Auteur: Jing Zhao, Zengchan Zhou, Yunlong Bu, ensfh. Boarnemedia: Lânboutechnyk (glashústeelt)

De plantfabryk kombinearret moderne yndustry, biotechnology, fiedingsstoffenhydroponika en ynformaasjetechnology om hege-presyzje kontrôle fan miljeufaktoaren yn 'e foarsjenning te ymplementearjen. It is folslein sletten, hat lege easken oan 'e omjouwing, ferkoartet de rispingeperioade fan planten, besparret wetter en dongstof, en mei de foardielen fan produksje sûnder bestridingsmiddels en gjin ôffalferwurking, is de effisjinsje fan lângebrûk fan 'e ienheid 40 oant 108 kear dy fan produksje yn it iepen fjild. Dêrûnder spylje de yntelliginte keunstmjittige ljochtboarne en de regeling fan 'e ljochtomjouwing in beslissende rol yn 'e produksjeeffisjinsje.

As in wichtige fysike miljeufaktor spilet ljocht in wichtige rol by it regeljen fan plantgroei en materiaalmetabolisme. "Ien fan 'e wichtichste skaaimerken fan' e plantfabryk is de folsleine keunstmjittige ljochtboarne en de realisaasje fan yntelliginte regeling fan 'e ljochtomjouwing" is in algemiene konsensus wurden yn 'e yndustry.

De needsaak foar ljocht fan planten

Ljocht is de ienige enerzjyboarne foar plantfotosynteze. Ljochtintensiteit, ljochtkwaliteit (spektrum) en periodike feroarings fan ljocht hawwe in djipgeande ynfloed op 'e groei en ûntwikkeling fan gewaaksen, wêrfan de ljochtintensiteit de grutste ynfloed hat op plantfotosynteze.

■ Ljochtintensiteit

De ljochtintensiteit kin de morfology fan gewaaksen feroarje, lykas bloei, ynternodiumlingte, stieldikke, en blêdgrutte en -dikte. De easken fan planten foar ljochtintensiteit kinne wurde ferdield yn ljochtleafde, middelljochtleafde en leechljochttolerante planten. Grienten binne meast ljochtleafde planten, en har ljochtkompensaasjepunten en ljochtsêdingspunten binne relatyf heech. Yn fabriken foar keunstmjittige ljochtplanten binne de relevante easken fan gewaaksen foar ljochtintensiteit in wichtige basis foar it selektearjen fan keunstmjittige ljochtboarnen. It begripen fan 'e ljochteasken fan ferskate planten is wichtich foar it ûntwerpen fan keunstmjittige ljochtboarnen. It is ekstreem needsaaklik om de produksjeprestaasjes fan it systeem te ferbetterjen.

■ Ljochtkwaliteit

De ferdieling fan ljochtkwaliteit (spektrale) hat ek in wichtige ynfloed op plantfotosynteze en morfogenese (figuer 1). Ljocht is ûnderdiel fan strieling, en strieling is in elektromagnetyske weach. Elektromagnetyske weagen hawwe weachkarakteristiken en kwantum (dieltsje)karakteristiken. It kwantum fan ljocht wurdt foton neamd yn 'e túnbou. Strieling mei in golflingteberik fan 300~800nm ​​wurdt fysiologysk aktive strieling fan planten neamd; en strieling mei in golflingteberik fan 400~700nm wurdt fotosyntetysk aktive strieling (PAR) fan planten neamd.

Chlorofyl en karotenen binne de twa wichtichste pigmenten yn plantfotosynteze. Figuer 2 lit it spektrale absorpsjespektrum fan elk fotosyntetysk pigment sjen, wêryn't it chlorofyl-absorpsjespektrum konsintrearre is yn 'e reade en blauwe bannen. It ferljochtingssysteem is basearre op 'e spektrale behoeften fan gewaaksen om keunstmjittich ljocht oan te foljen, om de fotosynteze fan planten te befoarderjen.

