagarria aplikatzeko gehien erabiltzen dira. Hala ere, bere espektroan eraginkortasun fotosintetiko baxuaren gabeziak direla eta, energia-eraginkortasun txikiko gabeziak dituzte. Bestalde, presio handiko sodio lanparak igortzen dituzten osagai espektralak batez ere, laranja-laranja-bandan kontzentratzen dira, landareen hazkuntzarako beharrezkoak diren espektro gorri eta urdinak falta zaizkit.

■ Argia igortzen diodoa
Argi-iturrien sorrera berri gisa, arinak emititzen dituzten diodoak (LEDak) abantaila ugari dituzte, hala nola, bihurketa eraginkortasun handiko eraginkortasuna, espektro erregulagarria eta eraginkortasun fotosingetikoa. LEDek landareen hazkuntzarako behar den argi monokromatikoa eman dezake. Lanpara fluoreszente arruntekin eta beste argi iturri osagarriekin alderatuta, LEDek energia aurrezteko, ingurumenaren babesa, bizitza luzea, argi monokromatikoa, argi iturri hotzak eta abar ditu. LEDen eraginkortasun elektro-optikoa hobetzearekin eta eskala efektuak eragindako kostuak murriztearekin, LED hazteko argiztapen sistemak nekazaritza instalazioetan argia osatzeko ekipamendu nagusiak bihurtuko dira. Ondorioz, LED hazteko argiak% 99,9ko lantegietan aplikatu dira.

Konparazioaren bidez, argi-iturri osagarri desberdinen ezaugarriak argi eta garbi ulertu daitezke, 1. taulan erakusten den moduan.

Mugikorreko argiztapen gailua
Argiaren intentsitatea laboreen hazkuntzarekin oso lotuta dago. Hiru dimentsiotako laborantza maiz erabiltzen da landare lantegietan. Hala ere, laborantza-estalkien egituraren muga dela eta, errailen arteko argiaren eta tenperaturaren banaketa irregularrak laboreen errendimendua eragingo du eta uzta-epea ez da sinkronizatuko. Beijing-eko enpresa batek eskuzko argi osagarriaren gailua (HPS argiztapenaren eta LED hazteko argiztapen-aparatua) arrakastaz garatu du 2010ean. Printzipioa diskoaren ardatza biratzea da eta haizeak finkatuta dagoen heldulekua astinduz, bobina txikia biratzeko alanbre soka atzera bota eta desagertzeko helburua lortzeko. Hazten den alanbrearen soka igogailuaren gurpil bihurrikoarekin lotuta dago, berraztertzeko gurpilen multzo anitzetatik, hazten den altuera egokitzeko efektua lortzeko. 2017an, goian aipatutako konpainiak argiaren osagarriaren gailu berria diseinatu eta garatu zuen, eta horrek automatikoki argi osagarriaren altuera denbora errealean doitu dezake laborantza hazkundearen beharren arabera. Egokitzeko gailua 3 geruzako argi iturriaren hiru dimentsiotako laborantza-apala instalatuta dago orain. Gailuaren goiko geruza argi egoera onena duen maila da, beraz, presio handiko sodio lanparak ditu; Erdiko geruza eta beheko geruza LED hazteko argiak eta altxatzeko doikuntza sistema ditu. Litekeena da hazten den altuera automatikoki doitu dezake laborantzako argiztapen ingurune egokia emateko.

Hiru dimentsiotako laborantzarako egokitutako argiaren osagarriaren gailuarekin alderatuta, Herbehereek horizontalki higikorra den LED argiaren osagarriaren gailua garatu dute. Landareen hazkuntzaren itzalaren eragina eguzkiaren hazkuntzan izan ez dadin, hazteko argi sistema parentesi bi aldeetara bultzatu daiteke diapositiba teleskopikoaren bidez norabide horizontalean, eguzkia guztiz egon dadin landareetan irradiatuta; Egun lainotsuetan eta euritsuetan eguzki-argia gabe, bultza ezazu hazten den sistema parentesi erdira arte, hazteko argi sistemaren argia landareak betetzeko; Mugitu hazteko argiaren sistema horizontalean parentesi gainean, saihestu maiz desmuntatu eta kentzeko sistema hazteko sistema eta murriztu langileen lanaren intentsitatea, eta, beraz, lanaren eraginkortasuna hobetuz.

Grow argi sistema tipikoaren diseinua
Ez da zaila Landare fabrikaren argiztapen sistema osagarriaren diseinuaren gailu osagarriaren diseinuak normalean laborantza fabrikaren argiaren intentsitatea, kalitatearen kalitatea eta laborantza-hazkunde-aldien parametroak hartzen ditu diseinuaren edukiaren core gisa , kontrol sistema adimendunean oinarrituz, energia aurrezteko eta errendimendu handiko azken helburua lortuz.

