Autori: Jing Zhao, Zengchan Zhou, Yunlong Bu, etj. Burimi i Medias: Teknologjia e Inxhinierisë Bujqësore (hortikultura e serrave)

Fabrika kombinon industrinë moderne, bioteknologjinë, hidroponikën e lëndëve ushqyese dhe teknologjinë e informacionit për të zbatuar kontroll me precizion të lartë të faktorëve mjedisorë në objekt. Është plotësisht e mbyllur, ka kërkesa të ulëta për mjedisin përreth, shkurton periudhën e korrjes së bimëve, kursen ujë dhe plehra, dhe me avantazhet e prodhimit pa pesticide dhe mos shkarkimit të mbeturinave, efikasiteti i përdorimit të tokës për njësi është 40 deri në 108 herë më i lartë se ai i prodhimit në fushë të hapur. Midis tyre, burimi inteligjent i dritës artificiale dhe rregullimi i mjedisit të tij të dritës luajnë një rol vendimtar në efikasitetin e prodhimit të tij.

Si një faktor i rëndësishëm fizik mjedisor, drita luan një rol kyç në rregullimin e rritjes së bimëve dhe metabolizmit të materialeve. "Një nga karakteristikat kryesore të fabrikës së bimëve është burimi i plotë i dritës artificiale dhe realizimi i rregullimit inteligjent të mjedisit të dritës" është bërë një konsensus i përgjithshëm në industri.

Nevoja e bimëve për dritë

Drita është burimi i vetëm i energjisë për fotosintezën e bimëve. Intensiteti i dritës, cilësia e dritës (spektri) dhe ndryshimet periodike të dritës kanë një ndikim të thellë në rritjen dhe zhvillimin e kulturave, ndër të cilat intensiteti i dritës ka ndikimin më të madh në fotosintezën e bimëve.

■ Intensiteti i dritës

Intensiteti i dritës mund të ndryshojë morfologjinë e kulturave, siç janë lulëzimi, gjatësia e internodës, trashësia e kërcellit, si dhe madhësia dhe trashësia e gjetheve. Kërkesat e bimëve për intensitetin e dritës mund të ndahen në bimë që e duan dritën, që e duan dritën mesatarisht dhe që tolerojnë dritën pak. Perimet janë kryesisht bimë që e duan dritën, dhe pikat e tyre të kompensimit të dritës dhe pikat e ngopjes së dritës janë relativisht të larta. Në fabrikat e bimëve të dritës artificiale, kërkesat përkatëse të kulturave për intensitetin e dritës janë një bazë e rëndësishme për zgjedhjen e burimeve artificiale të dritës. Të kuptuarit e kërkesave të dritës së bimëve të ndryshme është e rëndësishme për projektimin e burimeve artificiale të dritës. Është jashtëzakonisht e nevojshme të përmirësohet performanca e prodhimit të sistemit.

■ Cilësia e dritës

Shpërndarja e cilësisë së dritës (spektrale) ka gjithashtu një ndikim të rëndësishëm në fotosintezën dhe morfogjenezën e bimëve (Figura 1). Drita është pjesë e rrezatimit, dhe rrezatimi është një valë elektromagnetike. Valët elektromagnetike kanë karakteristika valore dhe karakteristika kuantike (grimcash). Kuanti i dritës quhet foton në fushën e hortikulturës. Rrezatimi me një diapazon gjatësie vale prej 300~800nm ​​quhet rrezatim fiziologjikisht aktiv i bimëve; dhe rrezatimi me një diapazon gjatësie vale prej 400~700nm quhet rrezatim fotosintetikisht aktiv (PAR) i bimëve.

Klorofili dhe karotenet janë dy pigmentet më të rëndësishme në fotosintezën e bimëve. Figura 2 tregon spektrin spektral të absorbimit të secilit pigment fotosintetik, në të cilin spektri i absorbimit të klorofilës është i përqendruar në brezat e kuq dhe blu. Sistemi i ndriçimit bazohet në nevojat spektrale të kulturave për të plotësuar artificialisht dritën, në mënyrë që të promovojë fotosintezën e bimëve.

