Автор: Цзин Чжао ， Zengchan Zhou ， Yunlong Bu и т. Д. Источники СМИ: Технологии сельскохозяйственной инженерии (тепличное садоводство)

Фабрика растений сочетает в себе современную промышленность, биотехнологию, гидропонику питательных веществ и информационные технологии для реализации высокого контроля факторов окружающей среды на объекте. Он полностью закрыт, имеет низкие требования в окружающей среде, сокращает период сбора растений, экономит воду и удобрения, а также с преимуществами производства, не являющегося празднованием, и отсутствие сброса отходов, эффективность использования земли от 40 до 108 раз от этого производства открытого поля. Среди них интеллектуальный искусственный источник света и его регулирование легкой окружающей среды играют решающую роль в своей эффективности производства.

Как важный физический фактор окружающей среды, свет играет ключевую роль в регуляции роста растений и материального метаболизма. «Одной из основных особенностей завода растений является полное искусственное источник света, и реализация интеллектуальной регуляции легкой окружающей среды» стало общим консенсусом в отрасли.

Потребность растений в свете

Свет является единственным источником энергии фотосинтеза растений. Интенсивность света, качество света (спектр) и периодические изменения света оказывают глубокое влияние на рост и развитие сельскохозяйственных культур, среди которых интенсивность света оказывает наибольшее влияние на фотосинтез растений.

■ Интенсивность света

Интенсивность света может изменить морфологию сельскохозяйственных культур, таких как цветение, длина междоузлия, толщина стебля, размер и толщину листьев. Требования растений для интенсивности света можно разделить на любимые световые, среднезавитчивые и низко освещенные растения. Овощи в основном являются светожижимыми растениями, а их световые точки компенсации и точки насыщения света относительно высоки. На искусственных заводах легких растений соответствующие требования к сельскохозяйственным культурам для интенсивности света являются важной основой для выбора искусственных источников света. Понимание потребностей в свете различных растений важно для разработки искусственных источников света, крайне необходимо улучшить производительность производства системы.

■ Качество света

Распределение качества света (спектра) также оказывает важное влияние на фотосинтез растений и морфогенез (рис. 1). Свет является частью излучения, а излучение является электромагнитной волной. Электромагнитные волны имеют характеристики волны и квантовые (частичные) характеристики. Квант света называется фотоном в поле садоводства. Излучение с диапазоном длины волны 300 ~ 800 нм называется физиологически активным излучением растений; и радиация с диапазоном длины волны 400 ~ 700 нм называется фотосинтетически активным радиацией (номиналом) растений.

Хлорофилл и каротины являются двумя наиболее важными пигментами в фотосинтезе растений. На рисунке 2 показан спектральный спектр поглощения каждого фотосинтетического пигмента, в котором спектр поглощения хлорофилла сконцентрирован в красных и синих полосах. Система освещения основана на спектральных потребностях сельскохозяйственных культур для искусственного дополнения света, чтобы способствовать фотосинтезу растений.

■ Фотопериод
Взаимосвязь между фотосинтезом и фотоморфогенезом растений и дневной длиной (или времени фотопериода) называется фотопериодичеством растений. Фотопериодичество тесно связана со световыми часами, что относится к времени, когда урожай облучен светом. Различные культуры требуют определенного количества часов света, чтобы завершить фотопериод, чтобы цветут и принести фрукты. Согласно различным фотопериодам, его можно разделить на урожай длительного дня, такие как капуста и т. Д., Которые требуют более 12-14 часов легких часов на определенной стадии его роста; Короткие культуры, такие как лук, соевые бобы и т. Д., требуют менее 12-14 часов и часов освещения; Средние зерновые культуры, такие как огурцы, помидоры, перец и т. Д., Можно цветут и принести фрукты под более длинным или более коротким солнечным светом.
Среди трех элементов окружающей среды интенсивность света является важной основой для выбора искусственных источников света. В настоящее время есть много способов выразить интенсивность света, в основном, включая следующие три.
（1) Освещение относится к плотности поверхности светящегося потока (световой поток на единицу площади), полученной на плоскости освещения, в LUX (LX).

