Autor: Jing Zhao ， Zengchan Zhou ， Yunlong Bu usw. Quellmedien: Technologie für Landwirtschaftstechnik (Greenhouse Gartenbau)

Die Werksfabrik kombiniert die moderne Industrie, Biotechnologie, Nährstoffhydrokultur und Informationstechnologie, um eine hohe Präzisionskontrolle von Umweltfaktoren in der Einrichtung zu implementieren. Es ist vollständig eingeschlossen, hat geringe Anforderungen an die Umgebung, verkürzt die Pflanzenerntezeit, spart Wasser und Dünger und mit den Vorteilen der Nicht-Pestizidproduktion und ohne Abfallentladung beträgt die Effizienz der Landnutzung der Einheit das 40 bis 108-fache dessen. der offenen Feldproduktion. Unter ihnen spielen die intelligente künstliche Lichtquelle und ihre leichte Regulierung der Umgebung eine entscheidende Rolle bei ihrer Produktionseffizienz.

Als wichtiger physischer Umweltfaktor spielt Licht eine Schlüsselrolle bei der Regulierung des Pflanzenwachstums und des materiellen Stoffwechsels. „Eines der Hauptmerkmale der Pflanzenfabrik ist die vollständige künstliche Lichtquelle und die Verwirklichung der intelligenten Regulierung der Lichtumgebung“ ist zu einem allgemeinen Konsens in der Branche geworden.

Lichtbedürfnis nach Licht

Licht ist die einzige Energiequelle für pflanzliche Photosynthese. Lichtintensität, Lichtqualität (Spektrum) und regelmäßige Lichtveränderungen haben einen tiefgreifenden Einfluss auf das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen, unter denen die Lichtintensität den größten Einfluss auf die Pflanzenphotosynthese hat.

■ Lichtintensität

Die Lichtintensität kann die Morphologie von Pflanzen wie Blüte, Internodenlänge, Stammdicke sowie Blattgröße und Dicke verändern. Die Anforderungen von Pflanzen an Lichtintensität können in lichtliebende, mittellichtliebende und schlechte Lichttolerante Pflanzen unterteilt werden. Gemüse sind hauptsächlich leichte Pflanzen, und ihre Lichtkompensationspunkte und Lichtsättigungspunkte sind relativ hoch. In Fabriken für künstliche Lichtanlagen sind die relevanten Anforderungen an Pflanzen an Lichtintensität eine wichtige Grundlage für die Auswahl künstlicher Lichtquellen. Das Verständnis der Lichtanforderungen verschiedener Pflanzen ist wichtig für die Gestaltung künstlicher Lichtquellen. Es ist äußerst notwendig, die Produktionsleistung des Systems zu verbessern.

■ Lichtqualität

Die Verteilung der Lichtqualität (spektral) hat auch einen wichtigen Einfluss auf die pflanzliche Photosynthese und Morphogenese (Abbildung 1). Licht ist Teil der Strahlung und Strahlung ist eine elektromagnetische Welle. Elektromagnetische Wellen haben Welleneigenschaften und Quanten (Partikel-) Eigenschaften. Das Lichtquantum wird im Gartenbaufeld Photon bezeichnet. Die Strahlung mit einem Wellenlängenbereich von 300 ~ 800 nm wird als physiologisch aktive Strahlung von Pflanzen bezeichnet; und Strahlung mit einem Wellenlängenbereich von 400 ~ 700 nm wird als photosynthetisch aktiver Strahlung (PAR) von Pflanzen bezeichnet.

Chlorophyll und Carotene sind die beiden wichtigsten Pigmente in der pflanzlichen Photosynthese. Abbildung 2 zeigt das spektrale Absorptionsspektrum jedes photosynthetischen Pigments, in dem das Chlorophyll -Absorptionsspektrum in den roten und blauen Bändern konzentriert ist. Das Beleuchtungssystem basiert auf den spektralen Bedürfnissen von Pflanzen, um das Licht künstlich zu ergänzen, um die Photosynthese von Pflanzen zu fördern.

