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

Fabrika e uzinës kombinon industrinë moderne, bioteknologjinë, hidroponikën e lëndëve ushqyese dhe teknologjinë e informacionit për të zbatuar kontrollin me saktësi të lartë të faktorëve mjedisorë në objekt.Është plotësisht i mbyllur, ka kërkesa të ulëta për mjedisin përreth, shkurton periudhën e vjeljes së bimëve, kursen ujë dhe pleh, dhe me avantazhet e prodhimit jo të pesticideve dhe pa shkarkimin e mbetjeve, efikasiteti i përdorimit të tokës për njësinë është 40 deri në 108 herë më shumë se ai. të prodhimit në terren të hapur.Midis tyre, burimi inteligjent i dritës artificiale dhe rregullimi i tij i mjedisit 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 materialit.“Një nga karakteristikat kryesore të fabrikës 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 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 korrave, 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 të korrave, të tilla si lulëzimi, gjatësia e ndërnyjeve, trashësia e kërcellit dhe madhësia dhe trashësia e gjetheve.Kërkesat e bimëve për intensitetin e dritës mund të ndahen në bimë dritëdashëse, mesatare dritëdashëse dhe tolerante ndaj dritës së ulët.Perimet janë kryesisht bimë dritëdashëse, dhe pikat e tyre të kompensimit të dritës dhe pikat e ngopjes së dritës janë relativisht të larta.Në fabrikat e bimëve me dritë artificiale, kërkesat përkatëse të kulturave për intensitetin e dritës janë një bazë e rëndësishme për zgjedhjen e burimeve të dritës artificiale.Kuptimi i kërkesave për dritë të bimëve të ndryshme është i rëndësishëm për projektimin e burimeve artificiale të dritës, është jashtëzakonisht e nevojshme të përmirësohet performanca e prodhimit të sistemit.

■ Cilësi e dritës

Shpërndarja e cilësisë së dritës (spektrale) gjithashtu ka 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 gjatësi vale 300~800nm ​​quhet rrezatim fiziologjikisht aktiv i bimëve;dhe rrezatimi me gjatësi vale 400~700nm quhet rrezatim aktiv fotosintetik (PAR) i bimëve.

Klorofili dhe karotenet janë dy pigmentet më të rëndësishme në fotosintezën e bimëve.Figura 2 tregon spektrin spektral të absorbimit të çdo pigmenti fotosintetik, në të cilin spektri i përthithjes së klorofilit 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.

■ fotoperiudha
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 kultura rrezatohet nga drita.Kultura të ndryshme kërkojnë një numër të caktuar orësh drite për të përfunduar fotoperiudën për të lulëzuar dhe për të dhënë fryte.Sipas fotoperiodave të ndryshme, ajo mund të ndahet në kultura ditore, si lakra etj., të cilat kërkojnë më shumë se 12-14 orë dritë në një fazë të caktuar të rritjes së saj;kulturat ditore të shkurtra, si qepa, soja, etj., kërkojnë më pak se 12-14 orë orë ndriçimi;Të lashtat me diell mesatar, të tilla si kastravecat, domatet, specat, etj., mund të lulëzojnë dhe të japin fryte nën rrezet 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 të mëposhtmet.
(1) Ndriçimi i referohet densitetit sipërfaqësor të fluksit ndriçues (fluksi i ndritshëm për njësi sipërfaqe) të marrë në rrafshin e ndriçuar, në luks (lx).