（2) фотосинтетически активное излучение, пар ， блок ： w/m²。。

（3) Фотосинтетически эффективная плотность потока фотонного потока PPFD или PPF - это количество фотосинтетически эффективного излучения, которое достигает или проходит через единичное время и единичную площадь, единица: мкмоль/(м² · с)。 мгновенно относится к интенсивности света 400 ~ 700 нм. непосредственно связан с фотосинтезом. Это также наиболее часто используемый индикатор интенсивности света в области производства растений.

Анализ источника света типичной дополнительной световой системы
Искусственная легкая добавка состоит в том, чтобы увеличить интенсивность света в целевой области или продлить световое время, установив систему света добавок для удовлетворения потребности в свете растений. Вообще говоря, дополнительная система света включает в себя дополнительное световое оборудование, схемы и ее систему управления. Дополнительные источники света в основном включают в себя несколько распространенных типов, таких как лампы накаливания, люминесцентные лампы, металлические галогенидные лампы, натриевые лампы высокого давления и светодиоды. Из -за низкой электрической и оптической эффективности ламп накаливания, низкой фотосинтетической энергоэффективности и других недостатков, она была устранена рынком, поэтому эта статья не делает подробный анализ.

■ Флуоресцентная лампа
Флуоресцентные лампы принадлежат типу газовых ламп с низким давлением. Стеклянная трубка заполнена ртутным паром или инертным газом, а внутренняя стена трубки покрыта люминесцентным порошком. Светлый цвет варьируется в зависимости от флуоресцентного материала, покрытого в трубе. Флуоресцентные лампы обладают хорошими спектральными характеристиками, высокой световой эффективностью, низкой мощностью, более длительным сроком службы (12000 ч) по сравнению с лампами накаливания и относительно низкой стоимостью. Поскольку сама флуоресцентная лампа излучает меньше тепла, она может быть близко к растениям для освещения и подходит для трехмерного выращивания. Тем не менее, спектральная планировка флуоресцентной лампы необоснован. Наиболее распространенным методом в мире является добавление отражателей, чтобы максимизировать эффективные компоненты источника света культур в области культивирования. Японская компания Adv-Agri также разработала новый тип дополнительного источника света Hefl. Hefl на самом деле принадлежит к категории люминесцентных ламп. Это общий термин для холодных катодных флуоресцентных ламп (CCFL) и внешних электродных флуоресцентных ламп (EEFL) и представляет собой смешанную флуоресцентную лампу. Трубка Heff чрезвычайно тонкая, диаметром всего около 4 мм, а длина может быть отрегулирована от 450 мм до 1200 мм в соответствии с потребностями выращивания. Это улучшенная версия обычной флуоресцентной лампы.

■ Металлическая галогасная лампа
Металлическая галогенидная лампа представляет собой высокоинтенсивную лампу разгрузки, которая может возбуждать различные элементы, чтобы получить различные длины волны, добавляя различные металлические галогениды (оловянный бромид, йодид натрия и т. Д.) В пробирку с выписки на основе ртутной лампы высокого давления. Галогенные лампы обладают высокой светящейся эффективностью, высокой мощностью, хорошим освещением, длительным сроком службы и большим спектром. Однако, поскольку светящаяся эффективность ниже, чем у натриевых ламп высокого давления, а срок службы короче, чем у натриевых ламп высокого давления, в настоящее время он используется только на нескольких заводах завода.

■ Натриевая лампа высокого давления
Натриевые лампы высокого давления относятся к типу газовых ламп высокого давления. Натриевая лампа высокого давления представляет собой высокоэффективную лампу, в которой заполняется пары натрия высокого давления в пробирке, а также добавляется небольшое количество ксенонов (XE) и металлических галота ртути. Поскольку натриевые лампы высокого давления имеют высокую эффективность электрооптического преобразования с более низкими производственными затратами, натриевые лампы высокого давления в настоящее время наиболее широко используются при применении дополнительного света на сельскохозяйственных объектах. Тем не менее, из -за недостатков низкой эффективности фотосинтеза в своем спектре, они имеют недостатки низкой энергоэффективности. С другой стороны, спектральные компоненты, излучаемые натриевыми лампами высокого давления, в основном сосредоточены на световой полосе желтого оранжевого возраста, в которой не хватает красных и синих спектров, необходимых для роста растений.