■ fotoperioade
De relaasje tusken fotosynteze en fotomorfogenese fan planten en deildingte (of fotoperioadetiid) wurdt fotoperioditeit fan planten neamd. De fotoperioditeit is nau besibbe oan 'e ljochtoeren, wat ferwiist nei de tiid dat it gewaaks troch ljocht bestraald wurdt. Ferskillende gewaaksen hawwe in bepaald oantal oeren ljocht nedich om de fotoperioade te foltôgjen om te bloeien en frucht te dragen. Neffens de ferskillende fotoperioaden kin it wurde ferdield yn gewaaksen mei in lange dei, lykas koal, ensfh., dy't mear as 12-14 oeren ljochtoeren nedich binne yn in bepaald stadium fan har groei; gewaaksen mei in koarte dei, lykas sipels, sojabonen, ensfh., hawwe minder as 12-14 oeren ferljochtingsoeren nedich; gewaaksen mei middellange sinne, lykas komkommers, tomaten, paprika's, ensfh., kinne bloeie en frucht drage ûnder langer of koarter sinneljocht.
Under de trije eleminten fan 'e omjouwing is ljochtintensiteit in wichtige basis foar it selektearjen fan keunstmjittige ljochtboarnen. Op it stuit binne d'r in protte manieren om ljochtintensiteit út te drukken, benammen de folgjende trije.
(1) Ferljochting ferwiist nei de oerflaktichtens fan ljochtstream (ljochtstream per ienheidsoppervlakte) ûntfongen op it ferljochte flak, yn lux (lx).

(2) Fotosyntetysk aktive strieling, PAR, Ienheid: W/m².

(3) De fotosyntetysk effektive fotonfluxdichtheid PPFD of PPF is it oantal fotosyntetysk effektive strieling dat ienheid tiid en ienheidsoppervlakte berikt of trochgiet, ienheid: μmol/(m²·s). Ferwiist benammen nei de ljochtintensiteit fan 400~700nm dy't direkt relatearre is oan fotosynteze. It is ek de meast brûkte ljochtintensiteitsyndikator op it mêd fan plantproduksje.

Ljochtboarne-analyze fan typysk oanfoljend ljochtsysteem
Keunstmjittige ljochtsupplementen binne bedoeld om de ljochtintensiteit yn it doelgebiet te ferheegjen of de ljochttiid te ferlingjen troch in oanfoljend ljochtsysteem te ynstallearjen om te foldwaan oan de ljochtfraach fan planten. Yn 't algemien omfettet it oanfoljende ljochtsysteem oanfoljende ljochtapparatuer, circuits en it kontrôlesysteem. Oanfoljende ljochtboarnen omfetsje benammen ferskate gewoane typen lykas gloelampen, fluorescerende lampen, metaalhalidelampen, hegedruknatriumlampen en LED's. Fanwegen de lege elektryske en optyske effisjinsje fan gloelampen, lege fotosyntetyske enerzjy-effisjinsje en oare tekoartkommingen, is it troch de merk eliminearre, dus dit artikel makket gjin detaillearre analyze.

■ Fluoreszinte lampe
Fluoreszinte lampen hearre ta it type leechdruk gasûntladingslampen. De glêzen buis is fol mei kwikdamp of inert gas, en de binnenwand fan 'e buis is bedekt mei fluoreszintpoeier. De ljochtkleur fariëarret mei it fluoreszinte materiaal dat yn 'e buis bedekt is. Fluoreszinte lampen hawwe goede spektrale prestaasjes, hege ljochteffisjinsje, leech fermogen, langere libbensdoer (12000o) yn ferliking mei gloelampen, en relatyf lege kosten. Omdat de fluoreszinte lampe sels minder waarmte útstjit, kin it ticht by de planten wêze foar ferljochting en is geskikt foar trijediminsjonale teelt. De spektrale yndieling fan 'e fluoreszinte lampe is lykwols net ridlik. De meast foarkommende metoade yn 'e wrâld is it tafoegjen fan reflektors om de effektive ljochtboarnekomponinten fan 'e gewaaksen yn it teeltgebiet te maksimalisearjen. It Japanske adv-agri bedriuw hat ek in nij type oanfoljende ljochtboarne HEFL ûntwikkele. HEFL heart eins ta de kategory fluoreszinte lampen. It is de algemiene term foar kâldkatode fluoreszinte lampen (CCFL) en eksterne elektrode fluoreszinte lampen (EEFL), en is in mingde elektrode fluoreszinte lampe. De HEFL-buis is ekstreem tin, mei in diameter fan mar sawat 4 mm, en de lingte kin oanpast wurde fan 450 mm oant 1200 mm neffens de behoeften fan 'e teelt. It is in ferbettere ferzje fan 'e konvinsjonele fluorescerende lampe.

