Аутор: Јинг Зхао, Зенгцхан Зхоу, Иунлонг Бу, итд.Изворни медији: Технологија пољопривреде (хортикултура стакленика)

Фабрика комбинује савремену индустрију, биотехнологију, хидропонију хранљивих материја и информационе технологије за спровођење високе прецизности контроле фактора животне средине у објекту.Потпуно је затворен, има ниске захтеве за окружење, скраћује период жетве биљака, штеди воду и ђубриво, а са предностима производње без пестицида и без испуштања отпада, ефикасност коришћења земљишта је 40 до 108 пута већа од оне. производње на отвореном пољу.Међу њима, интелигентни вештачки извор светлости и регулација његовог светлосног окружења играју одлучујућу улогу у његовој ефикасности производње.

Као важан физички фактор животне средине, светлост игра кључну улогу у регулисању раста биљака и метаболизма материјала.„Једна од главних карактеристика фабрике биљака је потпуни вештачки извор светлости и реализација интелигентне регулације светлосног окружења“ постао је општи консензус у индустрији.

Потреба биљака за светлом

Светлост је једини извор енергије фотосинтезе биљака.Интензитет светлости, квалитет светлости (спектар) и периодичне промене светлости имају дубок утицај на раст и развој усева, међу којима интензитет светлости има највећи утицај на фотосинтезу биљака.

■ Интензитет светлости

Интензитет светлости може да промени морфологију усева, као што су цветање, дужина интернодија, дебљина стабљике и величина и дебљина листова.Захтеви биљака за интензитетом светлости могу се поделити на биљке које воле светлост, средње воле светлост и слабо толерантне на светлост.Поврће је углавном биљке које воле светлост, а њихове тачке компензације светлости и тачке засићења светлости су релативно високе.У фабрикама вештачког светла, релевантни захтеви усева за интензитетом светлости су важна основа за избор извора вештачког светла.Разумевање светлосних захтева различитих постројења је важно за пројектовање вештачких извора светлости. Изузетно је неопходно побољшати производне перформансе система.

■ Квалитет светлости

Расподела квалитета светлости (спектрална) такође има важан утицај на фотосинтезу и морфогенезу биљака (Слика 1).Светлост је део зрачења, а зрачење је електромагнетни талас.Електромагнетни таласи имају карактеристике таласа и квантне (честичне) карактеристике.Квант светлости се у хортикултури назива фотоном.Зрачење са опсегом таласних дужина од 300~800нм назива се физиолошки активно зрачење биљака;а зрачење са опсегом таласних дужина од 400~700нм назива се фотосинтетички активно зрачење (ПАР) биљака.

Хлорофил и каротен су два најважнија пигмента у фотосинтези биљака.На слици 2 приказан је спектрални апсорпциони спектар сваког фотосинтетског пигмента, у коме је спектар апсорпције хлорофила концентрисан у црвеној и плавој траци.Систем осветљења је заснован на спектралним потребама усева да вештачки допуне светлост, како би се подстакла фотосинтеза биљака.

■ фотопериод
Однос између фотосинтезе и фотоморфогенезе биљака и дужине дана (или времена фотопериода) назива се фотопериодитет биљака.Фотопериодитет је уско повезан са светлосним сатима, што се односи на време када је усев озрачен светлошћу.Различитим културама је потребан одређени број сати светлости да би се завршио фотопериод да би цветали и донели плод.Према различитим фотопериодима, може се поделити на усеве дугог дана, као што је купус, итд., којима је потребно више од 12-14х светлосних сати у одређеној фази свог раста;усеви кратког дана, као што су лук, соја, итд., захтевају мање од 12-14 сати осветљења;средње осунчани усеви, као што су краставци, парадајз, паприка итд., могу да цветају и дају плодове под дужим или краћим сунчевим зрацима.
Међу три елемента животне средине, интензитет светлости је важна основа за избор вештачких извора светлости.Тренутно постоји много начина да се изрази интензитет светлости, углавном укључујући следећа три.
（1）Осветљење се односи на површинску густину светлосног флукса (светлосни ток по јединици површине) примљену на осветљеној равни, у луксима (лк).

