Autori: Jing Zhao ， Zengchan Zhou ， Yunlong Bu, etj. Media burimore Teknologjia e Inxhinierisë Bujqësore (kopshtaria e serrës)

Fabrika e bimëve kombinon industrinë moderne, bioteknologjinë, hidroponikën ushqyese dhe teknologjinë e informacionit për të zbatuar kontrollin me precizion të lartë të faktorëve mjedisorë në objekt. Isshtë mbyllur plotësisht, ka kërkesa të ulëta në mjedisin përreth, shkurton periudhën e korrjes së bimëve, kursen ujë dhe pleh, dhe me avantazhet e prodhimit jo-pesticide dhe pa shkarkime të mbeturinave, efikasiteti i përdorimit të tokës është 40 deri në 108 herë nga kjo të prodhimit të fushës së hapur. Midis tyre, burimi inteligjent i dritës artificiale dhe rregullimi i tij i mjedisit të lehtë luajnë një rol vendimtar në efikasitetin e tij të prodhimit.

Si një faktor i rëndësishëm fizik mjedisor, drita luan një rol kryesor në rregullimin e rritjes së bimëve dhe metabolizmit material. "Një nga karakteristikat kryesore të fabrikës së bimëve është burimi i plotë artificial i dritës 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 i fotosintezës së bimëve. Intensiteti i dritës, cilësia e dritës (spektri) dhe ndryshimet periodike të dritës kanë një ndikim të thellë në rritjen dhe zhvillimin e të lashtave, ndër të cilat intensiteti i dritës ka ndikimin më të madh në fotosintezën e bimëve.

’ Intensitet

Intensiteti i dritës mund të ndryshojë morfologjinë e të lashtave, të tilla si lulëzimi, gjatësia e internodit, trashësia e rrjedhin dhe madhësia dhe trashësia e gjetheve. Kërkesat e bimëve për intensitetin e dritës mund të ndahen në bimë të lehta, të lehta mesatare dhe bimë me dritë të ulët. Perimet janë kryesisht bimë të lehta, dhe pikat e tyre të kompensimit të dritës dhe pikat e ngopjes së dritës janë relativisht të larta. Në fabrikat e bimëve artificiale të bimëve, kërkesat përkatëse të të lashtave 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 i rëndësishëm për hartimin e burimeve artificiale të dritës, është jashtëzakonisht e nevojshme të përmirësohet performanca e prodhimit të sistemit.

’ Cilësi e lehtë

Shpërndarja e cilësisë së dritës (spektrale) gjithashtu ka një ndikim të rëndësishëm në fotosintezën e bimëve dhe morfogjenezën (Figura 1). Drita është pjesë e rrezatimit, dhe rrezatimi është një valë elektromagnetike. Valët elektromagnetike kanë karakteristika të valës dhe karakteristika kuantike (grimcë). Sasia e dritës quhet foton në fushën e kopshtarisë. Rrezatimi me një gamë të gjatësisë së valës prej 300 ~ 800NM quhet rrezatim fiziologjikisht aktiv i bimëve; dhe rrezatimi me një gamë të gjatësisë së valës 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 e thithjes spektrale të secilit pigment fotosintetik, në të cilin spektri i thithjes së klorofilit është përqendruar në shiritat e kuq dhe blu. Sistemi i ndriçimit bazohet në nevojat spektrale të të lashtave për të plotësuar artificialisht dritën, në mënyrë që të promovojë fotosintezën e bimëve.

■ Photoperiod
Marrëdhënia midis fotosintezës dhe fotomorfogjenezës së bimëve dhe gjatësisë së ditës (ose kohës së fotoperiodit) quhet Photoperiodity e bimëve. Fotoperiodimi është i lidhur ngushtë me orët e dritës, e cila i referohet kohës kur të korrat rrezatohen nga drita. Të lashtat e ndryshme kërkojnë një numër të caktuar të orëve të dritës për të përfunduar fotoperiodin për të lulëzuar dhe për të dhënë fruta. Sipas fotoperiodëve të ndryshëm, ai mund të ndahet në të lashtat ditore, siç është lakra, etj., Të cilat kërkojnë më shumë se 12-14h orë dritë në një fazë të caktuar të rritjes së saj; Të lashtat e ditës së shkurtër, të tilla si qepë, soje, etj., Kërkojnë më pak se 12-14h orë ndriçimi; Të lashtat e diellit të mesëm, të tilla si tranguj, domate, speca, etj., Mund të lulëzojnë dhe të japin fruta nën dritën e diellit më të gjatë ose më të shkurtër.
Ndër tre elementët e mjedisit, intensiteti i dritës është një bazë e rëndësishme për zgjedhjen e burimeve artificiale të dritës. Aktualisht, ka shumë mënyra për të shprehur intensitetin e dritës, kryesisht duke përfshirë tre në vijim.
（1） Ndriçimi i referohet densitetit të sipërfaqes së fluksit të ndritshëm (fluksi i ndritshëm për zonë njësi) të marrë në aeroplanin e ndriçuar, në Lux (LX).