■ Световой диод
Как новое поколение источников света, светодиоды (светодиоды) имеют много преимуществ, таких как более высокая эффективность электрооптического преобразования, регулируемый спектр и высокая эффективность фотосинтеза. Светодиод может излучать монохроматический свет, необходимый для роста растений. По сравнению с обычными люминесцентными лампами и другими дополнительными источниками света, светодиод имеет преимущества энергосбережения, защиты окружающей среды, длительного срока службы, монохроматического света, источника холодного света и так далее. С дальнейшим улучшением электрооптической эффективности светодиодов и снижением затрат, вызванных эффектом масштаба, системы освещения светодиодов станут основным оборудованием для дополнения света на сельскохозяйственных объектах. В результате светодиодные огни были применены более 99,9% заводов растений.

Благодаря сравнению, характеристики различных дополнительных источников света могут быть четко понятны, как показано в таблице 1.

Мобильное осветительное устройство
Интенсивность света тесно связана с ростом сельскохозяйственных культур. Трехмерное выращивание часто используется на растениях. Однако из -за ограничения структуры стеллажей для выращивания неравномерное распределение света и температуры между стойками будет влиять на выход урожая, а период сбора урожая не будет синхронизирована. Компания в Пекине успешно разработала ручное подъемное осветительное устройство (приспособление HPS Lighting и светодиодное осветительное приспособление) в 2010 году. Принцип состоит Чтобы достичь цели втягивания и распутывания проволочной веревки. Проволочная веревка света выращивания связана с обмотчивым колесом лифта через несколько наборов обратных колес, чтобы достичь эффекта регулировки высоты выращивания света. В 2017 году вышеупомянутая компания разработала и разработала новое устройство мобильного освещения, которое может автоматически регулировать высоту световой добавки в режиме реального времени в соответствии с потребностями роста урожая. Устройство регулировки теперь устанавливается на трехслойном трехмерном культивировании. Верхний слой устройства-это уровень с наилучшим светом, поэтому он оснащен натриевыми лампами высокого давления; Средний слой и нижний слой оснащены светодиодными огнями и системой регулировки подъема. Он может автоматически отрегулировать высоту выращивания света, чтобы обеспечить подходящую осветительную среду для культур.

По сравнению с устройством мобильного светового добавки, адаптированным для трехмерного выращивания, Нидерланды разработали горизонтально подвижное светодиодное освещение световой добавки. Чтобы избежать влияния тени выращивания света на рост растений на солнце, систему выращивания света можно подтолкнуть к обеим сторонам кронштейна через телескопический слайд в горизонтальном направлении, чтобы солнце полностью облучен на растениях; В облачные и дождливые дни без солнечного света подтолкните систему Grow Light в середину кронштейна, чтобы свет растут световой системой равномерно заполнять растения; Перемещайте систему Grow Light горизонтально через слайд на кронштейне, избегайте частой разборки и удаления системы Logh Light и уменьшите интенсивность труда работников, что эффективно повышая эффективность работы.

Проектные идеи типичной системы Grow Light
Из проектирования дополнительного устройства мобильного освещения не сложно увидеть, что конструкция дополнительной системы освещения на заводе завода обычно принимает интенсивность света, качество света и параметры фотопериода различных периодов роста урожая в качестве основного содержания дизайна , полагаясь на интеллектуальную систему управления для реализации, достижение конечной цели экономии энергии и высокой доходности.

