Yazar: Jing Zhao，Zengchan Zhou，Yunlong Bu, vb. Kaynak Medya: Ziraat Mühendisliği Teknolojisi (sera bahçeciliği)

Tesis fabrikası, tesisteki çevresel faktörlerin yüksek hassasiyetli kontrolünü uygulamak için modern endüstriyi, biyoteknolojiyi, besin hidroponiğini ve bilgi teknolojisini birleştiriyor. Tamamen kapalıdır, çevre gereksinimleri düşüktür, bitki hasat süresini kısaltır, su ve gübre tasarrufu sağlar, pestisitsiz üretim ve atık deşarjı olmaması avantajlarıyla birim arazi kullanım verimliliği bunun 40 ila 108 katıdır. açık alanda üretim. Bunlar arasında akıllı yapay ışık kaynağı ve ışık ortamı düzenlemesi üretim verimliliğinde belirleyici rol oynuyor.

Önemli bir fiziksel çevresel faktör olarak ışık, bitki büyümesinin ve materyal metabolizmasının düzenlenmesinde önemli bir rol oynar. "Fabrika fabrikasının ana özelliklerinden biri, tam yapay ışık kaynağı ve ışık ortamının akıllı düzenlemesinin gerçekleştirilmesidir", sektörde genel bir fikir birliği haline geldi.

Bitkilerin ışığa olan ihtiyacı

Işık, bitki fotosentezinin tek enerji kaynağıdır. Işık yoğunluğu, ışık kalitesi (spektrum) ve ışığın periyodik değişiklikleri, mahsullerin büyümesi ve gelişmesi üzerinde derin bir etkiye sahiptir; bunlar arasında ışık yoğunluğunun bitki fotosentezi üzerinde en büyük etkisi vardır.

■ Işık yoğunluğu

Işığın yoğunluğu, çiçeklenme, boğum arası uzunluğu, gövde kalınlığı ve yaprak boyutu ve kalınlığı gibi mahsullerin morfolojisini değiştirebilir. Bitkilerin ışık yoğunluğuna yönelik gereksinimleri, ışığı seven, orta ışığı seven ve düşük ışığa toleranslı bitkilere ayrılabilir. Sebzeler çoğunlukla ışığı seven bitkiler olup, ışık dengeleme noktaları ve ışık doygunluk noktaları nispeten yüksektir. Yapay ışık tesisi fabrikalarında, mahsullerin ışık yoğunluğuna yönelik ilgili gereksinimleri, yapay ışık kaynaklarının seçiminde önemli bir temel oluşturur. Yapay ışık kaynaklarının tasarlanması için farklı tesislerin ışık gereksinimlerinin anlaşılması önemlidir. Sistemin üretim performansının iyileştirilmesi son derece gereklidir.

■ Işık kalitesi

Işık kalitesi (spektral) dağılımının bitki fotosentezi ve morfogenezi üzerinde de önemli bir etkisi vardır (Şekil 1). Işık radyasyonun bir parçasıdır ve radyasyon bir elektromanyetik dalgadır. Elektromanyetik dalgalar dalga özelliklerine ve kuantum (parçacık) özelliklerine sahiptir. Bahçıvanlık alanında ışığın kuantumuna foton denir. 300~800nm ​​dalga boyu aralığına sahip radyasyona bitkilerin fizyolojik olarak aktif radyasyonu denir; ve 400~700nm dalga boyu aralığına sahip radyasyona bitkilerin fotosentetik olarak aktif radyasyonu (PAR) adı verilir.

Klorofil ve karotenler bitki fotosentezindeki en önemli iki pigmenttir. Şekil 2, klorofil absorpsiyon spektrumunun kırmızı ve mavi bantlarda yoğunlaştığı her bir fotosentetik pigmentin spektral absorpsiyon spektrumunu göstermektedir. Aydınlatma sistemi, bitkilerin fotosentezini teşvik etmek amacıyla yapay olarak ışık takviyesi yapmak için mahsullerin spektral ihtiyaçlarına dayanmaktadır.

