Egilea: Jing Zhao, Zengchan Zhou, Yunlong Bu, etab. Iturburu-komunikabidea: Nekazaritza Ingeniaritza Teknologia (berotegiko baratzezaintza)

Landare fabrikak industria modernoa, bioteknologia, nutrienteen hidroponia eta informazioaren teknologia konbinatzen ditu instalazioetan ingurumen-faktoreen doitasun handiko kontrola ezartzeko. Erabat itxita dago, ingurugiroaren eskakizun baxuak ditu, landareak biltzeko epea laburtzen du, ura eta ongarriak aurrezten ditu, eta pestizidarik gabeko ekoizpenaren abantailekin eta hondakinik ez isurtzearekin, lurzoruaren erabileraren unitatearen eraginkortasuna 40 eta 108 aldiz handiagoa da. eremu irekiko ekoizpenarena. Horien artean, argi artifizial adimendunaren iturriak eta bere argi-ingurunearen erregulazioak zeregin erabakigarria dute ekoizpen-eraginkortasunean.

Ingurumen-faktore fisiko garrantzitsu gisa, argiak funtsezko eginkizuna du landareen hazkundea eta materialen metabolismoa erregulatzeko. "Lantegiaren fabrikaren ezaugarri nagusietako bat argi-iturri artifizial osoa da eta argi-ingurunearen erregulazio adimentsua gauzatzea" industrian adostasun orokorra bihurtu da.

Landareen argiaren beharra

Argia landareen fotosintesiaren energia iturri bakarra da. Argiaren intentsitateak, argiaren kalitateak (espektroa) eta argiaren aldizkako aldaketak eragin handia dute laboreen hazkuntzan eta garapenean, eta horien artean argiaren intentsitateak du eraginik handiena landareen fotosintesian.

■ Argiaren intentsitatea

Argiaren intentsitateak laboreen morfologia alda dezake, hala nola loreak, barrukoen luzera, zurtoinaren lodiera eta hostoen tamaina eta lodiera. Argiaren intentsitaterako landareen eskakizunak argia maite duten, argi ertaineko eta argiarekiko tolerantzia gutxiko landareetan bana daitezke. Barazkiak argia maite duten landareak dira batez ere, eta haien argi-konpentsazio-puntuak eta argi-saturazio-puntuak nahiko altuak dira. Argi artifizialeko landare-fabriketan, laboreek argiaren intentsitaterako baldintza garrantzitsuak dira argi-iturri artifizialak hautatzeko. Landare desberdinen argi-eskakizunak ulertzea garrantzitsua da argi-iturri artifizialak diseinatzeko. Oso beharrezkoa da sistemaren ekoizpen-errendimendua hobetzea.

■ Argiaren kalitatea

Argiaren kalitatearen (espektralaren) banaketak ere eragin handia du landareen fotosintesian eta morfogenesian (1. irudia). Argia erradiazioaren parte da, eta erradiazioa uhin elektromagnetikoa da. Uhin elektromagnetikoek uhin-ezaugarriak eta ezaugarri kuantikoak (partikulak) dituzte. Argi kuantikoari fotoi deitzen zaio baratzegintza arloan. 300~800nm-ko uhin-luzera duen erradiazioa landareen erradiazio fisiologikoki aktiboa deitzen zaio; eta 400~700nm-ko uhin-luzera duen erradiazioa landareen fotosintetikoki aktiboa (PAR) deitzen da.

Klorofila eta karotenoak landareen fotosintesian bi pigmentu garrantzitsuenak dira. 2. irudiak pigmentu fotosintetiko bakoitzaren xurgapen espektralaren espektroa erakusten du, zeinetan klorofilaren xurgapen espektroa banda gorri eta urdinetan kontzentratzen den. Argiztapen-sistema laboreen behar espektraletan oinarritzen da argia artifizialki osatzeko, landareen fotosintesia sustatzeko.