В настоящее время проектирование и строительство дополнительного света для листовых овощей постепенно созревалось. Например, листовые овощи можно разделить на четыре этапа: стадия саженцев, средний рост, поздний рост и конечная стадия; Фруктовые обжалоты можно разделить на стадию саженцев, стадию вегетативного роста, стадию цветения и стадию сбора урожая. Из атрибутов дополнительной интенсивности света интенсивность света на стадии проростки должна быть немного ниже, при 60 ~ 200 мкмоль/(м² · с), а затем постепенно увеличиваться. Листовые овощи могут достигать 100 ~ 200 мкмоль/(м² · с), а фруктовые овощи могут достигать 300 ~ 500 мкмоль/(м² · с), чтобы обеспечить требования интенсивности света в фотосинтезе растений в каждый период роста и удовлетворение потребностей высокая доходность; С точки зрения качества света, отношение красного и синего очень важно. Чтобы повысить качество саженцев и предотвратить чрезмерный рост стадии саженцев, соотношение красного к синию обычно устанавливается на низком уровне [(1 ~ 2): 1], а затем постепенно снижается, чтобы удовлетворить потребности растений Световая морфология. Соотношение от красного к синим и листовым овощам может быть установлено на (3 ~ 6): 1. Для фотопериода, аналогичного интенсивности света, он должен показать тенденцию к увеличению с продлением периода роста, чтобы листовые овощи имели больше времени фотосинтеза для фотосинтеза. Световая добавка фруктов и овощей будет более сложной. В дополнение к вышеупомянутым основным законам, мы должны сосредоточиться на условиях фотопериода в течение периода цветения, а также для повышения цветения и плодоношения овощей, чтобы не иметь неприятных последствий.

Стоит отметить, что световая формула должна включать конечную обработку для легких настройки среды. Например, непрерывные добавки света могут значительно улучшить урожайность и качество гидропонных листовых овощных саженцев или использовать ультрафиолетовую обработку для значительного улучшения качества питания и листовых овощей (особенно фиолетовых листьев и салата из красного листа).

В дополнение к оптимизации легких добавок для выбранных культур, система управления источником света некоторых искусственных заводов светлых растений также быстро развивалась в последние годы. Эта система управления обычно основана на структуре B/S. Дистанционный контроль и автоматический контроль факторов окружающей среды, таких как температура, влажность, свет и концентрация CO2 во время роста сельскохозяйственных культур, реализуются через Wi -Fi, и в то же время реализуется метод производства, который не ограничивается внешними условиями. Этот вид интеллектуальной системы дополнительной светильники использует светодиодную светодиодную светильник, поскольку дополнительный источник света в сочетании с удаленной интеллектуальной системой управления может удовлетворить потребности освещения длины волны растений, особенно подходит для среды выращивания растений и может удовлетворить рыночный спрос. Полем

Заключительные замечания
Растительные заводы считаются важным способом решения мировых ресурсов, населения и экологических проблем в 21-м веке, и важный способ достижения пищевой самообеспеченности в будущих высокотехнологичных проектах. Как новый тип метода сельскохозяйственного производства, заводы растений все еще находятся на стадии обучения и роста, и необходимо больше внимания и исследований. В этой статье описываются характеристики и преимущества общих дополнительных методов освещения на заводах завода и вводят дизайнерские идеи типичных сельскохозяйственных систем освещения. Не сложно найти в сравнении, чтобы справиться с низким светом, вызванным суровой погодой, такой как непрерывная облачная и тума тенденции.

Будущее направление развития заводов завода должно быть сосредоточено на новых высоких, недорогих датчиках, дистанционно управляемых, регулируемых системах устройств освещения спектра и экспертных системах управления. В то же время будущие фабрики растений будут продолжать развиваться в направлении недорогих, интеллектуальных и самоадаптивных. Использование и популяризация светодиодных источников света обеспечивает гарантию для высокого контроля окружающей среды на заводах растений. Регуляция светодиодного света - это сложный процесс, включающий комплексную регуляцию качества света, интенсивности света и фотопериода. Соответствующие эксперты и ученые должны провести углубленные исследования, способствуя дополнительному освещению светодиода на искусственных заводах светово-растения.