Gaur egun, hosto barazkientzako argi osagarria diseinatzea eta eraikitzea pixkanaka heldu da. Adibidez, hosto barazkiak lau fasetan banatu daitezke: Seedling fasea, hazkunde erdikoa, hazkundea eta amaiera etapa; Fruta-barazkiak landare-etapan, hazkunde begetatiboaren fasean, loraldien etapan eta uzta etapan banatu daitezke. Argiaren intentsitate osagarriaren atributuetatik, Seedling faseko argiaren intentsitatea apur bat txikiagoa izan behar da, 60 ~ 200 μmol / (m² ² · s), eta pixkanaka handitzen da. Barazki hostoek 100 ~ 200 μmol / (m² ² · s) arte iritsi daitezke, eta fruta barazkiak 300 ~ 500 μmol / (m² ² ² μ) izan daitezke hazkunde aldi bakoitzean landare-fotosintesiaren argi intentsitate eskakizunak ziurtatzeko eta beharrak betetzeko etekin handia; Argiaren kalitateari dagokionez, gorria urdinaren erlazioa oso garrantzitsua da. Planteen kalitatea areagotzeko eta landare-etapan gehiegizko hazkundea ekiditeko, gorria urdinaren ratioa maila baxuan ezartzen da normalean [(1 ~ 2): 1], eta pixkanaka murriztu zen landarearen beharrak asetzera Argi morfologia. Barazki hostoetarako urdinaren ratioa (3 ~ 6) ezar daiteke (3 ~ 6): 1. Fotoperiodoarentzat, argiaren intentsitatearen antzekoa da, hazkunde aldiaren luzapenarekin handitzeko joera erakutsi beharko luke, hosto barazkiak fotosintesia denbora fotosintetikoagoa izan dezan. Fruitu eta barazkien diseinu osagarriaren diseinua konplikatuagoa izango da. Arestian aipatutako oinarrizko legeez gain, fotoperiodoaren ezarpenean zentratu beharko genuke loraldi garaian, eta barazkien loraldia eta fruituak sustatu behar dira, beraz, ez da atzera egiteko.

Aipatzekoa da argi formulak ingurumenaren ezarpenen amaierako tratamendua izan behar duela. Adibidez, argiaren osagarri etengabeak hosto hosto hosto hidroponikoen errendimendua eta kalitatea asko hobetu ditzake edo UV tratamendua erabili kimuak eta hosto barazkiak nabarmen hobetzeko (hosto moreak eta hosto gorria letxuga) nutrizio kalitatea.

Hautatutako laborantzako argiaren osagarria optimizatzeaz gain, argi-lantegi artifizialeko lantegietako batzuen argi-iturriaren kontrol sistema ere azkar garatu da azken urteotan. Kontrol sistema hau B / S egituran oinarritzen da. Urruneko kontrola eta ingurumen-faktoreen kontrol automatikoa, hala nola, tenperatura, hezetasuna, argia eta CO2 kontzentrazioa laborantza hazkuntzan zehar, WiFi bidez gauzatzen dira eta, aldi berean, kanpoko baldintzek mugatzen ez duten produkzio metodoa konturatzen da. Argi-sistema osagarri adimendun honek argi-iturri osagarri gisa erabiltzen du. .

Oharrak amaitu
Landare fabrika mundu mailako baliabidea, biztanleria eta ingurumen arazoak konpontzeko modu garrantzitsutzat jotzen dira XXI. Mendean, eta etorkizuneko goi teknologiako proiektuetan elikagaien burujabetza lortzeko modu garrantzitsua da. Nekazaritza ekoizpen metodo berri gisa, landare lantegietan oraindik ikasteko eta hazkunde fasean daude, eta arreta eta ikerketa gehiago behar dira. Artikulu honetan argiztapen fabrikazio osagarrien ezaugarriak eta abantailak deskribatzen dira landareen lantegietan, eta laborantza ohiko argiztapen sistemaren diseinu ideiak aurkezten ditu. Ez da zaila konparazioaren bidez aurkitzea, eguraldi larriak eta hazteko etengabeak eragindako argi baxua aurre egiteko eta instalazioen laborantza ekoizpen altua eta egonkorra ziurtatzea, LED hazteko argi iturri ekipamendua da gehien garapenarekin Joerak.

The future development direction of plant factories should focus on new high-precision, low-cost sensors, remotely controllable, adjustable spectrum lighting device systems and expert control systems. Aldi berean, etorkizuneko landare lantegiek kostu baxua, adimentsua eta auto-egokitzailea garatzen jarraituko dute. LED hazteko argi iturrien erabilera eta popularizazioak bermea eskaintzen du planta lantegien ingurumen-kontrol handiko kontrolerako. LED Ingurumeneko Araudia Argiaren kalitatearen, argiaren intentsitatearen eta fotoperiodoaren erregulazio integrala dakarren prozesu konplexua da. Adituek eta jakintsuek ikerketa sakonak egin behar dituzte, LED argiztapen osagarria sustatuz landare artifizialeko lantegietan.