■ fotoperiyod
Bitkilerin fotosentezi ve fotomorfogenezi ile gün uzunluğu (veya fotoperiyot süresi) arasındaki ilişkiye bitkilerin fotoperiyodite adı verilir. Fotoperiyodite, ürünün ışıkla ışınlandığı süreyi ifade eden ışık saatleriyle yakından ilişkilidir. Farklı mahsuller, çiçek açması ve meyve vermesi için fotoperiyodu tamamlamak için belirli sayıda saat ışığa ihtiyaç duyar. Farklı fotoperiyotlara göre, büyümelerinin belirli bir aşamasında 12-14 saatten fazla ışık saati gerektiren lahana vb. gibi uzun gün bitkileri olarak ikiye ayrılabilir; soğan, soya fasulyesi vb. gibi kısa gün bitkileri 12-14 saatten daha az aydınlatma saatine ihtiyaç duyar; Salatalık, domates, biber vb. gibi orta derecede güneş gören ürünler, daha uzun veya daha kısa güneş ışığı altında çiçek açabilir ve meyve verebilir.
Çevrenin üç unsuru arasında ışık yoğunluğu, yapay ışık kaynaklarının seçiminde önemli bir temeldir. Şu anda, ışık yoğunluğunu ifade etmenin, başlıca aşağıdaki üçü olmak üzere, birçok yolu vardır.
（1）Aydınlatma, aydınlatılan düzlemde alınan ışık akısının lüks (lx) cinsinden yüzey yoğunluğunu (birim alan başına ışık akısı) ifade eder.

（2）Fotosentetik olarak aktif radyasyon, PAR，Birim:W/m²。

（3）Fotosentetik olarak etkili foton akı yoğunluğu PPFD veya PPF, birim zamana ve birim alana ulaşan veya bu alandan geçen fotosentetik olarak etkili radyasyonun sayısıdır, birim:μmol/(m²·s)。Temel olarak 400~700nm ışık yoğunluğunu ifade eder fotosentezle doğrudan ilgilidir. Aynı zamanda bitkisel üretim alanında en sık kullanılan ışık şiddeti göstergesidir.

Tipik tamamlayıcı ışık sisteminin ışık kaynağı analizi
Yapay ışık takviyesi, bitkilerin ışık ihtiyacını karşılamak için ek ışık sistemi kurarak hedef alandaki ışık yoğunluğunu arttırmak veya ışık süresini uzatmaktır. Genel olarak konuşursak, tamamlayıcı ışık sistemi, tamamlayıcı ışık ekipmanını, devrelerini ve onun kontrol sistemini içerir. Tamamlayıcı ışık kaynakları temel olarak akkor lambalar, floresan lambalar, metal halojenür lambalar, yüksek basınçlı sodyum lambalar ve LED'ler gibi birkaç yaygın türü içerir. Akkor lambaların elektriksel ve optik verimlerinin düşük olması, fotosentetik enerji verimliliğinin düşük olması ve diğer eksiklikleri nedeniyle piyasa tarafından ortadan kaldırılmıştır, bu nedenle bu yazıda detaylı bir analiz yapılmamaktadır.

■ Floresan lamba
Floresan lambalar, düşük basınçlı gaz deşarjlı lamba tipine aittir. Cam tüp cıva buharı veya inert gazla doldurulur ve tüpün iç duvarı floresan tozuyla kaplanır. Açık renk, tüpün içine kaplanan floresan malzemeye göre değişir. Floresan lambalar, akkor lambalarla karşılaştırıldığında iyi spektral performansa, yüksek ışık verimliliğine, düşük güce, daha uzun ömre (12000 saat) ve nispeten düşük maliyete sahiptir. Floresan lambanın kendisi daha az ısı yaydığı için aydınlatma amacıyla bitkilere yakın olabilir ve üç boyutlu ekime uygundur. Ancak floresan lambanın spektral düzeni mantıksızdır. Dünyadaki en yaygın yöntem, ekim alanındaki mahsullerin etkili ışık kaynağı bileşenlerini en üst düzeye çıkarmak için reflektör eklemektir. Japon adv-agri şirketi ayrıca yeni tip bir tamamlayıcı ışık kaynağı HEFL geliştirdi. HEFL aslında floresan lambalar kategorisine aittir. Soğuk katotlu floresan lambalar (CCFL) ve harici elektrotlu floresan lambalar (EEFL) için kullanılan genel terimdir ve karışık elektrotlu bir floresan lambadır. HEFL tüpü son derece incedir, çapı yalnızca 4 mm'dir ve uzunluğu, ekim ihtiyaçlarına göre 450 mm'den 1200 mm'ye kadar ayarlanabilir. Geleneksel floresan lambanın geliştirilmiş bir versiyonudur.