■ fotoperiodoa
Landareen fotosintesiaren eta fotomorfogenesiaren eta egunaren iraupena (edo fotoperiodoaren denbora) arteko erlazioari landareen fotoperioditatea deritzo. Fotoperioditatea argi-orduekin oso erlazionatuta dago, laborea argiak irradiatzen duen denborari dagokiona. Labore ezberdinek argi-ordu jakin bat behar dute fotoperiodoa osatzeko loratu eta fruituak emateko. Fotoperiodo ezberdinen arabera, egun luzeko laboreetan bana daiteke, aza, etab., hazkuntzaren fase jakin batean 12-14 orduko argi-ordu baino gehiago behar dituztenak; Egun laburreko laboreek, tipula, soja, etab., 12-14 ordu baino gutxiago behar dituzte Argiztapen orduak; eguzki ertaineko laboreek, hala nola pepinoak, tomateak, piperrak, etab., loratu eta fruituak eman ditzakete eguzki-argi luzeago edo laburragopean.
Inguruneko hiru elementuen artean, argiaren intentsitatea oinarri garrantzitsua da argi-iturri artifizialak hautatzeko. Gaur egun, argiaren intentsitatea adierazteko modu asko daude, batez ere honako hiru hauek barne.
（1）Iluminazioa plano argiztatuan jasotako argi-fluxuaren gainazaleko dentsitateari (argi-fluxua azalera-unitateko), lux-tan (lx).

（2）Erradiazio fotosintetikoki aktiboa, PAR，Unitatea: W/m².

(3) PPFD edo PPF fotosintetikoki eraginkorra den fotoi-fluxuaren dentsitatea denbora-unitate eta azalera-unitatera iristen edo igarotzen den erradiazio fotosintetikoki eraginkorra da, unitatea: μmol/(m²·s)。Nagusiki 400~700nm-ko argi-intentsitateari egiten dio erreferentzia. fotosintesiarekin zuzenean lotuta. Landare-ekoizpenaren alorrean argi intentsitatearen adierazlerik erabiliena ere bada.

Argi-iturrien analisia argi-sistema osagarri tipikoaren analisia
Argi artifizialaren osagarria helburu-eremuan argiaren intentsitatea handitzea edo argi-denbora luzatzea da, landareen argi-eskaria betetzeko argi-sistema osagarri bat instalatuz. Orokorrean, argi-sistema osagarriak argi-ekipo osagarriak, zirkuituak eta bere kontrol-sistema barne hartzen ditu. Argi-iturri osagarriek, batez ere, ohiko hainbat mota dituzte, hala nola goritasun-lanparak, fluoreszenteak, metal-halogenuroak, presio handiko sodio-lanparak eta LED-ak. Goritasun-lanpararen eraginkortasun elektriko eta optiko baxua, energia fotosintetiko baxua eta bestelako gabeziak direla eta, merkatuak ezabatu egin du, beraz, artikulu honek ez du azterketa zehatzik egiten.

■ Lanpara fluoreszentea
Lanpara fluoreszenteak presio baxuko gas-deskargako lanpara motakoak dira. Beirazko hodia merkurio lurrunez edo gas geldoz beteta dago, eta hodiaren barruko horma hauts fluoreszentez estalita dago. Argi kolorea hodian estalitako material fluoreszentearen arabera aldatzen da. Lanpara fluoreszenteek errendimendu espektral ona dute, argi-eraginkortasun handia, potentzia txikia, bizitza luzeagoa (12000h) lanpara goriekin alderatuta eta kostu nahiko baxua dute. Lanpara fluoreszenteak berak bero gutxiago igortzen duenez, landareetatik gertu egon daiteke argiztapenerako eta hiru dimentsioko laborantzarako egokia da. Hala ere, lanpara fluoreszentearen diseinu espektrala ez da arrazoizkoa. Munduan ohikoena den metodoa islatzaileak gehitzea da laborantza eremuko laboreen argi-iturri eraginkorren osagaiak maximizatzeko. Japoniako adv-agri konpainiak HEFL argi-iturri osagarri mota berri bat ere garatu du. HEFL lanpara fluoreszenteen kategoriakoa da. Katodo hotzeko lanpara fluoreszenteak (CCFL) eta kanpoko elektrodo fluoreszenteak (EEFL) termino orokorra da, eta elektrodo fluoreszente mistoko lanpara bat da. HEFL hodia oso mehea da, 4 mm inguruko diametroa besterik ez du, eta luzera 450 mm-tik 1200 mm-ra egokitu daiteke laborantza beharren arabera. Ohiko lanpara fluoreszentearen bertsio hobetua da.