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

(3) Dendësia e fluksit fotosintetikisht efektiv PPFD ose PPF është numri i rrezatimit efektiv fotosintetik që arrin ose kalon nëpër njësi të kohës dhe sipërfaqes njësi, njësi: μmol/(m²·s). Kryesisht i referohet intensitetit të dritës prej 400~700 nm. të lidhura 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 suplementar të dritës
Shtesa e dritës artificiale është të rrisë intensitetin e dritës në zonën e synuar ose të zgjasë kohën e dritës duke instaluar një sistem ndriçimi shtesë për të përmbushur kërkesën për dritë të bimëve.Në përgjithësi, sistemi i dritës shtesë përfshin pajisje shtesë të dritës, qarqe dhe sistemin e tij të kontrollit.Burimet suplementare të dritës përfshijnë kryesisht disa lloje të zakonshme si llambat inkandeshente, llambat fluoreshente, llambat haloride 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 eliminuar nga tregu, kështu që ky artikull nuk bën një analizë të detajuar.

■ Llamba fluoreshente
Llambat fluoreshente i përkasin llojit të llambave të shkarkimit të gazit me presion të ulët.Tubi i qelqit është i mbushur me avull merkuri ose gaz inert, dhe muri i brendshëm i tubit është i veshur me pluhur fluoreshente.Ngjyra e dritës ndryshon me materialin fluoreshent të veshur në tub.Llambat fluoreshente kanë performancë të mirë spektrale, efikasitet të lartë ndriçues, fuqi të ulët, jetë më të gjatë (12000h) krahasuar 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 e përshtatshme për kultivim tredimensionale.Sidoqoftë, 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 të kulturave në zonën e kultivimit.Kompania japoneze adv-agri ka zhvilluar gjithashtu një lloj të ri të burimit shtesë 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 halogjene metalike
Llamba e halogjenit të metalit është një llambë shkarkimi me intensitet të lartë që mund të ngacmojë elementë të ndryshëm për të prodhuar gjatësi vale të ndryshme duke shtuar halogjene 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 të dritës, jetë të gjatë dhe spektër të madh.Megjithatë, për shkak se efikasiteti i ndriçimit 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 të fabrikës.

■ 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 avulli i natriumit me presion të lartë mbushet në tubin e shkarkimit dhe shtohet një sasi e vogël ksenon (Xe) dhe halide metalike të merkurit.Për shkak se 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 shtesë në objektet bujqësore.Megjithatë, për shkak të mangësive të efikasitetit të ulët fotosintetik në spektrin e tyre, ato kanë të metat e efikasitetit të ulët të energjisë.Nga ana tjetër, komponentët spektralë të emetuar nga llambat e natriumit me presion të lartë janë të përqendruar kryesisht në brezin e dritës verdhë-portokalli, të cilit i mungojnë spektri i kuq dhe blu i nevojshëm për rritjen e bimëve.

■ Dioda që lëshon dritë
Si një gjeneratë e re e burimeve të dritës, 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 avantazhet e kursimit të energjisë, mbrojtjes së mjedisit, jetëgjatësisë, 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 në 99.9% të fabrikave të bimëve.

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

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

Krahasuar me pajisjen e lëvizshme shtesë të dritës të përshtatur për kultivim tre-dimensionale, Holanda ka zhvilluar një pajisje të lëvizshme horizontalisht të dritës shtesë të rritjes LED.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 drejtim 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 rritjes së dritës në mes të kllapës për të bërë që drita e sistemit të dritës së rritjes të mbushë në mënyrë të barabartë bimët;lëvizni sistemin e dritës së rritjes horizontalisht përmes rrëshqitjes në kllapa, shmangni çmontimin dhe heqjen e shpeshtë të sistemit të dritës së rritjes dhe zvogëloni intensitetin e punës së punonjësve, duke përmirësuar 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 suplementare të ndriçimit të lëvizshëm që dizajni i sistemit të ndriçimit plotësues të fabrikës zakonisht merr intensitetin e dritës, cilësinë e dritës dhe parametrat fotoperiodike të periudhave të ndryshme të rritjes së të korrave si përmbajtje thelbësore të dizajnit. , duke u mbështetur në sistemin inteligjent të kontrollit për të zbatuar, duke arritur qëllimin përfundimtar të kursimit të energjisë dhe rendimentit të lartë.

