Авторы: Цзин Чжао, Цзэнчан Чжоу, Юнлун Бу, т.б.Ақпарат көзі: Агроинженерлік технология (жылыжай бау-бақшасы)

Зауыт зауыты заманауи өнеркәсіпті, биотехнологияны, қоректік гидропониканы және нысандағы қоршаған орта факторларын жоғары дәлдікпен бақылауды жүзеге асыру үшін ақпараттық технологияларды біріктіреді.Ол толығымен қоршалған, қоршаған ортаға төмен талаптар қояды, өсімдік жинау мерзімін қысқартады, су мен тыңайтқышты үнемдейді және пестицидсіз өндірістің артықшылығымен және қалдықтарды тастамайды, бірлік жерді пайдалану тиімділігі одан 40-тан 108 есеге дейін. ашық дала өндірісі.Олардың ішінде интеллектуалды жасанды жарық көзі және оның жарық ортасын реттеу оның өндіріс тиімділігінде шешуші рөл атқарады.

Қоршаған ортаның маңызды физикалық факторы ретінде жарық өсімдіктердің өсуі мен зат алмасуын реттеуде шешуші рөл атқарады.«Зауыт фабрикасының басты ерекшеліктерінің бірі - толық жасанды жарық көзі және жарық ортасын интеллектуалды реттеуді жүзеге асыру» салада жалпы консенсусқа айналды.

Өсімдіктердің жарыққа деген қажеттілігі

Жарық - өсімдіктердің фотосинтезінің жалғыз энергия көзі.Жарық интенсивтілігі, жарық сапасы (спектр) және жарықтың мезгілдік өзгеруі ауылшаруашылық дақылдарының өсуі мен дамуына қатты әсер етеді, олардың ішінде жарық қарқындылығы өсімдіктердің фотосинтезіне ең көп әсер етеді.

■ Жарық қарқындылығы

Жарықтың қарқындылығы дақылдардың морфологиясын, мысалы, гүлденуін, түйін аралық ұзындығын, сабақтың қалыңдығын, жапырақ өлшемі мен қалыңдығын өзгерте алады.Өсімдіктердің жарық интенсивтілігіне қойылатын талаптарын жарық сүйгіш, орташа жарық сүйгіш, жарыққа төзімді өсімдіктер деп бөлуге болады.Көкөністер негізінен жарық сүйгіш өсімдіктер болып табылады және олардың жарықты өтеу нүктелері мен жарық қанығу нүктелері салыстырмалы түрде жоғары.Жасанды жарықтандыру зауыттарында дақылдардың жарық қарқындылығына сәйкес талаптары жасанды жарық көздерін таңдаудың маңызды негізі болып табылады.Жасанды жарық көздерін жобалау үшін әртүрлі өсімдіктердің жарық талаптарын түсіну маңызды, жүйенің өндірістік өнімділігін жақсарту өте қажет.

■ Жарық сапасы

Жарықтың сапасы (спектрлік) таралуы да өсімдіктердің фотосинтезі мен морфогенезіне маңызды әсер етеді (1-сурет).Жарық сәулеленудің бір бөлігі, ал сәулелену электромагниттік толқын.Электромагниттік толқындар толқындық және кванттық (бөлшектік) сипаттамаларға ие.Жарық кванты бау-бақша өрісінде фотон деп аталады.Толқын ұзындығының диапазоны 300~800нм сәулелену өсімдіктердің физиологиялық белсенді сәулеленуі деп аталады;және толқын ұзындығы 400~700нм сәулелену өсімдіктердің фотосинтетикалық белсенді сәулеленуі (PAR) деп аталады.

Хлорофилл және каротин - өсімдік фотосинтезіндегі ең маңызды екі пигмент.2-суретте хлорофиллді сіңіру спектрі қызыл және көк жолақтарда шоғырланған әрбір фотосинтетикалық пигменттің спектрлік жұтылу спектрі көрсетілген.Жарықтандыру жүйесі өсімдіктердің фотосинтезін ынталандыру үшін жарықты жасанды түрде толықтыру үшін дақылдардың спектрлік қажеттіліктеріне негізделген.