■ Halogenuro metalikoko lanpara
Metal-halogenuroa deskarga-lanpara intentsitate handiko deskarga-lanpara bat da, eta elementu desberdinak kitzikatu ditzake uhin-luzera desberdinak ekoizteko, deskarga-hodian hainbat metal-halogenuroa gehituz (eztain bromuroa, sodio ioduroa, etab.), presio handiko merkurio-lanpara baten bidez. Lanpara halogenoek eraginkortasun argitsua, potentzia handia, argi kolore ona, bizitza luzea eta espektro handia dute. Hala ere, argi-eraginkortasuna presio handiko sodio-lanparek baino txikiagoa denez eta bizi-iraupena presio handiko sodio-lanparek baino laburragoa denez, gaur egun lantegi gutxi batzuetan bakarrik erabiltzen da.

■ Presio handiko sodio lanpara
Presio handiko sodio lanparak presio handiko gas-deskargako lanpara motakoak dira. Presio handiko sodio-lanpara eraginkortasun handiko lanpara bat da, zeinetan presio handiko sodio-lurruna deskarga-hodian betetzen den, eta xenon (Xe) eta merkurio metal-halogenuro kopuru txiki bat gehitzen dira. Presio handiko sodio lanparak bihurtze elektro-optikoko eraginkortasun handia dutenez, fabrikazio kostu txikiagoarekin, presio handiko sodio lanparak dira gaur egun nekazaritza instalazioetan argi osagarria aplikatzeko gehien erabiltzen direnak. Hala ere, beren espektroaren eraginkortasun fotosintetiko baxuaren gabeziak direla eta, eraginkortasun energetiko baxuaren gabeziak dituzte. Bestalde, presio handiko sodio lanparek igortzen dituzten osagai espektralak batez ere argi-banda hori-laranjan kontzentratzen dira, landareak hazteko beharrezkoak diren espektro gorri eta urdinak falta dituena.

■ Diodo argia
Argi-iturrien belaunaldi berri gisa, argi-igorle-diodoek (LED) abantaila ugari dituzte, hala nola, bihurketa elektrooptikoko eraginkortasun handiagoa, espektro doigarria eta eraginkortasun fotosintetiko handia. LED landareak hazteko beharrezkoa den argi monokromatikoa igor dezake. Lanpara fluoreszente arruntekin eta beste argi-iturri osagarri batzuekin alderatuta, LED-ak energia aurreztea, ingurumena babestea, bizitza luzea, argi monokromatikoa, argi iturri hotza eta abar ditu. LEDen eraginkortasun elektro-optikoa gehiago hobetuz eta eskala efektuak eragindako kostuak murriztearekin, LED hazteko argiztapen sistemak nekazaritza-instalazioetan argia osatzeko ekipamendu nagusi bihurtuko dira. Ondorioz, LED hazteko argiak landare-fabriken % 99,9tan aplikatu dira.

Konparazioaren bidez, argi-iturri osagarri ezberdinen ezaugarriak argi uler daitezke, 1. taulan ikusten den bezala.