■ fotoperiod
Marrëdhënia midis fotosintezës dhe fotomorfogjenezës së bimëve dhe gjatësisë së ditës (ose kohës së fotoperiodës) quhet fotoperioditet i bimëve. Fotoperioditeti është i lidhur ngushtë me orët e dritës, që i referohet kohës kur bima rrezatohet nga drita. Bimë të ndryshme kërkojnë një numër të caktuar orësh drite për të përfunduar fotoperiodën për të lulëzuar dhe për të dhënë fryte. Sipas fotoperiodave të ndryshme, ajo mund të ndahet në bimë ditore, të tilla si lakra etj., të cilat kërkojnë më shumë se 12-14 orë orë drite në një fazë të caktuar të rritjes së saj; bimët ditore, të tilla si qepët, soja etj., kërkojnë më pak se 12-14 orë orë ndriçimi; bimët me diell të mesëm, të tilla si kastravecat, domatet, specat etj., mund të lulëzojnë dhe të japin fryte nën rrezet e diellit më të gjata ose më të shkurtra.
Midis tre elementëve të mjedisit, intensiteti i dritës është një bazë e rëndësishme për përzgjedhjen e burimeve artificiale të dritës. Aktualisht, ekzistojnë shumë mënyra për të shprehur intensitetin e dritës, duke përfshirë kryesisht tre këto që vijojnë.
(1) Ndriçimi i referohet dendësisë sipërfaqësore të fluksit ndriçues (fluksi ndriçues për njësi të sipërfaqes) të marrë në planin e ndriçuar, në lux (lx).

(2) Rrezatimi fotosintetik aktiv, PAR, Njësia: W/m².

(3) Dendësia e fluksit të fotoneve fotosintetikisht efektive PPFD ose PPF është numri i rrezatimit fotosintetikisht efektiv që arrin ose kalon nëpër njësinë e kohës dhe njësinë e sipërfaqes, njësia: μmol/(m²·s). Kryesisht i referohet intensitetit të dritës prej 400~700nm që lidhet drejtpërdrejt me fotosintezën. Është gjithashtu treguesi më i përdorur i intensitetit të dritës në fushën e prodhimit bimor.

Analiza e burimit të dritës së sistemit tipik plotësues të dritës
Shtesa e dritës artificiale synon rritjen e intensitetit të dritës në zonën e synuar ose zgjatjen e kohës së dritës duke instaluar një sistem shtesë drite për të përmbushur kërkesën e bimëve për dritë. Në përgjithësi, sistemi shtesë i dritës përfshin pajisje shtesë drite, qarqe dhe sistemin e tij të kontrollit. Burimet shtesë të dritës përfshijnë kryesisht disa lloje të zakonshme si llambat inkandeshente, llambat fluoreshente, llambat halide metalike, llambat natriumi me presion të lartë dhe LED. Për shkak të efikasitetit të ulët elektrik dhe optik të llambave inkandeshente, efikasitetit të ulët të energjisë fotosintetike dhe mangësive të tjera, është eliminuar nga tregu, kështu që ky artikull nuk bën një analizë të detajuar.

■ Llambë fluoreshente
Llambat fluoreshente i përkasin llojit të llambave të shkarkimit të gazit me presion të ulët. Tubi i qelqit është i mbushur me avuj zhive ose gaz inert, dhe muri i brendshëm i tubit është i veshur me pluhur fluoreshent. Ngjyra e dritës ndryshon në varësi të materialit fluoreshent të veshur në tub. Llambat fluoreshente kanë performancë të mirë spektrale, efikasitet të lartë ndriçues, fuqi të ulët, jetëgjatësi më të madhe (12000 orë) krahasuar me llambat inkandeshente dhe kosto relativisht të ulët. Meqenëse vetë llamba fluoreshente lëshon më pak nxehtësi, ajo mund të jetë afër bimëve për ndriçim dhe është e përshtatshme për kultivim tre-dimensional. Megjithatë, paraqitja spektrale e llambës fluoreshente është e paarsyeshme. Metoda më e zakonshme në botë është shtimi i reflektorëve për të maksimizuar komponentët efektivë të burimit të dritës së të korrave në zonën e kultivimit. Kompania japoneze adv-agri ka zhvilluar gjithashtu një lloj të ri të burimit plotësues të dritës HEFL. HEFL në fakt i përket kategorisë së llambave fluoreshente. Është termi i përgjithshëm për llambat fluoreshente me katodë të ftohtë (CCFL) dhe llambat fluoreshente me elektrodë të jashtme (EEFL), dhe është një llambë fluoreshente me elektrodë të përzier. Tubi HEFL është jashtëzakonisht i hollë, me një diametër prej vetëm rreth 4 mm, dhe gjatësia mund të rregullohet nga 450 mm në 1200 mm sipas nevojave të kultivimit. Është një version i përmirësuar i llambës fluoreshente konvencionale.