（2） Rrezatimi fotosintetikisht aktiv, par ， njësia ： w/m²。

（3） PPFD e fluksit të fotonit të efektshëm fotosintetikisht PPFD ose PPF është numri i rrezatimit efektiv fotosintetikisht që arrin ose kalon nëpër kohën e njësisë dhe zonën e njësisë, njësia ： μmol/(M² · S) 。Mainly i referohet intensitetit të dritës prej 400 ~ 700NM Lidhur drejtpërdrejt me fotosintezën. Alsoshtë gjithashtu treguesi më i përdorur me intensitet të dritës në fushën e prodhimit të bimëve.

Analiza e burimit të dritës së sistemit tipik të dritës plotësuese
Shtojca e dritës artificiale është të rrisë intensitetin e dritës në zonën e synuar ose të zgjasë kohën e dritës duke instaluar një sistem të dritës shtesë për të përmbushur kërkesën e dritës së bimëve. Në përgjithësi, sistemi plotësues i dritës përfshin pajisje shtesë të dritës, qarqet dhe sistemin e tij të kontrollit. Burimet plotësuese të dritës përfshijnë kryesisht disa lloje të zakonshme siç janë llambat inkandeshente, llambat fluoreshente, llambat halide metalike, llambat e natriumit 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, ai është eleminuar nga tregu, kështu që ky artikull nuk bën një analizë të hollësishme.

Lamp Llambë fluoreshente
Llambat fluoreshente i përkasin llojit të llambave të shkarkimit të gazit me presion të ulët. Tubi i qelqit është i mbushur me avull të merkurit ose gaz inert, dhe muri i brendshëm i tubit është i veshur me pluhur fluoreshente. Ngjyra e dritës ndryshon me materialin fluoreshente të veshur në tub. Llambat fluoreshente kanë performancë të mirë spektrale, efikasitet të lartë shkëlqyes, fuqi të ulët, jetë më të gjatë (12000h) në krahasim me llambat inkandeshente dhe kosto relativisht të ulët. Për shkak se vetë llamba fluoreshente lëshon më pak nxehtësi, mund të jetë afër bimëve për ndriçim dhe është i përshtatshëm për kultivimin tre-dimensional. Sidoqoftë, paraqitja spektrale e llambës fluoreshente është e paarsyeshme. Metoda më e zakonshme në botë është të shtoni reflektorë për të maksimizuar përbërësit efektivë të burimit të dritës së të lashtave në zonën e kultivimit. Kompania Japoneze Adv-Agri ka zhvilluar gjithashtu një lloj të ri të burimit të dritës plotësuese HEFL. HEFL në të vërtetë i përket kategorisë së llambave fluoreshente. Termshtë termi i përgjithshëm për llambat fluoreshente të katodës së ftohtë (CCFL) dhe llambat fluoreshente të elektrodës së jashtme (EEFL), dhe është një llambë fluoreshente e elektrodës së përzier. Tubi HEFL është jashtëzakonisht i hollë, me një diametër vetëm rreth 4 mm, dhe gjatësia mund të rregullohet nga 450 mm në 1200 mm sipas nevojave të kultivimit. Shtë një version i përmirësuar i llambës fluoreshente konvencionale.

Lamp Llambë Halide Metal
Llamba e halidit metalik është një llambë shkarkimi me intensitet të lartë që mund të ngacmojë elemente të ndryshme për të prodhuar gjatësi vale të ndryshme duke shtuar halide të ndryshme metalike (bromid kallaji, jodid natriumi, etj.) Në tubin e shkarkimit në bazë të një llambë merkuri me presion të lartë. Llambat halogjene kanë efikasitet të lartë të ndritshëm, fuqi të lartë, ngjyrë të mirë të dritës, jetë të gjatë dhe spektër të madh. Sidoqoftë, për shkak se efikasiteti i ndritshëm është më i ulët se ai i llambave të natriumit me presion të lartë, dhe jeta është më e shkurtër se ajo e llambave të natriumit me presion të lartë, aktualisht përdoret vetëm në disa fabrika të bimëve.