■ Metaalhalidelampe
De metaalhalogenidelampe is in ûntladingslampe mei hege yntensiteit dy't ferskate eleminten oansette kin om ferskate golflingten te produsearjen troch ferskate metaalhalogeniden (tinbromide, natriumjodide, ensfh.) ta te foegjen oan 'e ûntladingsbuis op basis fan in hegedrukkwiklampe. Halogeenlampen hawwe in hege ljochteffisjinsje, hege krêft, goede ljochtkleur, lange libbensdoer en in grut spektrum. Omdat de ljochteffisjinsje lykwols leger is as dy fan hegedruknatriumlampen, en de libbensdoer koarter is as dy fan hegedruknatriumlampen, wurdt it op it stuit mar yn in pear fabryken brûkt.

■ Hegedruk natriumlampe
Hegedruk-natriumlampen hearre ta it type hegedruk-gasûntladingslampen. De hegedruk-natriumlampe is in hege-effisjinsjelampe wêryn hegedruk-natriumdamp yn 'e ûntladingsbuis fol is, en in lytse hoemannichte xenon (Xe) en kwikmetaalhalide tafoege wurde. Omdat hegedruk-natriumlampen in hege elektro-optyske konverzje-effisjinsje hawwe mei legere produksjekosten, wurde hegedruk-natriumlampen op it stuit it meast brûkt yn 'e tapassing fan oanfoljend ljocht yn lânboufoarsjennings. Fanwegen de tekoartkommingen fan lege fotosyntetyske effisjinsje yn har spektrum hawwe se lykwols de tekoartkommingen fan lege enerzjy-effisjinsje. Oan 'e oare kant binne de spektrale komponinten dy't útstjoerd wurde troch hegedruk-natriumlampen benammen konsintrearre yn 'e giel-oranje ljochtbân, dy't de reade en blauwe spektra mist dy't nedich binne foar plantgroei.

■ Ljochtútstjoerende diode
As in nije generaasje ljochtboarnen hawwe ljochtútstjittende diodes (LED's) in protte foardielen, lykas hegere elektro-optyske konverzje-effisjinsje, ferstelber spektrum en hege fotosyntetyske effisjinsje. LED kin monochromatysk ljocht útstjitte dat nedich is foar plantgroei. Yn ferliking mei gewoane fluoreszinte lampen en oare oanfoljende ljochtboarnen hat LED de foardielen fan enerzjybesparring, miljeubeskerming, lange libbensdoer, monochromatysk ljocht, kâlde ljochtboarne en sa fierder. Mei de fierdere ferbettering fan 'e elektro-optyske effisjinsje fan LED's en de fermindering fan kosten feroarsake troch it skaaleffekt, sille LED-groeiferljochtingssystemen de mainstream apparatuer wurde foar it oanfoljen fan ljocht yn lânboufoarsjennings. As gefolch binne LED-groeilampen tapast yn mear as 99,9% fan plantfabriken.

Troch fergeliking kinne de skaaimerken fan ferskate oanfoljende ljochtboarnen dúdlik begrepen wurde, lykas te sjen is yn tabel 1.