■ фотопериод
Өсімдіктердің фотосинтезі мен фотоморфогенезі мен күн ұзақтығы (немесе фотопериод уақыты) арасындағы байланыс өсімдіктердің фотопериодтылығы деп аталады.Фотопериодтылық жарық сағатымен тығыз байланысты, бұл дақылдың жарықпен сәулелену уақытын білдіреді.Әртүрлі дақылдар гүлдену және жеміс беру үшін фотопериодты аяқтау үшін белгілі бір сағаттық жарықты қажет етеді.Әртүрлі фотопериодтарға сәйкес, оны өсірудің белгілі бір кезеңінде 12-14 сағаттан астам жарық сағатын қажет ететін қырыққабат және т.б. сияқты ұзақ күндік дақылдарға бөлуге болады;қысқа күндік дақылдар, мысалы, пияз, соя және т.б., 12-14 сағаттан аз жарықтандыру сағатын қажет етеді;Қияр, қызанақ, бұрыш және т.б. сияқты орташа күндізгі дақылдар ұзағырақ немесе қысқарақ күн сәулесінде гүлдеп, жеміс бере алады.
Қоршаған ортаның үш элементінің ішінде жарық қарқындылығы жасанды жарық көздерін таңдаудың маңызды негізі болып табылады.Қазіргі уақытта жарық қарқындылығын білдірудің көптеген жолдары бар, негізінен келесі үшеуін қамтиды.
（1）Жарықтандыру жарықтандырылған жазықтықта алынған жарық ағынының (бірлік ауданға шаққандағы жарық ағыны) люкспен (lx) бетінің тығыздығын білдіреді.

（2）Фотосинтетикалық белсенді сәулелену, PAR，Бірлік:Вт/м²。

（3）Фотосинтетикалық тиімді фотон ағынының тығыздығы PPFD немесе PPF – бірлік уақыт пен бірлік ауданға жететін немесе өтетін фотосинтетикалық тиімді сәулелену саны, бірлік:μмоль/(м²·с)。Негізінен 400~700нм жарық қарқындылығын білдіреді. фотосинтезге тікелей байланысты.Бұл сонымен қатар өсімдік шаруашылығы саласында ең жиі қолданылатын жарық қарқындылығының көрсеткіші.

Типтік қосымша жарық жүйесінің жарық көзін талдау
Жасанды жарық қосымшасы - бұл мақсатты аймақтағы жарық қарқындылығын арттыру немесе өсімдіктердің жарық сұранысын қанағаттандыру үшін қосымша жарық жүйесін орнату арқылы жарық уақытын ұзарту.Жалпы айтқанда, қосымша жарық жүйесі қосымша жарық жабдығын, схемаларды және оны басқару жүйесін қамтиды.Қосымша жарық көздеріне негізінен қыздыру шамдары, люминесцентті лампалар, металл галогенді шамдар, жоғары қысымды натрий шамдары және жарықдиодты шамдар сияқты бірнеше кең таралған түрлер кіреді.Қыздыру шамдарының төмен электрлік және оптикалық тиімділігіне, фотосинтетикалық энергия тиімділігінің төмендігіне және басқа да кемшіліктерге байланысты ол нарықта жойылды, сондықтан бұл мақалада егжей-тегжейлі талдау жасалмайды.

■ Флуоресцентті шам
Флуоресцентті лампалар төмен қысымды газ разрядты шамдар түріне жатады.Шыны түтік сынап буымен немесе инертті газбен толтырылған, ал түтіктің ішкі қабырғасы флуоресцентті ұнтақпен қапталған.Ашық түс түтікке қапталған флуоресцентті материалға байланысты өзгереді.Люминесцентті лампалар жақсы спектрлік өнімділікке, жоғары жарық тиімділігіне, төмен қуатқа, қыздыру шамдарымен салыстырғанда ұзақ қызмет ету мерзіміне (12000 сағ) және салыстырмалы түрде төмен құнына ие.Флуоресцентті шамның өзі аз жылу шығаратындықтан, ол жарықтандыру үшін өсімдіктерге жақын болуы мүмкін және үш өлшемді өсіруге жарамды.Дегенмен, флуоресцентті лампаның спектрлік орналасуы негізсіз.Дүние жүзіндегі ең кең таралған әдіс - өсіру аймағындағы дақылдардың тиімді жарық көзі құрамдас бөліктерін барынша арттыру үшін шағылыстырғыштарды қосу.Жапондық adv-agri компаниясы HEFL қосымша жарық көзінің жаңа түрін де әзірледі.HEFL шын мәнінде флуоресцентті лампалар санатына жатады.Бұл суық катодты флуоресцентті лампалар (CCFL) және сыртқы электродты люминесцентті лампалар (EEFL) үшін жалпы термин және аралас электродты люминесцентті лампа болып табылады.HEFL түтігі өте жұқа, диаметрі небәрі 4 мм, ал ұзындығын өсіру қажеттіліктеріне сәйкес 450 мм-ден 1200 мм-ге дейін реттеуге болады.Бұл кәдімгі флуоресцентті лампаның жетілдірілген нұсқасы.