■ Photoperiode
Die Beziehung zwischen Photosynthese und Photomorphogenese von Pflanzen und Tageslänge (oder Photoperiodenzeit) wird als Photoperiode von Pflanzen bezeichnet. Die Photoperiode ist eng mit den Lichtstunden verwandt, was sich auf die Zeit bezieht, die die Ernte durch Licht bestrahlt wird. Unterschiedliche Kulturen erfordern eine bestimmte Anzahl von Stunden Licht, um die Photoperiode zu vervollständigen, um Früchte zu blühen und zu tragen. Gemäß den verschiedenen Photoperioden kann es in lange Tage, wie z. B. Kohl usw., unterteilt werden, die in einem bestimmten Wachstum mehr als 12 bis 14 Stunden Lichtstunden benötigen. Kurztagsfrüchte wie Zwiebeln, Sojabohnen usw. benötigen weniger als 12-14 Stunden Beleuchtungsstunden. Mittelgroße Pflanzen wie Gurken, Tomaten, Paprika usw. können unter längerem oder kürzerem Sonnenlicht Früchte blühen und tragen.
Unter den drei Elementen der Umwelt ist die Lichtintensität eine wichtige Grundlage für die Auswahl künstlicher Lichtquellen. Derzeit gibt es viele Möglichkeiten, Lichtintensität auszudrücken, hauptsächlich die folgenden drei.
（1） Beleuchtung bezieht sich auf die Oberflächendichte des leuchtenden Flusses (leuchtender Fluss pro Bereich), der auf der beleuchteten Ebene in Lux (LX) aufgenommen wird.

（2） photosynthetisch aktive Strahlung, par ， Einheit: mit m²。

（3） Die photosynthetisch effektive Photonenflussdichte PPFD oder PPF ist die Anzahl der photosynthetisch effektiven Strahlung, die die Zeit und die Einheitsfläche durch die Einheit und die Einheit ： ： μmol/(m² · s) bezieht oder bezieht sich auf die Lichtintensität von 400 ~ 700 nmm. direkt im Zusammenhang mit der Photosynthese. Es ist auch der am häufigsten verwendete Lichtintensitätsindikator im Bereich der Pflanzenproduktion.

Lichtquellenanalyse des typischen ergänzenden Lichtsystems
Das künstliche Licht ergänzt besteht darin, die Lichtintensität im Zielbereich zu erhöhen oder die Lichtzeit zu verlängern, indem ein Supplement Light -System installiert wird, um den Lichtbedarf von Pflanzen zu erfüllen. Im Allgemeinen umfasst das ergänzende Lichtsystem ergänzende Lichtgeräte, Schaltkreise und sein Steuerungssystem. Zu den ergänzenden Lichtquellen gehören hauptsächlich mehrere häufige Typen wie Glühlampen, Fluoreszenzlampen, Metallhalogenid-Lampen, Natriumlampen mit Hochdruck. Aufgrund der niedrigen elektrischen und optischen Effizienz von Glühlampen, niedriger photosynthetischer Energieeffizienz und anderen Mängel wurde er vom Markt beseitigt, sodass dieser Artikel keine detaillierte Analyse durchführt.

■ Leuchtstofflampe
Fluoreszenzlampen gehören zu der Art der Tiefdruckgasentladungslampen. Das Glasrohr ist mit Quecksilberdampf oder inerter Gas gefüllt, und die innere Wand des Rohrs ist mit fluoreszierendem Pulver überzogen. Die helle Farbe variiert mit dem im Rohr beschichteten Fluoreszenzmaterial. Fluoreszenzlampen haben eine gute spektrale Leistung, eine hohe Leuchtmitteleffizienz, eine geringe Leistung, eine längere Lebensdauer (12000H) im Vergleich zu Glühlampen und relativ niedrigen Kosten. Da die Fluoreszenzlampe selbst weniger Wärme emittiert, kann sie für die Beleuchtung in der Nähe der Pflanzen liegen und ist für den dreidimensionalen Anbau geeignet. Das spektrale Layout der Fluoreszenzlampe ist jedoch unangemessen. Die häufigste Methode der Welt ist es, Reflektoren hinzuzufügen, um die effektiven Lichtquellenkomponenten der Pflanzen im Kultivierungsbereich zu maximieren. Die japanische Adv-AGRI-Firma hat auch eine neue Art von zusätzlicher Lichtquelle-HEFL entwickelt. HEFL gehört tatsächlich zur Kategorie der Fluoreszenzlampen. Es ist der allgemeine Begriff für kalte Kathodenfluoreszenzlampen (CCFL) und externe Elektrodenfluoreszenzlampen (EEFL) und eine gemischte Elektrodenlampe. Das HEFL -Rohr ist extrem dünn, mit einem Durchmesser von nur etwa 4 mm, und die Länge kann von 450 mm auf 1200 mm entsprechend den Anbaubedürfnissen eingestellt werden. Es handelt sich um eine verbesserte Version der herkömmlichen Fluoreszenzlampe.