(2) Фотосинтетички активно зрачење, ПАР, јединица: В/м².

（3）Фотосинтетички ефективна густина фотона ППФД или ППФ је број фотосинтетички ефективног зрачења које достиже или пролази кроз јединицу времена и јединичне површине, јединица: μмол/(м²·с)。Углавном се односи на интензитет светлости од 400~700нм директно повезана са фотосинтезом.Такође је најчешће коришћен индикатор интензитета светлости у области биљне производње.

Анализа извора светлости типичног допунског светлосног система
Додатак вештачког светла је да повећа интензитет светлости у циљној области или продужи време осветљења инсталирањем додатног светлосног система како би се задовољиле потребе биљака за светлошћу.Уопштено говорећи, додатни светлосни систем укључује додатну светлосну опрему, кола и њен систем управљања.Додатни извори светлости углавном укључују неколико уобичајених типова као што су сијалице са жарном нити, флуоресцентне сијалице, метал-халогене сијалице, натријумове сијалице високог притиска и ЛЕД диоде.Због ниске електричне и оптичке ефикасности сијалица са жарном нити, ниске фотосинтетске енергетске ефикасности и других недостатака, тржиште је елиминисало, тако да у овом чланку није дата детаљна анализа.

■ Флуоресцентна лампа
Флуоресцентне сијалице припадају типу гасних сијалица ниског притиска.Стаклена цев је напуњена паром живе или инертним гасом, а унутрашњи зид цеви је обложен флуоресцентним прахом.Боја светла варира у зависности од флуоресцентног материјала обложеног у цеви.Флуоресцентне сијалице имају добре спектралне перформансе, високу светлосну ефикасност, малу снагу, дужи животни век (12000х) у поређењу са сијалицама са жарном нити и релативно ниску цену.Пошто сама флуоресцентна лампа емитује мање топлоте, може бити близу биљака за осветљење и погодна је за тродимензионалну култивацију.Међутим, спектрални распоред флуоресцентне лампе је неразуман.Најчешћи метод у свету је додавање рефлектора како би се максимизирале компоненте ефективног извора светлости усева у области узгоја.Јапанска компанија адв-агри је такође развила нови тип додатног извора светлости ХЕФЛ.ХЕФЛ заправо спада у категорију флуоресцентних сијалица.То је општи назив за флуоресцентне сијалице са хладном катодом (ЦЦФЛ) и флуоресцентне сијалице са екстерном електродом (ЕЕФЛ), и представља флуоресцентну лампу са мешаном електродом.ХЕФЛ цев је изузетно танка, пречника само око 4мм, а дужина се може подесити од 450мм до 1200мм према потребама узгоја.То је побољшана верзија конвенционалне флуоресцентне лампе.

■ Метал халогенидна лампа
Метал халогенидна лампа је лампа високог интензитета која може да побуди различите елементе да производе различите таласне дужине додавањем различитих металних халогенида (калај бромид, натријум јодид, итд.) у цев за пражњење на основу живине лампе високог притиска.Халогене сијалице имају високу светлосну ефикасност, велику снагу, добру боју светлости, дуг животни век и велики спектар.Међутим, пошто је светлосна ефикасност нижа од ефикасности натријумових сијалица високог притиска, а животни век је краћи од натријумових сијалица високог притиска, тренутно се користи само у неколико фабрика биљака.

■ Натријумска лампа високог притиска
Натријумове сијалице високог притиска припадају типу сијалица са гасним пражњењем високог притиска.Натријумова лампа високог притиска је високоефикасна лампа у којој се натријумова пара под високим притиском пуни у цев за пражњење, а додаје се мала количина ксенона (Ксе) и живиног металног халида.Пошто натријумске сијалице високог притиска имају високу електро-оптичку ефикасност конверзије са нижим трошковима производње, натријумове сијалице високог притиска су тренутно најшире коришћене у примени допунског светла у пољопривредним објектима.Међутим, због недостатака ниске фотосинтетске ефикасности у свом спектру, они имају недостатке ниске енергетске ефикасности.С друге стране, спектралне компоненте које емитују натријумове лампе високог притиска углавном су концентрисане у жуто-наранџастој светлосној траци, којој недостају црвени и плави спектри неопходни за раст биљака.