■ Металл галогенді шам
Металл галогендік шам - жоғары қысымды сынапты шам негізінде разрядтық түтікке әртүрлі металл галогенидтерін (қалайы бромиді, натрий йодиді және т.Галогендік шамдар жоғары жарық өнімділігімен, жоғары қуатпен, жақсы жарық түсімен, ұзақ қызмет ету мерзімімен және кең спектрімен ерекшеленеді.Дегенмен, жарықтың тиімділігі жоғары қысымды натрий шамдарына қарағанда төмен және қызмет ету мерзімі жоғары қысымды натрий шамдарына қарағанда қысқа болғандықтан, ол қазіргі уақытта бірнеше зауыт зауыттарында ғана қолданылады.

■ Жоғары қысымды натрий шамы
Жоғары қысымды натрий шамдары жоғары қысымды газ разрядты шамдар түріне жатады.Жоғары қысымды натрий шамы - жоғары қысымды натрий буы разрядтық түтікке толтырылған және аз мөлшерде ксенон (Xe) және сынап металл галогені қосылған жоғары тиімді шам.Жоғары қысымды натрий шамдары төмен өндірістік шығындармен жоғары электро-оптикалық түрлендіру тиімділігіне ие болғандықтан, жоғары қысымды натрий шамдары қазіргі уақытта ауылшаруашылық нысандарында қосымша жарықты қолдануда ең көп қолданылады.Бірақ олардың спектрінде фотосинтетикалық тиімділігі төмен кемшіліктерге байланысты оларда төмен энергия тиімділігінің кемшіліктері бар.Екінші жағынан, жоғары қысымды натрий шамдары шығаратын спектрлік компоненттер негізінен өсімдіктің өсуіне қажетті қызыл және көк спектрлер жоқ сары-қызғылт сары жарық жолағында шоғырланған.

■ Жарық шығаратын диод
Жарық көздерінің жаңа буыны ретінде жарық диодтары (жарық диодтары) жоғары электро-оптикалық түрлендіру тиімділігі, реттелетін спектр және жоғары фотосинтетикалық тиімділік сияқты көптеген артықшылықтарға ие.Жарық диодты өсімдіктердің өсуіне қажетті монохроматикалық жарық шығара алады.Кәдімгі флуоресцентті лампалармен және басқа қосымша жарық көздерімен салыстырғанда, жарықдиодты энергияны үнемдеу, қоршаған ортаны қорғау, ұзақ қызмет ету, монохроматикалық жарық, суық жарық көзі және т.б. артықшылықтары бар.Жарық диодтарының электро-оптикалық тиімділігін одан әрі жақсарту және масштаб әсерінен туындаған шығындарды азайту арқылы жарықдиодты өсетін жарықтандыру жүйелері ауылшаруашылық нысандарын жарықтандыруға арналған негізгі жабдыққа айналады.Нәтижесінде 99,9% зауыт зауыттарында жарықдиодты шамдар қолданылды.

Салыстыру арқылы әртүрлі қосымша жарық көздерінің сипаттамаларын 1-кестеде көрсетілгендей анық түсінуге болады.