Mobiele ferljochtingsapparaat
De yntensiteit fan ljocht is nau ferbûn mei de groei fan gewaaksen. Trijediminsjonale teelt wurdt faak brûkt yn plantfabriken. Fanwegen de beheining fan 'e struktuer fan' e teeltrekken sil de ûngelikense ferdieling fan ljocht en temperatuer tusken de rekken lykwols ynfloed hawwe op 'e opbringst fan' e gewaaksen en sil de rispingeperioade net syngronisearre wurde. In bedriuw yn Peking hat yn 2010 mei súkses in hânmjittich opheffend ljochtsupplementapparaat (HPS-ljochtarmatuur en LED-groeiljochtarmatuur) ûntwikkele. It prinsipe is om de oandriuwas en de dêrop fêstmakke opwinder te draaien troch de hânfet te skodzjen om de lytse filmrol te draaien om it doel te berikken fan it ynlûken en ôfwikkeljen fan it triedtou. It triedtou fan it groeiljocht is ferbûn mei it opwindwiel fan 'e lift fia meardere sets omkearende tsjillen, om it effekt te berikken fan it oanpassen fan 'e hichte fan it groeiljocht. Yn 2017 ûntwurp en ûntwikkele it hjirboppe neamde bedriuw in nij mobyl ljochtsupplementapparaat, dat de hichte fan it ljochtsupplement automatysk yn realtime kin oanpasse neffens de groeibehoeften fan gewaaksen. It oanpassingsapparaat is no ynstalleare op it 3-laags ljochtboarne opheffende trijediminsjonale teeltrek. De boppeste laach fan it apparaat is it nivo mei de bêste ljochtomstannichheden, dêrom is it foarsjoen fan hegedruknatriumlampen; de middelste laach en de ûnderste laach binne foarsjoen fan LED-groeilampen en in systeem foar it opheffen fan de lampen. It kin automatysk de hichte fan it groeilampe oanpasse om in gaadlike ljochtomjouwing foar de gewaaksen te bieden.

Yn ferliking mei it mobile ljochtsupplementapparaat dat oanpast is foar trijediminsjonale teelt, hat Nederlân in horizontaal beweechber LED-groeiljochtsupplementapparaat ûntwikkele. Om de ynfloed fan 'e skaad fan it groeiljocht op' e groei fan planten yn 'e sinne te foarkommen, kin it groeiljochtsysteem nei beide kanten fan 'e beugel troch de teleskopyske slide yn' e horizontale rjochting skood wurde, sadat de sinne folslein op 'e planten bestraald wurdt; op bewolkte en reinich dagen sûnder sinneljocht, skow it groeiljochtsysteem nei it midden fan 'e beugel om it ljocht fan it groeiljochtsysteem de planten evenredich te foljen; ferpleatse it groeiljochtsysteem horizontaal troch de slide op 'e beugel, foarkom faak demontearjen en fuortheljen fan it groeiljochtsysteem, en ferminderje de arbeidsintensiteit fan meiwurkers, wêrtroch't de wurkeffisjinsje effektyf ferbettere wurdt.

Untwerpideeën fan typysk groeiljochtsysteem
It is net dreech te sjen út it ûntwerp fan it mobile oanfoljende ferljochtingsapparaat dat it ûntwerp fan it oanfoljende ferljochtingssysteem fan 'e plantfabryk meastentiids de ljochtintensiteit, ljochtkwaliteit en fotoperioadeparameters fan ferskate gewaaksgroeiperioaden as de kearnynhâld fan it ûntwerp nimt, fertrouwend op it yntelliginte kontrôlesysteem om te ymplementearjen, it berikken fan it ultime doel fan enerzjybesparring en hege opbringst.

Op it stuit is it ûntwerp en de konstruksje fan oanfoljend ljocht foar blêdgrienten stadichoan folwoeksener wurden. Bygelyks, blêdgrienten kinne wurde ferdield yn fjouwer stadia: siedlingsstadium, middengroei, lette groei en einstadium; fruitgrienten kinne wurde ferdield yn siedlingsstadium, fegetative groeistadium, bloeistadium en rispingestadium. Fan 'e eigenskippen fan oanfoljende ljochtintensiteit moat de ljochtintensiteit yn it siedlingsstadium wat leger wêze, op 60~200 μmol/(m²·s), en dan stadichoan tanimme. Blêdgrienten kinne oant 100~200 μmol/(m²·s) berikke, en fruitgrienten kinne 300~500 μmol/(m²·s) berikke om te soargjen foar de ljochtintensiteitseasken fan plantfotosynteze yn elke groeiperioade en te foldwaan oan 'e behoeften fan hege opbringst; Wat ljochtkwaliteit oanbelanget, is de ferhâlding fan read oant blau tige wichtich. Om de kwaliteit fan siedlings te ferheegjen en oermjittige groei yn 'e siedlingsfaze te foarkommen, wurdt de ferhâlding fan read oant blau oer it algemien ynsteld op in leech nivo [(1~2):1], en dan stadichoan fermindere om te foldwaan oan 'e behoeften fan' e ljochtmorfology fan 'e plant. De ferhâlding fan read oant blau oant blêdgrienten kin ynsteld wurde op (3~6):1. Foar de fotoperioade moat, fergelykber mei de ljochtintensiteit, in trend sjen litte fan tanimmen mei de ferlinging fan 'e groeiperioade, sadat blêdgrienten mear fotosyntetyske tiid hawwe foar fotosynteze. It ûntwerp fan ljochtsupplementen fan fruit en griente sil yngewikkelder wêze. Neist de hjirboppe neamde basiswetten moatte wy ús rjochtsje op 'e ynstelling fan' e fotoperioade tidens de bloeiperioade, en de bloei en fruchtfoarming fan grienten moat befoardere wurde, om net averechts te wurkjen.