Argiztapen gailu mugikorra
Argiaren intentsitatea laboreen hazkuntzarekin oso lotuta dago. Landare fabriketan hiru dimentsioko laborantza erabiltzen da sarri. Hala ere, laborantza-erretxeen egituraren muga dela eta, argiaren eta tenperaturaren banaketa irregularrak uztaren errendimenduan eragina izango du eta uzta-epea ez da sinkronizatuko. Pekineko konpainia batek eskuz altxatzeko argi osagarri gailu bat garatu du 2010ean (HPS argiztapena eta LED hazteko argiztapena) 2010ean. Printzipioa da gidatzeko ardatza eta bertan finkatutako bobinagailua biratzea heldulekua astinduz filmaren bobina txikia biratzeko. alanbre-soka itzultzeko eta askatzeko helburua lortzeko. Hazkuntza-argiaren alanbre-soka igogailuaren gurpil bihurriarekin konektatzen da alderantzizko gurpilen multzo anitzen bidez, hazteko argiaren altuera doitzeko efektua lortzeko. 2017an, aipatutako konpainiak argi osagarri mugikorren gailu berri bat diseinatu eta garatu zuen, argiaren osagarriaren altuera automatikoki doi dezakeen denbora errealean laboreen hazkunde-beharren arabera. Doikuntza gailua orain 3 geruzako argi iturri altxatzaile motako hiru dimentsioko laborantza rack batean instalatuta dago. Gailuaren goiko geruza argi-baldintzarik onena duen maila da, beraz, presio handiko sodio lanparaz hornituta dago; erdiko geruza eta beheko geruza LED hazteko argiak eta altxatzeko doikuntza sistema batekin hornituta daude. Hazkuntza-argiaren altuera automatikoki doi dezake laboreetarako argiztapen-ingurune egokia eskaintzeko.

Hiru dimentsioko laborantzarako egokitutako argi osagarri mugikorraren gailuarekin alderatuta, Herbehereek horizontalki mugigarria den LED hazteko argi osagarriaren gailua garatu dute. Hazkunde-argiaren itzalak landareen hazkuntzan eguzkitan duen eragina saihesteko, hazteko argi-sistema parentesiaren bi aldeetara bultza daiteke diapositiba teleskopikoaren bidez norabide horizontalean, eguzkia guztiz egon dadin. landareetan irradiatuta; Eguzki argirik gabeko egun hodeitsuetan eta euritsuetan, bultzatu hazteko argi-sistema euskarriaren erdira hazteko argi-sistemaren argiak landareak uniformeki bete ditzan; Mugitu hazteko argi-sistema horizontalki euskarriaren diapositibaren bidez, saihestu hazteko argi-sistema maiz desmuntatzea eta kentzea, eta murriztu langileen lan-intentsitatea, horrela lan eraginkortasuna hobetuz.

Hazkuntza-sistema tipikoen diseinu ideiak
Ez da zaila argiztapen mugikorreko gailu osagarriaren diseinutik ikustea landare-fabrikako argiztapen sistema osagarriaren diseinuak normalean laboreen hazkuntza-aldi desberdinetako argi-intentsitatea, argiaren kalitatea eta fotoperiodoaren parametroak hartzen dituela diseinuaren oinarrizko eduki gisa. , ezartzeko kontrol sistema adimendunean oinarrituz, energia aurreztea eta etekin handiko azken helburua lortuz.

Gaur egun, hosto-barazkientzako argi osagarriaren diseinua eta eraikuntza pixkanaka heldu da. Esaterako, hosto-barazkiak lau fasetan bana daitezke: hazi-fasea, erdi-hazkundea, hazkuntza berantiarra eta amaiera-fasea; fruta-barazkiak plantularen fasean, hazkuntza begetatiboan, loraldiaren fasean eta uzta-fasean banatu daitezke. Argiaren intentsitate osagarriaren atributuetatik, landareen faseko argiaren intentsitatea apur bat txikiagoa izan behar da, 60 ~ 200 μmol/(m²·s), eta gero pixkanaka handitu. Barazki hostotsuak 100~200 μmol/(m²·s) izatera irits daitezke, eta fruta barazkiak 300~500 μmol/(m²·s) landareen fotosintesiaren argi intentsitate-eskakizunak hazkuntza-aldi bakoitzean bermatzeko eta beharrak betetzeko. etekin handia; Argiaren kalitateari dagokionez, gorriaren eta urdinaren arteko erlazioa oso garrantzitsua da. Plantulen kalitatea areagotzeko eta landareen fasean gehiegizko hazkuntza saihesteko, gorriaren eta urdinaren arteko erlazioa maila baxuan ezartzen da [(1~2):1], eta gero pixkanaka murrizten da landarearen beharrak asetzeko. morfologia argia. Barazki gorri eta urdinen eta hostodunen arteko erlazioa (3 ~ 6): 1. Fotoperiodorako, argi-intentsitatearen antzera, hazkuntza-aldiaren luzapenarekin goranzko joera erakutsi beharko luke, hosto-barazkiek fotosintesia egiteko denbora fotosintetiko gehiago izan dezaten. Fruta eta barazkien osagarri argiaren diseinua konplexuagoa izango da. Aipatutako oinarrizko legeez gain, loraldi garaian fotoperiodoaren ezarpenean zentratu behar da, eta barazkien loraldia eta fruitua sustatu behar da, atzera bueltarik ez izateko.