■ Metal halide lamba
Metal halojenür lamba, yüksek basınçlı cıva lambası temelinde deşarj tüpüne çeşitli metal halojenürler (kalay bromür, sodyum iyodür vb.) ekleyerek farklı dalga boyları üretmek için farklı elementleri uyarabilen yüksek yoğunluklu bir deşarj lambasıdır. Halojen lambalar yüksek ışık verimliliğine, yüksek güce, iyi ışık rengine, uzun ömre ve geniş spektruma sahiptir. Ancak ışık veriminin yüksek basınçlı sodyum lambalara göre daha düşük olması ve kullanım ömrünün yüksek basınçlı sodyum lambalara göre daha kısa olması nedeniyle şu anda yalnızca birkaç fabrika fabrikasında kullanılmaktadır.

■ Yüksek basınçlı sodyum lambası
Yüksek basınçlı sodyum lambalar, yüksek basınçlı gaz deşarjlı lambaların tipine aittir. Yüksek basınçlı sodyum lambası, boşaltma tüpüne yüksek basınçlı sodyum buharının doldurulduğu ve az miktarda ksenon (Xe) ve cıva metal halojenürün eklendiği yüksek verimli bir lambadır. Yüksek basınçlı sodyum lambalar, daha düşük üretim maliyetleriyle birlikte yüksek elektro-optik dönüşüm verimliliğine sahip olduğundan, yüksek basınçlı sodyum lambalar şu anda tarımsal tesislerde ek ışık uygulamasında en yaygın şekilde kullanılmaktadır. Ancak spektrumlarındaki düşük fotosentetik verim eksikliklerinden dolayı düşük enerji verimliliği eksikliklerine sahiptirler. Öte yandan, yüksek basınçlı sodyum lambaların yaydığı spektral bileşenler esas olarak, bitki büyümesi için gerekli olan kırmızı ve mavi spektrumlardan yoksun olan sarı-turuncu ışık bandında yoğunlaşmaktadır.

■ Işık yayan diyot
Yeni nesil ışık kaynakları olarak ışık yayan diyotların (LED'ler), daha yüksek elektro-optik dönüşüm verimliliği, ayarlanabilir spektrum ve yüksek fotosentetik verimlilik gibi birçok avantajı vardır. LED, bitki büyümesi için gerekli olan monokromatik ışığı yayabilir. Sıradan floresan lambalar ve diğer tamamlayıcı ışık kaynaklarıyla karşılaştırıldığında LED, enerji tasarrufu, çevre koruma, uzun ömür, monokromatik ışık, soğuk ışık kaynağı vb. avantajlara sahiptir. LED'lerin elektro-optik verimliliğinin daha da artması ve ölçek etkisinin neden olduğu maliyetlerin azalmasıyla birlikte, LED yetiştirme aydınlatma sistemleri, tarımsal tesislerde ışığın desteklenmesinde ana ekipman haline gelecektir. Sonuç olarak fabrika fabrikalarının %99,9'unda LED yetiştirme ışıkları uygulandı.

Karşılaştırma yoluyla farklı tamamlayıcı ışık kaynaklarının özellikleri Tablo 1'de gösterildiği gibi açıkça anlaşılabilir.

Mobil aydınlatma cihazı
Işığın yoğunluğu mahsullerin büyümesiyle yakından ilgilidir. Üç boyutlu yetiştirme genellikle fabrika fabrikalarında kullanılır. Ancak ekim raflarının yapısının sınırlı olması nedeniyle raflar arasında ışığın ve sıcaklığın eşit olmayan dağılımı, mahsulün verimini etkileyecek ve hasat dönemi senkronize olmayacaktır. Pekin'deki bir şirket, 2010 yılında manuel kaldırma ışık takviyesi cihazını (HPS aydınlatma armatürü ve LED yetiştirme aydınlatma armatürü) başarıyla geliştirdi. Prensip, küçük film makarasını döndürmek için kolu sallayarak tahrik milini ve üzerine sabitlenmiş sarıcıyı döndürmektir. Tel halatın geri çekilmesi ve çözülmesi amacına ulaşmak için. Büyüyen ışığın tel halatı, büyüyen ışığın yüksekliğini ayarlama efektini elde etmek için birden fazla geri vites tekerleği seti aracılığıyla asansörün sarma tekerleğine bağlanır. Yukarıda adı geçen şirket, 2017 yılında, mahsulün büyüme ihtiyaçlarına göre ışık takviyesi yüksekliğini gerçek zamanlı olarak otomatik olarak ayarlayabilen yeni bir mobil ışık takviyesi cihazı tasarladı ve geliştirdi. Ayarlama cihazı artık 3 katmanlı ışık kaynağı kaldırma tipi üç boyutlu yetiştirme rafına monte edilmiştir. Cihazın üst katmanı en iyi ışık koşuluna sahip seviyede olduğundan yüksek basınçlı sodyum lambalarla donatılmıştır; orta katman ve alt katman, LED yetiştirme ışıkları ve bir kaldırma ayarlama sistemi ile donatılmıştır. Mahsuller için uygun bir aydınlatma ortamı sağlamak üzere yetiştirme ışığının yüksekliğini otomatik olarak ayarlayabilir.