Lamp 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. Llamba e natriumit me presion të lartë është një llambë me efikasitet të lartë, në të cilën shtohet avulli i natriumit me presion të lartë në tubin e shkarkimit, dhe shtohet një sasi e vogël e ksenonit (XE) dhe halidit metalik të merkurit. Për shkak se llambat e natriumit me presion të lartë kanë efikasitet të lartë elektro-optik të konvertimit me kosto më të ulët prodhimi, llambat e natriumit me presion të lartë aktualisht përdoren më gjerësisht në aplikimin e dritës plotësuese në objektet bujqësore. Sidoqoftë, për shkak të mangësive të efikasitetit të ulët fotosintetik në spektrin e tyre, ata kanë të metat 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 mungon spektrat e kuq dhe blu të domosdoshëm për rritjen e bimëve.

■ Diodë që lëshon dritë
Si një gjeneratë e re e burimeve të dritës, diodat që lëshojnë dritë (LED) kanë shumë përparësi të tilla si efikasiteti më i lartë elektro-optik i konvertimit, spektri i rregullueshëm dhe efikasiteti 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 të dritës plotësuese, LED ka avantazhet e kursimit të energjisë, mbrojtjes së mjedisit, jetës së gjatë, dritës monokromatike, burimit të dritës së ftohtë etj. Me përmirësimin e mëtejshëm të efikasitetit elektro-optik të LED-ve dhe uljen e kostove të shkaktuara nga efekti i shkallës, sistemet e ndriçimit të rritjes LED do të bëhen pajisjet kryesore për plotësimin e dritës në objektet bujqësore. Si rezultat, dritat e rritjes LED janë aplikuar mbi 99.9% fabrika të bimëve.

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

Pajisje ndriçimi celular
Intensiteti i dritës është i lidhur ngushtë me rritjen e të lashtave. Kultivimi tre-dimensional shpesh përdoret në fabrikat e bimëve. Sidoqoftë, 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 lashtave dhe periudha e korrjes nuk do të sinkronizohet. Një kompani në Pekin ka zhvilluar me sukses një pajisje manuale të ngritjes së dritës së ngritjes (ndeshja e ndriçimit HPS dhe LED Rritja e ndriçimit) në vitin 2010. Parimi është që të rrotullohet boshti i makinës dhe Winder i fiksuar në të duke tundur dorezën për të rrotulluar mbështjelljen e filmit të vogël Për të arritur qëllimin e tërheqjes dhe lëshimit të litarit të telit. Litari i telit të dritës së rritjes është e lidhur me timonin dredha -dredha të ashensorit përmes grupeve të shumta të rrotave përmbysëse, 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 shtesë të dritës celulare, e cila automatikisht mund të rregullojë 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 burimit të dritës me 3 shtresa. Shtresa e sipërme e pajisjes është niveli me gjendjen më të mirë të dritës, kështu që është e pajisur me llamba natriumi me presion të lartë; Shtresa e mesme dhe shtresa e poshtme janë të pajisura me drita të rritura LED dhe një sistem rregullimi ngritës. Mund të rregullojë automatikisht lartësinë e dritës së rritjes për të siguruar një mjedis të përshtatshëm ndriçimi për të lashtat.

Krahasuar me pajisjen shtesë të dritës celulare të përshtatur për kultivimin tre-dimensional, Hollanda ka zhvilluar një pajisje të dritës LED të LED-it të LED-it të LED-it të LED-it. 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 dy anët e kllapës përmes rrëshqitjes teleskopike në drejtimin horizontal, në mënyrë që dielli të jetë plotësisht rrezatuar në bimë; Në ditët me re dhe me shi pa rrezet e diellit, shtyni sistemin e dritës së rritjes në mes të kllapës për të bërë dritën e sistemit të dritës së rritjes në mënyrë të barabartë mbushni bimët; Lëvizni sistemin e dritës së rritjes horizontale përmes rrëshqitjes në kllapa, shmangni çmontimin e shpeshtë dhe heqjen e 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 rritjes së dritës
Nuk është e vështirë të shihet nga hartimi i pajisjes plotësuese të ndriçimit celular që hartimi i sistemit plotësues të ndriçimit të fabrikës së bimëve zakonisht merr intensitetin e dritës, cilësinë e dritës dhe parametrat e fotoperiodit të periudhave të ndryshme të rritjes së të korrave si përmbajtja thelbësore e dizajnit , duke u mbështetur në sistemin e kontrollit inteligjent për të zbatuar, duke arritur qëllimin përfundimtar të kursimit të energjisë dhe rendimentit të lartë.