■ Диода која емитује светлост
Као нова генерација извора светлости, диоде које емитују светлост (ЛЕД) имају многе предности као што су већа ефикасност електро-оптичке конверзије, подесив спектар и висока фотосинтетичка ефикасност.ЛЕД може емитовати монохроматско светло потребно за раст биљака.У поређењу са обичним флуоресцентним лампама и другим додатним изворима светлости, ЛЕД има предности уштеде енергије, заштите животне средине, дугог века трајања, монохроматског светла, хладног извора светлости и тако даље.Са даљим побољшањем електро-оптичке ефикасности ЛЕД диода и смањењем трошкова узрокованих ефектом размјера, ЛЕД расвјетни системи ће постати главна опрема за допуну свјетлости у пољопривредним објектима.Као резултат тога, ЛЕД светла за узгој су примењена у 99,9% фабрика биљака.

Кроз поређење, карактеристике различитих додатних извора светлости могу се јасно разумети, као што је приказано у табели 1.

Мобилни уређај за осветљење
Интензитет светлости је уско повезан са растом усева.Тродимензионална култивација се често користи у фабрикама биљака.Међутим, због ограничења структуре регала за култивацију, неравномерна расподела светлости и температуре између регала ће утицати на принос усева и период жетве неће бити синхронизован.Компанија у Пекингу је 2010. године успешно развила уређај за ручно подизање светла (ХПС расветно тело и ЛЕД расветно тело) 2010. Принцип је да се погонско вратило и намотач фиксирани на њему премештају ручку како би се ротирао мали филмски колут да се постигне сврха увлачења и одмотавања жичаног ужета.Жичано уже светла за узгој је повезано са точком за намотавање лифта преко више сетова точкова за кретање уназад, како би се постигао ефекат подешавања висине светла за узгој.У 2017. години, горе поменута компанија дизајнирала је и развила нови мобилни уређај за допуну светлости, који може аутоматски да прилагоди висину светлосног додатка у реалном времену према потребама раста усева.Уређај за подешавање је сада инсталиран на тродимензионални сталак за култивацију 3-слојног извора светлости за подизање.Горњи слој уређаја је ниво са најбољим светлосним условима, тако да је опремљен натријумовим лампама високог притиска;средњи и доњи слој су опремљени ЛЕД светлима за раст и системом за подешавање подизања.Може аутоматски да подеси висину светла за узгој како би обезбедила одговарајуће окружење за осветљење усева.

У поређењу са мобилним уређајем за допуну светлости прилагођеним за тродимензионалну култивацију, Холандија је развила хоризонтално покретни ЛЕД уређај за допуну светлости за раст.Да би се избегао утицај сенке светла за узгој на раст биљака на сунцу, систем светла за узгој се може гурнути на обе стране носача кроз телескопски клизач у хоризонталном смеру, тако да сунце буде потпуно озрачена на биљкама;у облачним и кишним данима без сунчеве светлости, гурните систем осветљења за узгој до средине носача да би светлост система осветљења за узгој равномерно испунила биљке;померите систем осветљења за узгој хоризонтално кроз клизач на носачу, избегавајте често растављање и уклањање система осветљења за узгој и смањите интензитет рада запослених, чиме се ефикасно побољшава радна ефикасност.

Дизајнерске идеје типичног система осветљења за узгој
Из дизајна мобилног допунског уређаја за осветљење није тешко видети да дизајн система допунског осветљења фабрике биљака обично узима интензитет светлости, квалитет светлости и параметре фотопериода различитих периода раста усева као основни садржај дизајна. , ослањајући се на интелигентни контролни систем за имплементацију, постижући крајњи циљ уштеде енергије и високог приноса.