■ Metallhalogenid -Lampe
Die Metallhalogenid-Lampe ist eine Abflusslampe mit hoher Intensität, die verschiedene Elemente anregen kann, um unterschiedliche Wellenlängen zu erzeugen, indem verschiedene Metallhalogenide (Zinnbromid, Natriumiodid usw.) im Entladungsrohr auf der Basis einer Hochdruck-Quecksilberlampe hinzugefügt werden. Halogenlampen haben eine hohe Leuchtmitteleffizienz, eine hohe Leistung, eine gute Lichtfarbe, eine lange Lebensdauer und ein großes Spektrum. Da die Leuchtmitteleffizienz jedoch niedriger ist als die von Natriumlampen mit Hochdruck und die Lebensdauer kürzer als die von Hochdruck-Natriumlampen, wird sie derzeit nur in wenigen Pflanzenfabriken verwendet.

■ Natriumlampe Hochdruck
Hochdruck-Natriumlampen gehören zu der Art der Hochdruckgasentladungslampen. Die Hochdruck-Natriumlampe ist eine hocheffiziente Lampe, bei der Hochdruck-Natriumdampf im Entladungsröhrchen gefüllt ist, und es werden eine kleine Menge Xenon (XE) und Quecksilbermetallhalogenid zugesetzt. Da Hochdruck-Natriumlampen mit hoher Elektrooptikumwandelwirkungsgrad mit niedrigeren Herstellungskosten eine hohe elektrooptische Umwandlungskosten aufweisen, sind hohe Natriumlampen derzeit am häufigsten bei der Anwendung von Zusatzlicht in landwirtschaftlichen Einrichtungen verwendet. Aufgrund der Mängel einer geringen photosynthetischen Effizienz in ihrem Spektrum haben sie jedoch die Mängel einer geringen Energieeffizienz. Andererseits sind die von Natriumlampen mit hohen Druck emittierten spektralen Komponenten hauptsächlich im gelb-orangefarbenen Lichtband konzentriert, dem die für das Pflanzenwachstum erforderlichen roten und blauen Spektren fehlen.

■ Leichtemittierende Diode
Als neue Generation von Lichtquellen haben Licht-emittierende Dioden (LEDs) viele Vorteile wie eine höhere elektrooptische Umwandlungseffizienz, einstellbares Spektrum und eine hohe Photosynthetik-Effizienz. LED kann monochromatisches Licht ausgeben, das für das Pflanzenwachstum benötigt wird. Im Vergleich zu gewöhnlichen Fluoreszenzlampen und anderen zusätzlichen Lichtquellen hat LED die Vorteile von Energieeinsparung, Umweltschutz, langer Lebensdauer, monochromatisches Licht, kaltes Lichtquelle und so weiter. Mit der weiteren Verbesserung der elektrooptischen Effizienz von LEDs und der durch den Skaleneffekt verursachten Kosten werden LED-Wachstumsbeleuchtungssysteme zum Mainstream-Gerät zur Ergänzung von Licht in landwirtschaftlichen Einrichtungen. Infolgedessen wurden LED -Anbaulichter über 99,9% Pflanzenfabriken angewendet.

Im Vergleich können die Eigenschaften verschiedener zusätzlicher Lichtquellen klar verstanden werden, wie in Tabelle 1 gezeigt.