Aktualisht, hartimi 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, rritja e mesme, rritja e vonë dhe faza e fundit; Vegatablat e frutave mund të ndahen në fazën e fidanëve, fazën e rritjes vegjetative, fazën e lulëzimit dhe fazën e korrjes. Nga atributet e intensitetit shtesë të dritës, intensiteti i dritës në fazën e fidanëve duhet të jetë pak më i ulët, në 60 ~ 200 μmol/(M² · S), dhe pastaj gradualisht të rritet. 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 bimore në secilën periudhë të rritjes dhe të përmbushin nevojat e rendiment i lartë; Për sa i përket cilësisë së dritës, raporti i të kuqes në blu 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 në blu është vendosur përgjithësisht në një nivel të ulët [(1 ~ 2): 1], dhe pastaj gradualisht reduktohet për të përmbushur nevojat e bimës Morfologjia e Dritës. Raporti i perimeve të kuqe në blu dhe me gjethe mund të vendoset në (3 ~ 6): 1. Për fotoperiodin, të ngjashëm me intensitetin e dritës, ai duhet të tregojë një prirje të rritjes me zgjatjen e periudhës së rritjes, në mënyrë që perimet me gjethe të kenë më shumë kohë fotosintetike për fotosintezën. Dizajni shtesë i dritës së frutave dhe perimeve do të jetë më i komplikuar. Përveç ligjeve themelore të lartpërmendura, ne duhet të përqëndrohemi në vendosjen e fotoperiodit gjatë periudhës së lulëzimit, dhe lulëzimi dhe frytja e perimeve duhet të promovohen, në mënyrë që të mos zmbrapset.

Vlen të përmendet se formula e dritës duhet të përfshijë trajtimin përfundimtar për cilësimet e mjedisit të lehtë. Për shembull, plotësimi i vazhdueshëm i dritës mund të përmirësojë në masë të madhe rendimentin dhe cilësinë e fidanëve me perime me gjethe hidroponike, ose të përdorë trajtimin UV për të përmirësuar ndjeshëm lakër dhe perime me gjethe (veçanërisht gjethe vjollcë dhe marule me gjethe të kuqe) cilësi ushqyese.

Përveç optimizimit të plotësimit të dritës për të lashtat e zgjedhura, sistemi i kontrollit të burimit të dritës së disa fabrikave të bimëve artificiale të dritës gjithashtu është zhvilluar me shpejtësi vitet e fundit. Ky sistem kontrolli bazohet në përgjithësi në strukturën B/S. Kontrolli i largët dhe kontrolli automatik i faktorëve mjedisorë si temperatura, lagështia, drita dhe përqendrimi i CO2 gjatë rritjes së të lashtave realizohen përmes WiFi, dhe në të njëjtën kohë, realizohet një metodë prodhimi që nuk kufizohet nga kushtet e jashtme. Ky lloj i sistemit inteligjent të dritës plotësuese përdor LED Rritja e dritës së dritës si burim shtesë i dritës, i kombinuar me sistemin e kontrollit inteligjent të largët, mund të plotësojë nevojat e ndriçimit të gjatësisë së valës së bimëve, është veçanërisht i përshtatshëm për mjedisin e kultivimit të bimëve të kontrolluara nga drita, dhe mund të plotësojë mirë kërkesën e tregut .

Vërejtje përfundimtare
Fabrikat e bimëve konsiderohen të jenë një mënyrë e rëndësishme për të zgjidhur burimet botërore, popullsinë dhe problemet mjedisore në shekullin XXI, dhe një mënyrë të rëndësishme për të arritur vetë-mjaftueshmërinë e ushqimit 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 mësimit dhe rritjes, dhe nevojiten më shumë vëmendje dhe hulumtim. Ky artikull përshkruan karakteristikat dhe avantazhet e metodave të përbashkëta 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 rëndë siç është me re dhe mjegull e vazhdueshme dhe për të siguruar prodhim të lartë dhe të qëndrueshëm të të lashtave të objektit, LED Rritja e pajisjeve me burim të lehtë është më në përputhje me zhvillimin aktual tendencat.

Drejtimi i ardhshëm i zhvillimit të fabrikave të bimëve duhet të përqendrohet në sensorë të rinj me precizion të lartë, me kosto të ulët, sisteme të pajisjeve të ndriçimit të spektrit të kontrollueshëm nga distanca, të rregullueshme dhe sistemet e kontrollit të ekspertëve. Në të njëjtën kohë, fabrikat e ardhshme të bimëve do të vazhdojnë të zhvillohen drejt kostove të ulëta, inteligjente dhe vetë-adaptive. Përdorimi dhe popullarizimi i burimeve të dritës së rritjes LED ofrojnë garanci për kontrollin mjedisor me precizion të lartë të fabrikave të bimëve. Rregullimi i mjedisit të dritës LED është një proces kompleks që përfshin rregullimin gjithëpërfshirës të cilësisë së dritës, intensitetit të dritës dhe fotoperiodit. Ekspertët dhe studiuesit përkatës duhet të kryejnë hulumtime të thella, duke promovuar ndriçimin plotësues LED në fabrikat e bimëve artificiale të dritës.