It is it neamen wurdich dat de ljochtformule de einbehanneling foar ljochte omjouwingsynstellingen moat omfetsje. Bygelyks, trochgeande ljochtsupplementaasje kin de opbringst en kwaliteit fan hydroponyske blêdgrientesiedlings sterk ferbetterje, of UV-behanneling brûke om de fiedingskwaliteit fan sprútsjes en blêdgrienten (benammen pearse blêden en reade sla) signifikant te ferbetterjen.

Neist it optimalisearjen fan ljochtsupplementaasje foar selekteare gewaaksen, hat it ljochtboarnekontrôlesysteem fan guon keunstmjittige ljochtplantfabriken him de lêste jierren ek rap ûntwikkele. Dit kontrôlesysteem is oer it algemien basearre op 'e B/S-struktuer. Ofstânsbetsjinning en automatyske kontrôle fan miljeufaktoaren lykas temperatuer, fochtigens, ljocht en CO2-konsintraasje tidens de groei fan gewaaksen wurde realisearre fia WIFI, en tagelyk wurdt in produksjemetoade realisearre dy't net beheind wurdt troch eksterne omstannichheden. Dit soarte yntelliginte oanfoljende ljochtsysteem brûkt LED-groeiljochtarmatuur as oanfoljende ljochtboarne, kombineare mei in ôfstânsbetsjinne yntelliginte kontrôlesysteem, kin foldwaan oan 'e behoeften fan plantgolflingteferljochting, is benammen geskikt foar ljochtkontroleare plantteeltomjouwings, en kin goed foldwaan oan 'e merkfraach.

Konklúzjende opmerkings
Plantfabriken wurde beskôge as in wichtige manier om wrâldwide problemen op it mêd fan boarnen, befolking en miljeu yn 'e 21e iuw op te lossen, en in wichtige manier om selsfoarsjennend iten te berikken yn takomstige hightechprojekten. As in nij type agraryske produksjemetoade binne plantfabriken noch yn 'e lear- en groeifaze, en mear oandacht en ûndersyk is nedich. Dit artikel beskriuwt de skaaimerken en foardielen fan mienskiplike oanfoljende ferljochtingsmetoaden yn plantfabriken, en yntrodusearret de ûntwerpideeën fan typyske oanfoljende ferljochtingssystemen foar gewaaksen. It is net dreech om troch fergeliking te finen, om it lege ljocht feroarsake troch swier waar lykas trochgeande bewolking en waas oan te kinnen en om in hege en stabile produksje fan gewaaksen te garandearjen, is LED Grow-ljochtboarneapparatuer it meast yn oerienstimming mei de hjoeddeistige ûntwikkelingstrends.

De takomstige ûntwikkelingsrjochting fan plantfabriken moat him rjochtsje op nije hege-presyzje, lege kosten sensoren, op ôfstân bestjoerbere, ferstelbere spektrumferljochtingssystemen en saakkundige kontrôlesystemen. Tagelyk sille de takomstige plantfabriken har fierder ûntwikkelje nei lege kosten, yntelliginte en selsoanpaste systemen. It gebrûk en de popularisaasje fan LED-groeiljochtboarnen jouwe in garânsje foar hege-presyzje miljeukontrôle fan plantfabriken. LED-ljochtomjouwingsregeling is in kompleks proses dat in wiidweidige regeling fan ljochtkwaliteit, ljochtintensiteit en fotoperioade omfettet. Relevante saakkundigen en wittenskippers moatte yngeand ûndersyk dwaan, wêrby't LED-oanfoljende ferljochting yn keunstmjittige ljochtplantfabriken befoardere wurdt.