Mobiles Beleuchtungsgerät
Die Lichtintensität hängt eng mit dem Wachstum von Pflanzen zusammen. Dreidimensionaler Anbau wird häufig in Pflanzenfabriken verwendet. Aufgrund der Begrenzung der Struktur der Kultivierungsregale wirkt sich jedoch die ungleichmäßige Verteilung von Licht und Temperatur zwischen den Racks auf die Ausbeute der Pflanzen aus, und die Erntezeit wird nicht synchronisiert. Ein Unternehmen in Peking hat 2010 erfolgreich ein manuelles Hub -Light -Supplement -Gerät (HPS -Beleuchtungsanlage und LED Grow Lighting Feature) entwickelt. Das Prinzip besteht darin, die Antriebswelle und den Wickler zu drehen, indem es den Griff schüttelt, um die kleine Filmrolle zu drehen den Zweck des Rückzugs und Abwickelns des Drahtseils erreichen. Das Drahtseil des Wachstumslichts ist mit dem Wickelrad des Aufzugs durch mehrere Sätze von Umkehrrädern verbunden, um den Effekt der Einstellung der Höhe des Wachstumslichts zu erzielen. Im Jahr 2017 entwarf und entwickelte das oben genannte Unternehmen ein neues Gerät für mobiles Licht, das die Höhe der Lichtgüter in Echtzeit nach Anforderungen des Erntewachstums automatisch einstellen kann. Das Einstellgerät ist jetzt auf dem dreidimensionalen Kultivierungsregal des 3-Schicht-Lichtquellenhebens installiert. Die oberste Schicht des Geräts ist der Niveau mit dem besten leichten Zustand und ist daher mit Hochdruck-Natriumlampen ausgestattet. Die mittlere Schicht und die untere Schicht sind mit LED -Anbaulichtern und einem Hubanpassungssystem ausgestattet. Es kann die Höhe des Anbaulichts automatisch einstellen, um eine geeignete Beleuchtungsumgebung für die Pflanzen zu bieten.

Im Vergleich zu dem auf dreidimensionalen Kultivierungen zugeschnittenen mobilen Lichtgänzungsmittel hat die Niederlande ein horizontal bewegliches LED-Wachstums-Licht-Supplement-Lichtgerät entwickelt. Um den Einfluss des Schattens des Wachstums des Wachstums auf das Wachstum von Pflanzen in der Sonne zu vermeiden auf den Pflanzen bestrahlt; Schieben Sie an wolkigen und regnerischen Tagen ohne Sonnenlicht das wachsende Lichtsystem in die Mitte der Halterung, um das Licht des Wachstumslichtsystems gleichmäßig zu machen. Füllen Sie die Pflanzen gleichmäßig. Bewegen Sie das Wachstumssystem horizontal durch den Objektträger in der Halterung, vermeiden Sie häufige Demontage und Entfernung des Wachstumslichtsystems und verringern Sie die Arbeitsintensität der Mitarbeiter, wodurch die Arbeitseffizienz effektiv verbessert wird.

Designideen für typische Wachstumssysteme
Aus dem Design des ergänzenden Geräts der mobilen Beleuchtung ist es nicht schwer zu erkennen, dass das Design des zusätzlichen Beleuchtungssystems der Anlagenfabrik normalerweise die Lichtintensität, die Lichtqualität und die Photoperiodenparameter verschiedener Erntewachstumsperioden als Kerngehalt des Designs nimmt Auf das intelligente Steuerungssystem stützen sich das ultimative Ziel der Energieeinsparung und des hohen Ertrags.

Gegenwärtig ist das Design und der Bau von ergänzendem Licht für Blattgemüse allmählich gereift. Zum Beispiel können Blattgemüse in vier Stufen unterteilt werden: Sämlingsbühne, Mitte des Wachstums, spätes Wachstum und Endstadium; Obst-vegetierende können in die Sämlingsstufe, das vegetative Wachstum, das Blütenstadium und die Erntestufe unterteilt werden. Aus den Attributen der ergänzenden Lichtintensität sollte die Lichtintensität im Sämlingsstufe bei 60 ~ 200 μmol/(m² · s) etwas niedriger sein und dann allmählich erhöhen. Blattgemüse kann bis zu 100 ~ 200 μmol/(m² · s) erreichen, und Obstgemüse kann 300 ~ 500 μmol/(m² · s) erreichen, um die Lichtintensitätsanforderungen der Pflanzen -Photosynthese in jeder Wachstumsperiode zu gewährleisten und die Bedürfnisse der Anforderungen zu erfüllen hoher Ertrag; In Bezug auf die Lichtqualität ist das Verhältnis von Rot zu Blau sehr wichtig. Um die Qualität der Sämlinge zu erhöhen und ein übermäßiges Wachstum in der Sämling -Stufe zu verhindern, wird das Verhältnis von Rot zu Blau im Allgemeinen auf ein niedriges Niveau [(1 ~ 2): 1] und dann allmählich reduziert, um die Anforderungen der Pflanzen zu decken Lichtmorphologie. Das Verhältnis von Rot zu Blau zu Blattgemüse kann auf (3 ~ 6) eingestellt werden: 1. Für die Photoperiode sollte es ähnlich der Lichtintensität aufweisen, mit der Erweiterung der Wachstumsperiode zu zunehmen, so dass Blattgemüse mehr photosynthetische Zeit für die Photosynthese hat. Das Design von Obst und Gemüse leichte Ergänzung wird komplizierter sein. Zusätzlich zu den oben genannten Grundgesetzen sollten wir uns auf die Einstellung der Photoperiode während der Blütezeit konzentrieren, und die Blüte und das Frucht von Gemüse müssen gefördert werden, um nicht nach hinten zu kommen.