Üç boyutlu yetiştirme için özel olarak tasarlanmış mobil ışık takviyesi cihazıyla karşılaştırıldığında Hollanda, yatay olarak hareket edebilen bir LED yetiştirme ışığı takviyesi ışık cihazı geliştirdi. Büyüyen ışığın gölgesinin bitkilerin güneşte büyümesi üzerindeki etkisini önlemek için, büyüyen ışık sistemi yatay yönde teleskopik sürgü vasıtasıyla braketin her iki tarafına itilebilir, böylece güneş tam olarak görünür. bitkilere ışınlanmış; Güneş ışığının olmadığı bulutlu ve yağmurlu günlerde, yetiştirme ışık sisteminin ışığının bitkileri eşit şekilde doldurmasını sağlamak için yetiştirme ışık sistemini braketin ortasına doğru itin; Büyüyen ışık sistemini braket üzerindeki kızak boyunca yatay olarak hareket ettirin, büyüyen ışık sisteminin sık sık sökülüp çıkarılmasını önleyin ve çalışanların emek yoğunluğunu azaltın, böylece iş verimliliğini etkili bir şekilde artırın.

Tipik büyüyen ışık sisteminin tasarım fikirleri
Mobil aydınlatma ek cihazının tasarımından, fabrika fabrikasının ek aydınlatma sisteminin tasarımının genellikle tasarımın temel içeriği olarak farklı mahsul büyüme dönemlerine ait ışık yoğunluğu, ışık kalitesi ve fotoperiyod parametrelerini aldığını görmek zor değildir. Uygulamak için akıllı kontrol sistemine güvenerek, enerji tasarrufu ve yüksek verimin nihai hedefine ulaşmak.

Şu anda, yapraklı sebzelere yönelik ek ışığın tasarımı ve yapımı giderek olgunlaşmıştır. Örneğin, yapraklı sebzeler dört aşamaya ayrılabilir: fide aşaması, orta büyüme, geç büyüme ve son aşama; Meyve-sebzeler fide aşaması, vejetatif büyüme aşaması, çiçeklenme aşaması ve hasat aşamasına ayrılabilir. Ek ışık yoğunluğunun özelliklerinden, fide aşamasındaki ışık yoğunluğunun 60~200 μmol/(m²·s) seviyesinde biraz daha düşük olması ve ardından kademeli olarak artması gerekir. Yapraklı sebzeler 100~200 μmol/(m²·s)'ye, meyve sebzeleri ise her büyüme döneminde bitki fotosentezinin ışık yoğunluğu gereksinimlerini sağlamak ve bitkilerin ihtiyaçlarını karşılamak için 300~500 μmol/(m²·s)'ye ulaşabilir. yüksek verim; Işık kalitesi açısından kırmızının maviye oranı çok önemlidir. Fide kalitesini arttırmak ve fide aşamasında aşırı büyümeyi önlemek amacıyla kırmızı/mavi oranı genellikle düşük bir seviyeye [(1~2:1] ayarlanıp daha sonra bitkinin ihtiyacını karşılayacak şekilde kademeli olarak azaltılır. ışık morfolojisi. Kırmızının maviye ve yapraklı sebzelere oranı (3~6):1 olarak ayarlanabilir. Fotoperiyot için, ışık yoğunluğuna benzer şekilde, büyüme periyodu uzadıkça artma eğilimi göstermelidir, böylece yapraklı sebzelerin fotosentez için daha fazla fotosentetik süresi olur. Meyve ve sebzelerin ışık takviyesi tasarımı daha karmaşık olacaktır. Yukarıda belirtilen temel yasalara ek olarak, çiçeklenme döneminde fotoperiyodun ayarlanmasına odaklanmalıyız ve geri tepmemek için sebzelerin çiçeklenmesi ve meyve vermesi teşvik edilmelidir.