Aipatzekoa da argiaren formulak argi-ingurunearen ezarpenetarako amaierako tratamendua barne hartu behar duela. Esate baterako, argiaren osagarri etengabeak hosto hidroponikoen landare-planteen errendimendua eta kalitatea asko hobetu ditzake, edo UV tratamendua erabil dezake kimuak eta hostodun barazkiak (batez ere hosto moreak eta hosto gorrien letxuga) nutrizio-kalitatea nabarmen hobetzeko.

Hautatutako laboreetarako argiaren osagarria optimizatzeaz gain, argi artifizialeko landare-fabrika batzuen argi-iturria kontrolatzeko sistema ere azkar garatu da azken urteotan. Kontrol-sistema hau, oro har, B/S egituran oinarritzen da. Urrutiko kontrola eta ingurumen-faktoreen kontrol automatikoa, hala nola, tenperatura, hezetasuna, argia eta laboreak hazten diren bitartean CO2 kontzentrazioa WIFI bidez gauzatzen dira, eta, aldi berean, kanpoko baldintzen arabera mugatzen ez den ekoizpen-metodo bat lortzen da. Argi osagarri adimendun sistema honek LED hazteko argia erabiltzen du argi-iturri osagarri gisa, urruneko kontrol sistema adimendunarekin konbinatuta, landareen uhin-luzeraren argiztapenaren beharrak ase ditzake, bereziki egokia da argiz kontrolatutako landareen laborantza ingurunerako eta merkatuaren eskaria ondo ase dezake. .

Amaierako oharrak
Landare-fabrikak XXI. mendean munduko baliabideen, biztanleriaren eta ingurumen-arazoak konpontzeko bide garrantzitsutzat jotzen dira, eta etorkizuneko goi-teknologiako proiektuetan elikagaien autosufizientzia lortzeko bide garrantzitsutzat. Nekazaritza-ekoizpen-metodo berri gisa, landare-fabrikak ikaskuntza eta hazkuntza fasean daude oraindik, eta arreta eta ikerketa gehiago behar dira. Artikulu honek landare-fabriketan ohiko argiztapen-metodoen ezaugarriak eta abantailak deskribatzen ditu, eta laboreen ohiko argiztapen-sistema osagarrien diseinu-ideiak aurkezten ditu. Ez da zaila konparazioaren bidez aurkitzea, eguraldi gogorrak eragindako argi baxuari aurre egiteko, hala nola etengabe hodeitsuak eta lainoak, eta instalazioen laboreen ekoizpen altua eta egonkorra bermatzeko, LED Grow argi-iturburuko ekipamendua egungo garapenarekin bat dator gehien. joerak.

Landare-fabriken etorkizuneko garapenaren norabideak doitasun handiko eta kostu baxuko sentsore berrietan, urrunetik kontrola daitezkeen, espektro doigarrien argiztapen-gailuen sistemetan eta kontrol-sistema adituetan oinarritu beharko luke. Aldi berean, etorkizuneko landare-fabrikek kostu baxuko, adimentsu eta auto-egokipenerako garatzen jarraituko dute. LED hazteko argi iturriak erabiltzeak eta hedatzeak landare-fabriken ingurumen-kontrolaren zehaztasun handiko bermea eskaintzen du. LED argiaren ingurunearen erregulazioa prozesu konplexu bat da, argiaren kalitatea, argiaren intentsitatea eta fotoperiodoa erregulatzen dituena. Aditu eta jakintsu garrantzitsuek ikerketa sakona egin behar dute, argi artifizialeko lantegietan LED argiztapen osagarria sustatuz.