Es ist erwähnenswert, dass die Lichtformel die Endbehandlung für Lichtumgebungseinstellungen enthalten sollte. Beispielsweise kann eine durchgehende Lichtzusatzung die Ausbeute und Qualität von hydroponischen Blattgemüsesamen erheblich verbessern oder die UV -Behandlung verwenden, um Sprossen und Blattgemüse (insbesondere lila Blätter und rotes Blattsalat) nährlich zu verbessern.

Zusätzlich zur Optimierung der Lichtzusatz für ausgewählte Pflanzen hat sich in den letzten Jahren auch das Lichtquellenkontrollsystem einiger künstlicher Lichtanlagenfabriken schnell entwickelt. Dieses Steuerungssystem basiert im Allgemeinen auf der B/S -Struktur. Fernbedienung und automatische Kontrolle von Umgebungsfaktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Licht und CO2 -Konzentration während des Wachstums von Pflanzen werden durch WLAN realisiert, und gleichzeitig wird eine Produktionsmethode, die nicht durch externe Bedingungen eingeschränkt wird, realisiert. Diese Art von intelligentem ergänzendem Lichtsystem verwendet LED-Anbau-Leuchten als ergänzende Lichtquelle, kombiniert mit dem Fern intelligenten Steuerungssystem, der den Anforderungen einer Beleuchtung der Pflanzenwellenlänge erfüllen kann, besonders für die lichtgesteuerte Pflanzenanbauumgebung geeignet und kann den Marktbedarf gut erfüllen können .

Schließende Bemerkungen
Pflanzenfabriken gelten als eine wichtige Möglichkeit, um im 21. Jahrhundert weltweite Ressourcen-, Bevölkerungs- und Umweltprobleme zu lösen, sowie eine wichtige Möglichkeit, um bei zukünftigen High-Tech-Projekten Selbstversuffizienz von Lebensmitteln zu erreichen. Als neue Art der landwirtschaftlichen Produktionsmethode befinden sich immer noch Pflanzenfabriken im Lern- und Wachstumsstadium, und es sind mehr Aufmerksamkeit und Forschung erforderlich. Dieser Artikel beschreibt die Merkmale und Vorteile üblicher zusätzlicher Beleuchtungsmethoden in Pflanzenfabriken und führt die Designideen typischer Ernte -zusätzlicher Beleuchtungssysteme ein. Es ist nicht schwer durch Vergleich zu finden, um mit dem durch Unwetter wie kontinuierlichen Wolken und Dunst verursachten schwierigen Licht umzugehen und eine hohe und stabile Produktion von Anlagenpflanzen zu gewährleisten. LED -Wachstumslichtausrüstung entspricht am meisten mit der aktuellen Entwicklung Trends.

Die zukünftige Entwicklungsrichtung von Pflanzenfabriken sollte sich auf neue hochpräzise, ​​kostengünstige Sensoren, fernsteuerbare, einstellbare Spektrum-Beleuchtungsvorrichtungssysteme und Expertensteuerungssysteme konzentrieren. Gleichzeitig werden sich die zukünftigen Pflanzenfabriken weiterentwickeln, um kostengünstig, intelligent und selbstvertretend zu sein. Die Verwendung und Popularisierung von LED-Wachstum von Lichtquellen bietet eine Garantie für eine hochpräzise Umweltkontrolle von Pflanzenfabriken. Die Regulierung der LED -Lichtumgebung ist ein komplexer Prozess, der eine umfassende Regulierung von Lichtqualität, Lichtintensität und Photoperiode umfasst. Relevante Experten und Wissenschaftler müssen detaillierte Forschungen durchführen und die LED-zusätzliche Beleuchtung in Fabriken für künstliche Lichtanlagen fördern.