■ Llambë halide metalike
Llampa halide metalike është një llambë shkarkimi me intensitet të lartë që mund të ngacmojë elementë të ndryshëm për të prodhuar gjatësi vale të ndryshme duke shtuar halide të ndryshme metalike (bromur kallaji, jodur natriumi, etj.) në tubin e shkarkimit në bazë të një llambë merkuri me presion të lartë. Llambat halogjene kanë efikasitet të lartë ndriçues, fuqi të lartë, ngjyrë të mirë drite, jetëgjatësi të gjatë dhe spektër të gjerë. Megjithatë, për shkak se efikasiteti ndriçues është më i ulët se ai i llambave të natriumit me presion të lartë dhe jetëgjatësia është më e shkurtër se ajo e llambave të natriumit me presion të lartë, aktualisht përdoret vetëm në disa fabrika.

■ Llambë natriumi me presion të lartë
Llambat e natriumit me presion të lartë i përkasin llojit të llambave të shkarkimit të gazit me presion të lartë. Llambat e natriumit me presion të lartë janë një llambë me efikasitet të lartë në të cilën avulli i natriumit me presion të lartë mbushet në tubin e shkarkimit dhe shtohet një sasi e vogël ksenoni (Xe) dhe halide metalike të merkurit. Meqenëse llambat e natriumit me presion të lartë kanë efikasitet të lartë të konvertimit elektro-optik me kosto më të ulëta prodhimi, llambat e natriumit me presion të lartë janë aktualisht më të përdorurat në aplikimin e dritës plotësuese në objektet bujqësore. Megjithatë, për shkak të mangësive të efikasitetit të ulët fotosintetik në spektrin e tyre, ato kanë mangësitë e efikasitetit të ulët të energjisë. Nga ana tjetër, përbërësit spektralë të emetuar nga llambat e natriumit me presion të lartë janë përqendruar kryesisht në brezin e dritës së verdhë-portokalli, të cilit i mungojnë spektrat e kuq dhe blu të nevojshëm për rritjen e bimëve.

■ Diodë që lëshon dritë
Si një brez i ri burimesh drite, diodat që lëshojnë dritë (LED) kanë shumë përparësi, të tilla si efikasitet më i lartë i konvertimit elektro-optik, spektër i rregullueshëm dhe efikasitet i lartë fotosintetik. LED mund të lëshojë dritë monokromatike të nevojshme për rritjen e bimëve. Krahasuar me llambat fluoreshente të zakonshme dhe burimet e tjera plotësuese të dritës, LED ka përparësitë e kursimit të energjisë, mbrojtjes së mjedisit, jetëgjatësisë, dritës monokromatike, burimit të dritës së ftohtë e kështu me radhë. Me përmirësimin e mëtejshëm të efikasitetit elektro-optik të LED-ve dhe uljen e kostove të shkaktuara nga efekti i shkallës, sistemet e ndriçimit LED për rritjen e bimëve do të bëhen pajisja kryesore për plotësimin e dritës në objektet bujqësore. Si rezultat, dritat LED për rritjen e bimëve janë aplikuar në mbi 99.9% të bimëve dhe fabrikave.

Nëpërmjet krahasimit, karakteristikat e burimeve të ndryshme plotësuese të dritës mund të kuptohen qartë, siç tregohet në Tabelën 1.