Жылжымалы жарықтандыру құрылғысы
Жарықтың қарқындылығы дақылдардың өсуімен тығыз байланысты.Өсімдік фабрикаларында үш өлшемді өсіру жиі қолданылады.Бірақ культивация сөрелерінің құрылымының шектелуіне байланысты сөрелер арасында жарық пен температураның біркелкі бөлінбеуі дақылдардың шығымдылығына әсер етіп, егін жинау мерзімі синхрондалмайды.Бейжіңдегі компания 2010 жылы қолмен көтеретін жарықтандыруға арналған қосымша құрылғыны (HPS жарықтандыру құрылғысы және жарықдиодты жарықтандыру құрылғысы) сәтті әзірледі. Принципі шағын пленка катушкасын айналдыру үшін тұтқаны шайқау арқылы жетек білігі мен оған бекітілген орағышты айналдыру болып табылады. сым арқанды тарту және босату мақсатына жету.Өсіру шамының сым арқаны өсетін жарықтың биіктігін реттеу әсеріне қол жеткізу үшін бірнеше кері айналмалы дөңгелектер арқылы элеватордың орама дөңгелегімен қосылады.2017 жылы жоғарыда аталған компания егіннің өсу қажеттіліктеріне сәйкес нақты уақыт режимінде жарық қоспасының биіктігін автоматты түрде реттей алатын жаңа жылжымалы жарық қосымша құрылғысын жасап шығарды.Реттеу құрылғысы енді 3 қабатты жарық көзі көтергіш типті үш өлшемді өсіру сөресіне орнатылды.Құрылғының үстіңгі қабаты ең жақсы жарық жағдайы бар деңгей болып табылады, сондықтан ол жоғары қысымды натрий шамдарымен жабдықталған;ортаңғы қабат және төменгі қабат жарықдиодты өсіретін шамдармен және көтеруді реттеу жүйесімен жабдықталған.Ол дақылдар үшін қолайлы жарық ортасын қамтамасыз ету үшін өсетін жарықтың биіктігін автоматты түрде реттей алады.

Үш өлшемді өсіруге арналған жылжымалы жарық қосымшасы құрылғысымен салыстырғанда, Нидерланды көлденең жылжымалы жарық диодты өсетін жарық қосымшасы жарық құрылғысын жасады.Өсімдік сәулесінің көлеңкесінің күндегі өсімдіктердің өсуіне әсерін болдырмас үшін, күн сәулесінің толық түсуі үшін, өсетін жарық жүйесін телескопиялық сырғытпа арқылы кронштейннің екі жағына көлденең бағытта итеруге болады. өсімдіктерге сәулелену;күн сәулесі түспейтін бұлтты және жаңбырлы күндерде, өсіретін жарық жүйесінің жарығы өсімдіктерді біркелкі толтыруы үшін, жарықтандыру жүйесін кронштейннің ортасына қарай итеріңіз;өсіретін жарық жүйесін кронштейндегі сырғытпа арқылы көлденең жылжытыңыз, өсетін жарық жүйесін жиі бөлшектеуді және алып тастауды болдырмаңыз және қызметкерлердің еңбек сыйымдылығын азайтыңыз, осылайша жұмыс тиімділігін тиімді арттырады.

Типтік жарықтандыру жүйесінің дизайн идеялары
Жылжымалы жарықтандырудың қосымша құрылғысының конструкциясынан зауыт фабрикасының қосымша жарықтандыру жүйесінің дизайны әдетте дизайнның негізгі мазмұны ретінде әртүрлі өсімдік өсу кезеңдерінің жарық қарқындылығын, жарық сапасы мен фотопериодтық параметрлерін қабылдайтынын көру қиын емес. , жүзеге асыру үшін интеллектуалды басқару жүйесіне сүйене отырып, энергияны үнемдеу және жоғары өнімділік бойынша түпкілікті мақсатқа қол жеткізу.

Қазіргі уақытта жапырақты көкөністерге арналған қосымша жарықтандыруды жобалау және салу біртіндеп жетілді.Мысалы, жапырақты көкөністерді төрт кезеңге бөлуге болады: көшет кезеңі, орташа өсу, кеш өсу және соңғы кезең;Жеміс-көкөністерді көшет кезеңі, вегетативті өсу кезеңі, гүлдену кезеңі және жинау кезеңі деп бөлуге болады.Қосымша жарық қарқындылығының атрибуттарынан көшет кезеңіндегі жарық қарқындылығы сәл төмен, 60~200 мкмоль/(м²·с) болуы керек, содан кейін біртіндеп артуы керек.Жапырақты көкөністер 100~200 мкмоль/(м²·с) дейін жетуі мүмкін, ал жеміс көкөністері 300~500 мкмоль/(м²·с) өсу кезеңінде өсімдіктердің фотосинтезінің жарық қарқындылығы талаптарын қамтамасыз ету және олардың қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін жетуі мүмкін. жоғары өнімділік;Жарық сапасы тұрғысынан қызыл мен көктің қатынасы өте маңызды.Көшеттердің сапасын арттыру және көшет кезеңінде шамадан тыс өсуді болдырмау үшін қызыл мен көктің арақатынасы әдетте төмен [(1~2):1] деңгейінде белгіленеді, содан кейін өсімдік қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін біртіндеп азайтылады. жарық морфологиясы.Қызыл және көк және жапырақты көкөністердің арақатынасын (3~6):1 етіп орнатуға болады.Жарық қарқындылығына ұқсас фотопериод үшін ол өсу кезеңінің ұзаруымен өсу тенденциясын көрсетуі керек, осылайша жапырақты көкөністер фотосинтезге көбірек фотосинтетикалық уақыт алады.Жемістер мен көкөністердің жеңіл қоспасының дизайны күрделірек болады.Жоғарыда айтылған негізгі заңдылықтармен қатар, гүлдену кезеңінде фотопериодты орнатуға баса назар аударып, кері нәтиже болмас үшін көкөністердің гүлденуі мен жеміс беруіне ықпал ету керек.