Işık formülünün, ışık ortamı ayarları için son işlemi içermesi gerektiğini belirtmekte fayda var. Örneğin, sürekli ışık takviyesi, topraksız yapraklı sebze fidelerinin verimini ve kalitesini büyük ölçüde artırabilir veya filizlerin ve yapraklı sebzelerin (özellikle mor Yapraklar ve kırmızı yapraklı marul) beslenme kalitesini önemli ölçüde iyileştirmek için UV tedavisini kullanabilir.

Seçilen mahsuller için ışık takviyesini optimize etmenin yanı sıra, bazı yapay ışık tesisi fabrikalarının ışık kaynağı kontrol sistemi de son yıllarda hızla gelişti. Bu kontrol sistemi genel olarak B/S yapısına dayanmaktadır. Mahsullerin büyümesi sırasında sıcaklık, nem, ışık, CO2 konsantrasyonu gibi çevresel faktörlerin uzaktan kontrolü ve otomatik kontrolü WIFI aracılığıyla gerçekleştirilmekte, aynı zamanda dış koşullarla kısıtlanmayan bir üretim yöntemi gerçekleştirilmektedir. Bu tür akıllı ek ışık sistemi, uzaktan akıllı kontrol sistemi ile birlikte ek ışık kaynağı olarak LED yetiştirme aydınlatma armatürünü kullanır, bitki dalga boyu aydınlatmasının ihtiyaçlarını karşılayabilir, özellikle ışık kontrollü bitki yetiştirme ortamı için uygundur ve pazar talebini iyi karşılayabilir .

Son açıklamalar
Fabrika fabrikaları, 21. yüzyılda dünya kaynak, nüfus ve çevre sorunlarını çözmenin önemli bir yolu ve gelecekteki yüksek teknoloji projelerinde gıdada kendi kendine yeterliliği sağlamanın önemli bir yolu olarak değerlendiriliyor. Yeni bir tarımsal üretim yöntemi türü olan fabrika fabrikaları henüz öğrenme ve büyüme aşamasında olup, daha fazla ilgi ve araştırmaya ihtiyaç duyulmaktadır. Bu makalede fabrika fabrikalarındaki yaygın tamamlayıcı aydınlatma yöntemlerinin özellikleri ve avantajları açıklanmakta ve tipik mahsul tamamlayıcı aydınlatma sistemlerine ilişkin tasarım fikirleri tanıtılmaktadır. Sürekli bulutluluk ve pus gibi şiddetli hava koşullarının neden olduğu düşük ışıkla başa çıkmak ve tesis mahsullerinin yüksek ve istikrarlı üretimini sağlamak için LED Grow ışık kaynağı ekipmanının mevcut gelişmelere en uygun olanı karşılaştırma yoluyla bulmak zor değil. trendler.

Fabrika fabrikalarının gelecekteki gelişim yönü, yeni yüksek hassasiyetli, düşük maliyetli sensörler, uzaktan kontrol edilebilir, ayarlanabilir spektrumlu aydınlatma cihazı sistemleri ve uzman kontrol sistemlerine odaklanmalıdır. Aynı zamanda geleceğin fabrika fabrikaları düşük maliyetli, akıllı ve kendi kendine uyarlanabilen bir yapıya doğru gelişmeye devam edecek. LED yetiştirme ışık kaynaklarının kullanımı ve yaygınlaştırılması, bitki fabrikalarının yüksek hassasiyetli çevre kontrolünü garanti eder. LED ışık ortamı düzenlemesi, ışık kalitesi, ışık yoğunluğu ve fotoperiyodun kapsamlı düzenlenmesini içeren karmaşık bir süreçtir. İlgili uzmanların ve akademisyenlerin, yapay ışık tesisi fabrikalarında LED tamamlayıcı aydınlatmayı teşvik ederek derinlemesine araştırma yapmaları gerekiyor.