Pajisje ndriçimi mobile
Intensiteti i dritës është i lidhur ngushtë me rritjen e të korrave. Kultivimi tre-dimensional përdoret shpesh në fabrikat e bimëve. Megjithatë, për shkak të kufizimit të strukturës së rafteve të kultivimit, shpërndarja e pabarabartë e dritës dhe temperaturës midis rafteve do të ndikojë në rendimentin e të korrave dhe periudha e korrjes nuk do të sinkronizohet. Një kompani në Pekin ka zhvilluar me sukses një pajisje shtesë të dritës me ngritje manuale (ndricues HPS dhe ndriçues LED për rritje) në vitin 2010. Parimi është që të rrotullohet boshti i lëvizjes dhe mbështjellësi i fiksuar në të duke tundur dorezën për të rrotulluar bobinën e vogël të filmit për të arritur qëllimin e tërheqjes dhe shpalosjes së litarit të telit. Litari i telit i dritës së rritjes është i lidhur me rrotën mbështjellëse të ashensorit përmes grupeve të shumta të rrotave kthyese, në mënyrë që të arrihet efekti i rregullimit të lartësisë së dritës së rritjes. Në vitin 2017, kompania e lartpërmendur projektoi dhe zhvilloi një pajisje të re mobile shtesë të dritës, e cila mund të rregullojë automatikisht lartësinë e shtesës së dritës në kohë reale sipas nevojave të rritjes së të korrave. Pajisja e rregullimit tani është instaluar në raftin e kultivimit tre-dimensional të tipit ngritës të burimit të dritës me 3 shtresa. Shtresa e sipërme e pajisjes është niveli me kushtet më të mira të ndriçimit, kështu që është e pajisur me llamba natriumi me presion të lartë; shtresa e mesme dhe shtresa e poshtme janë të pajisura me drita LED për rritje dhe një sistem rregullimi të ngritjes. Mund të rregullojë automatikisht lartësinë e dritës së rritjes për të siguruar një mjedis të përshtatshëm ndriçimi për të korrat.

Krahasuar me pajisjen mobile plotësuese të dritës të përshtatur për kultivim tredimensional, Holanda ka zhvilluar një pajisje plotësuese të dritës LED të rritjes me lëvizje horizontale. Për të shmangur ndikimin e hijes së dritës së rritjes në rritjen e bimëve në diell, sistemi i dritës së rritjes mund të shtyhet në të dyja anët e kllapës përmes rrëshqitëses teleskopike në drejtimin horizontal, në mënyrë që dielli të rrezatohet plotësisht mbi bimët; në ditë me re dhe me shi pa rrezet e diellit, shtyjeni sistemin e dritës së rritjes në mes të kllapës në mënyrë që drita e sistemit të dritës së rritjes të mbushë në mënyrë të barabartë bimët; lëvizni sistemin e dritës së rritjes horizontalisht përmes rrëshqitëses në kllapë, shmangni çmontimin dhe heqjen e shpeshtë të sistemit të dritës së rritjes dhe zvogëloni intensitetin e punës së punonjësve, duke përmirësuar kështu në mënyrë efektive efikasitetin e punës.

Idetë e projektimit të sistemit tipik të dritës së rritjes
Nuk është e vështirë të shihet nga dizajni i pajisjes plotësuese të ndriçimit celular se dizajni i sistemit plotësues të ndriçimit të fabrikës së bimëve zakonisht merr intensitetin e dritës, cilësinë e dritës dhe parametrat e fotoperiodës së periudhave të ndryshme të rritjes së të korrave si përmbajtje thelbësore të dizajnit, duke u mbështetur në sistemin inteligjent të kontrollit për t'u zbatuar, duke arritur qëllimin përfundimtar të kursimit të energjisë dhe rendimentit të lartë.

Aktualisht, projektimi dhe ndërtimi i dritës plotësuese për perimet me gjethe është pjekur gradualisht. Për shembull, perimet me gjethe mund të ndahen në katër faza: faza e fidanëve, faza e rritjes së mesme, faza e rritjes së vonë dhe faza e fundit; perimet frutore mund të ndahen në fazën e fidanëve, fazën e rritjes vegjetative, fazën e lulëzimit dhe fazën e korrjes. Nga atributet e intensitetit të dritës plotësuese, intensiteti i dritës në fazën e fidanëve duhet të jetë pak më i ulët, në 60~200 μmol/(m²·s), dhe pastaj të rritet gradualisht. Perimet me gjethe mund të arrijnë deri në 100~200 μmol/(m²·s), dhe perimet frutore mund të arrijnë 300~500 μmol/(m²·s) për të siguruar kërkesat e intensitetit të dritës së fotosintezës së bimëve në çdo periudhë rritjeje dhe për të përmbushur nevojat e rendimentit të lartë; Sa i përket cilësisë së dritës, raporti i të kuqes me blunë është shumë i rëndësishëm. Për të rritur cilësinë e fidanëve dhe për të parandaluar rritjen e tepërt në fazën e fidanëve, raporti i të kuqes me blunë në përgjithësi vendoset në një nivel të ulët [(1~2):1], dhe më pas zvogëlohet gradualisht për të përmbushur nevojat e morfologjisë së dritës së bimës. Raporti i të kuqes me blunë te perimet me gjethe mund të vendoset në (3~6):1. Për fotoperiodën, ngjashëm me intensitetin e dritës, duhet të tregojë një tendencë rritjeje me zgjatjen e periudhës së rritjes, në mënyrë që perimet me gjethe të kenë më shumë kohë fotosintetike për fotosintezën. Dizajni i shtesave të dritës së frutave dhe perimeve do të jetë më i ndërlikuar. Përveç ligjeve themelore të lartpërmendura, duhet të përqendrohemi në vendosjen e fotoperiodës gjatë periudhës së lulëzimit, dhe lulëzimi dhe frytëzimi i perimeve duhet të promovohen, në mënyrë që të mos kthehen mbrapsht.