Жарық формуласы жарық ортасының параметрлері үшін соңғы өңдеуді қамтуы керек екенін атап өткен жөн.Мысалы, үздіксіз жарықтандыру гидропоникалық жапырақты көкөніс көшеттерінің өнімділігі мен сапасын айтарлықтай жақсартуға немесе өскіндер мен жапырақты көкөністердің (әсіресе күлгін жапырақтар мен қызыл жапырақ салатының) қоректік сапасын айтарлықтай жақсарту үшін ультракүлгін сәулеленуді қолдануға болады.

Таңдалған дақылдар үшін жарықтандыруды оңтайландырумен қатар, кейбір жасанды жарық зауыттарының жарық көзін басқару жүйесі де соңғы жылдары қарқынды дамыды.Бұл басқару жүйесі негізінен B/S құрылымына негізделген.WIFI арқылы дақылдардың өсуі кезінде температура, ылғалдылық, жарық, СО2 концентрациясы сияқты қоршаған орта факторларын қашықтан басқару және автоматты түрде басқару жүзеге асырылады, сонымен бірге сыртқы жағдайлармен шектелмейтін өндіріс әдісі жүзеге асырылады.Бұл интеллектуалды қосымша жарық жүйесі диодты жарықтандыру қондырғысын қосымша жарық көзі ретінде пайдаланады, қашықтан басқару жүйесімен үйлеседі, өсімдіктердің толқын ұзындығын жарықтандыру қажеттіліктерін қанағаттандыра алады, әсіресе жарықпен басқарылатын өсімдіктерді өсіру ортасына қолайлы және нарық сұранысын жақсы қанағаттандыра алады. .

Қорытынды сөз
Өсімдік фабрикалары 21 ғасырдағы әлемдік ресурс, халық және экологиялық проблемаларды шешудің маңызды жолы және болашақ жоғары технологиялық жобаларда өзін-өзі азық-түлікпен қамтамасыз етудің маңызды жолы болып саналады.Ауылшаруашылық өндірісінің жаңа түрі ретінде зауыт фабрикалары әлі де оқу және өсу сатысында, сондықтан көбірек көңіл бөлу және зерттеу қажет.Бұл мақала зауыт фабрикаларындағы қосымша жарықтандырудың жалпы әдістерінің сипаттамалары мен артықшылықтарын сипаттайды және әдеттегі өсімдік қосымша жарықтандыру жүйелерінің дизайн идеяларымен таныстырады.Салыстыру арқылы табу қиын емес, үздіксіз бұлтты және тұман сияқты ауа-райының нашарлауынан туындаған аз жарықпен күресу және нысан дақылдарының жоғары және тұрақты өнімін қамтамасыз ету үшін LED Grow жарық көзі жабдығы қазіргі дамуға сәйкес келеді. тенденциялар.

Зауыт фабрикаларының болашақ даму бағыты жаңа жоғары дәлдіктегі, арзан датчиктерге, қашықтан басқарылатын, реттелетін спектрлік жарықтандыру құрылғыларының жүйелеріне және сараптамалық басқару жүйелеріне бағытталуы керек.Сонымен қатар, болашақ зауыт фабрикалары арзан, интеллектуалды және өзін-өзі бейімдеу бағытында дами береді.Жарық диодты жарық көздерін пайдалану және танымал ету зауыт фабрикаларының қоршаған ортаны жоғары дәлдікпен бақылауға кепілдік береді.Жарық диодты жарық ортасын реттеу - бұл жарық сапасын, жарық қарқындылығын және фотопериодты кешенді реттеуді қамтитын күрделі процесс.Тиісті сарапшылар мен ғалымдар жасанды жарық зауыттарында жарықдиодты қосымша жарықтандыруды насихаттай отырып, терең зерттеулер жүргізуі керек.