Тренутно је постепено сазревало пројектовање и изградња додатног светла за лиснато поврће.На пример, лиснато поврће се може поделити у четири фазе: фаза расада, средњег раста, касног раста и завршне фазе;воће-поврће се може поделити на фазу садње, фазу вегетативног раста, фазу цветања и фазу бербе.Од атрибута допунског интензитета светлости, интензитет светлости у фази клијања треба да буде нешто нижи, на 60~200 μмол/(м²·с), а затим да се постепено повећава.Лиснато поврће може да достигне до 100~200 μмол/(м²·с), а воћно поврће може да достигне 300~500 μмол/(м²·с) како би се обезбедио захтев за интензитетом светлости фотосинтезе биљака у сваком периоду раста и испунио потребе Висок принос;Што се тиче квалитета светлости, однос црвене и плаве је веома важан.Да би се повећао квалитет садница и спречио прекомерни раст у фази садница, однос црвене и плаве се генерално поставља на низак ниво [(1~2:1], а затим се постепено смањује како би се задовољиле потребе биљке морфологија светлости.Однос црвеног, плавог и лиснатог поврћа може се подесити на (3~6):1.За фотопериод, сличан интензитету светлости, требало би да показује тренд повећања са продужењем периода раста, тако да лиснато поврће има више фотосинтетичког времена за фотосинтезу.Дизајн светлосног додатка воћа и поврћа биће компликованији.Поред наведених основних законитости, требало би да се фокусирамо и на подешавање фотопериода током периода цветања, а цветање и плодоношење поврћа мора се промовисати, како се не би повратило.

Вреди напоменути да формула светлости треба да укључује завршни третман за подешавања светлосног окружења.На пример, континуирано додавање светлости може у великој мери побољшати принос и квалитет хидропонских садница лиснатог поврћа, или користити УВ третман за значајно побољшање нутритивног квалитета клица и лиснатог поврћа (посебно љубичастих листова и црвеног листа зелене салате).

Поред оптимизације допуне светлости за одабране усеве, систем контроле извора светлости у неким фабрикама вештачког светла такође се брзо развијао последњих година.Овај систем контроле је генерално заснован на Б/С структури.Преко ВИФИ-ја се остварује даљинско управљање и аутоматска контрола фактора средине као што су температура, влажност, светлост и концентрација ЦО2 током раста усева, а истовремено се остварује начин производње који није ограничен спољним условима.Ова врста интелигентног додатног светлосног система користи ЛЕД расветно тело као додатни извор светлости, у комбинацији са даљинским интелигентним системом контроле, може задовољити потребе осветљења таласне дужине биљака, посебно је погодан за окружење за узгој биљака са контролом светлости и може добро задовољити потражњу тржишта .

Завршне напомене
Фабрике биљака сматрају се важним начином за решавање светских ресурса, становништва и еколошких проблема у 21. веку, као и важним начином за постизање самодовољности храном у будућим високотехнолошким пројектима.Као нова врста метода пољопривредне производње, фабрике биљака су још увек у фази учења и раста и потребно је више пажње и истраживања.Овај чланак описује карактеристике и предности уобичајених метода додатног осветљења у фабрикама биљака и уводи идеје дизајна типичних система допунског осветљења за усеве.Није тешко пронаћи кроз поређење, како би се изборили са слабим осветљењем изазваним тешким временским условима као што су непрекидна облачност и измаглица и како би се обезбедила висока и стабилна производња усева, ЛЕД Гров опрема за извор светлости је највише у складу са тренутним развојем трендови.

Будући правац развоја фабрика фабрика требало би да се фокусира на нове високо прецизне, јефтине сензоре, системе уређаја за осветљење подесивог спектра са даљинским управљањем и експертске системе управљања.Истовремено, будуће фабрике биљака ће наставити да се развијају ка јефтиним, интелигентним и самоприлагодљивим.Употреба и популаризација ЛЕД извора светлости за раст даје гаранцију за високо прецизну контролу животне средине у фабрикама биљака.Регулација ЛЕД светлосног окружења је сложен процес који укључује свеобухватну регулацију квалитета светлости, интензитета светлости и фотопериода.Релевантни стручњаци и научници треба да спроведу дубинско истраживање, промовишући ЛЕД додатно осветљење у фабрикама вештачког светла.