Vlen të përmendet se formula e dritës duhet të përfshijë trajtimin përfundimtar për mjedise me dritë. Për shembull, plotësimi i vazhdueshëm i dritës mund të përmirësojë shumë rendimentin dhe cilësinë e fidanëve të perimeve me gjethe hidroponike, ose përdorimi i trajtimit UV për të përmirësuar ndjeshëm cilësinë ushqyese të filizave dhe perimeve me gjethe (veçanërisht gjetheve vjollcë dhe sallatës me gjethe të kuqe).

Përveç optimizimit të plotësimit të dritës për kulturat e zgjedhura, sistemi i kontrollit të burimit të dritës i disa fabrikave të bimëve me dritë artificiale është zhvilluar gjithashtu me shpejtësi vitet e fundit. Ky sistem kontrolli bazohet përgjithësisht në strukturën B/S. Kontrolli në distancë dhe kontrolli automatik i faktorëve mjedisorë si temperatura, lagështia, drita dhe përqendrimi i CO2 gjatë rritjes së kulturave realizohen përmes WIFI-t, dhe në të njëjtën kohë, realizohet një metodë prodhimi që nuk kufizohet nga kushtet e jashtme. Ky lloj sistemi inteligjent plotësues i dritës përdor ndriçues LED për rritjen si burim drite plotësues, i kombinuar me sistemin inteligjent të kontrollit në distancë, mund të përmbushë nevojat e ndriçimit të gjatësisë së valës së bimëve, është veçanërisht i përshtatshëm për mjedisin e kultivimit të bimëve të kontrolluar nga drita dhe mund të përmbushë mirë kërkesën e tregut.

Vërejtje përfundimtare
Fabrikat e bimëve konsiderohen si një mënyrë e rëndësishme për të zgjidhur problemet botërore të burimeve, popullsisë dhe mjedisit në shekullin e 21-të, dhe një mënyrë e rëndësishme për të arritur vetëmjaftueshmërinë ushqimore në projektet e ardhshme të teknologjisë së lartë. Si një lloj i ri i metodës së prodhimit bujqësor, fabrikat e bimëve janë ende në fazën e të mësuarit dhe rritjes, dhe nevojitet më shumë vëmendje dhe kërkim. Ky artikull përshkruan karakteristikat dhe avantazhet e metodave të zakonshme të ndriçimit plotësues në fabrikat e bimëve dhe prezanton idetë e projektimit të sistemeve tipike të ndriçimit plotësues të të korrave. Nuk është e vështirë të gjesh përmes krahasimit, në mënyrë që të përballosh dritën e ulët të shkaktuar nga moti i ashpër, siç janë retë dhe mjegulla e vazhdueshme, dhe për të siguruar prodhim të lartë dhe të qëndrueshëm të të korrave të impianteve, pajisjet e burimit të dritës LED Grow janë më në përputhje me trendet aktuale të zhvillimit.

Drejtimi i ardhshëm i zhvillimit të fabrikave të bimëve duhet të përqendrohet në sensorë të rinj me saktësi të lartë dhe kosto të ulët, sisteme pajisjesh ndriçimi me spektër të rregullueshëm, të kontrollueshëm nga distanca dhe sisteme kontrolli nga ekspertë. Në të njëjtën kohë, fabrikat e ardhshme të bimëve do të vazhdojnë të zhvillohen drejt burimeve të dritës LED për rritjen e bimëve ofrojnë garanci për kontrollin mjedisor me saktësi të lartë të fabrikave të bimëve. Rregullimi i mjedisit të dritës LED është një proces kompleks që përfshin rregullim gjithëpërfshirës të cilësisë së dritës, intensitetit të dritës dhe fotoperiodës. Ekspertët dhe studiuesit përkatës duhet të kryejnë kërkime të thella, duke promovuar ndriçimin plotësues LED në fabrikat e bimëve të dritës artificiale.