Aktualisht, dizajni dhe ndërtimi i dritës shtesë për perimet me gjethe është pjekur gradualisht.Për shembull, perimet me gjethe mund të ndahen në katër faza: faza e fidanëve, në mes të rritjes, e vonshme dhe faza përfundimtare;fruta-perimet mund të ndahen në fazën e fidanëve, fazën e rritjes vegjetative, fazën e lulëzimit dhe fazën e vjeljes.Nga atributet e intensitetit shtesë të dritës, intensiteti i dritës në fazën e fidanit duhet të jetë pak më i ulët, në 60~200 μmol/(m²·s), dhe më pas të rritet gradualisht.Perimet me gjethe mund të arrijnë deri në 100~200 μmol/(m²·s), dhe perimet me fruta mund të arrijnë 300~500 μmol/(m²·s) për të siguruar kërkesat e intensitetit të dritës të fotosintezës së bimëve në çdo periudhë rritjeje dhe për të përmbushur nevojat e rendiment i lartë;Për sa i përket cilësisë së dritës, raporti i ngjyrës së kuqe me blu është shumë i rëndësishëm.Për të rritur cilësinë e fidanëve dhe për të parandaluar rritjen e tepërt në fazën e fidanëve, raporti i kuq me blunë përgjithësisht vendoset në një nivel të ulët [(1~2):1], dhe më pas reduktohet gradualisht për të përmbushur nevojat e bimës. morfologjia e dritës.Raporti i perimeve me gjethe të kuqe me blu mund të vendoset në (3~6):1.Për fotoperiodën, e ngjashme 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 fotosintezë.Dizajni i suplementit të lehtë të frutave dhe perimeve do të jetë më i ndërlikuar.Krahas ligjeve bazë të sipërpërmendura, duhet të fokusohemi në vendosjen e fotoperiodës gjatë periudhës së lulëzimit, si dhe duhet nxitur lulëzimi dhe frytëzimi i perimeve, që të mos rezultojë i kundërt.

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

Përveç optimizimit të plotësimit të dritës për kulturat e zgjedhura, sistemi i kontrollit të burimit të dritës në disa fabrika të bimëve të dritës 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 dhe njëkohësisht realizohet një metodë prodhimi që nuk kufizohet nga kushtet e jashtme.Ky lloj sistemi inteligjent i dritës plotësuese përdor ndriçuesin LED si burim drite plotësuese, i kombinuar me sistemin e kontrollit inteligjent në distancë, mund të plotësojë nevojat e ndriçimit të gjatësisë valore të bimëve, është veçanërisht i përshtatshëm për mjedisin e kultivimit të bimëve të kontrolluar nga drita dhe mund të përmbushë mirë kërkesën e tregut .

Vërejtjet përfundimtare
Fabrikat e bimëve konsiderohen të jenë 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 vetë-mjaftueshmërinë 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 kërkime.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 kulturave.Nuk është e vështirë të gjendet përmes krahasimit, për të përballuar dritën e ulët të shkaktuar nga moti i rëndë si p.sh. me re dhe mjegull të vazhdueshme dhe për të siguruar prodhim të lartë dhe të qëndrueshëm të të korrave të objektit, pajisjet me burim drite LED Grow janë 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 me spektër të rregullueshëm dhe të kontrollueshëm nga distanca dhe sisteme të ekspertëve të kontrollit.Në të njëjtën kohë, fabrikat e ardhshme të uzinës do të vazhdojnë të zhvillohen drejt kostos së ulët, inteligjente dhe vetë-përshtatëse.Përdorimi dhe popullarizimi i burimeve të dritës së rritjes LED siguron garanci për kontroll mjedisor me saktësi 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 periudhës së fotos.Ekspertët dhe studiuesit përkatës duhet të kryejnë kërkime të thelluara, duke promovuar ndriçimin plotësues LED në fabrikat e bimëve me dritë artificiale.