Mwandishi: Jing Zhao, Zengchan Zhou, yunlong bu, nk. Vyombo vya habari vya Chanzo: Teknolojia ya Uhandisi wa Kilimo (Kilimo cha Greenhouse)

Kiwanda cha mmea kinachanganya tasnia ya kisasa, bioteknolojia, hydroponics ya virutubishi na teknolojia ya habari kutekeleza udhibiti wa usahihi wa mambo ya mazingira katika kituo hicho. Imefungwa kikamilifu, ina mahitaji ya chini juu ya mazingira yanayozunguka, hupunguza kipindi cha mavuno ya mmea, huokoa maji na mbolea, na kwa faida za uzalishaji usio wa wadudu na hakuna kutokwa kwa taka, ufanisi wa matumizi ya ardhi ni mara 40 hadi 108 ya hiyo ya uzalishaji wazi wa uwanja. Kati yao, chanzo cha taa cha bandia cha akili na kanuni zake za mazingira nyepesi huchukua jukumu la ufanisi katika ufanisi wake wa uzalishaji.

Kama jambo muhimu la mazingira ya mwili, mwanga una jukumu muhimu katika kudhibiti ukuaji wa mmea na kimetaboliki ya nyenzo. "Moja ya sifa kuu za kiwanda cha mmea ni chanzo kamili cha taa bandia na utambuzi wa udhibiti wa akili wa mazingira nyepesi" imekuwa makubaliano ya jumla katika tasnia.

Mahitaji ya mimea ya mwanga

Mwanga ndio chanzo pekee cha nishati ya photosynthesis ya mmea. Nguvu ya mwanga, ubora wa mwanga (wigo) na mabadiliko ya mara kwa mara ya mwanga yana athari kubwa kwa ukuaji na maendeleo ya mazao, kati ya ambayo kiwango cha mwanga kina athari kubwa kwa photosynthesis ya mmea.

■ Nguvu ya mwanga

Nguvu ya nuru inaweza kubadilisha morphology ya mazao, kama vile maua, urefu wa ndani, unene wa shina, na saizi ya jani na unene. Mahitaji ya mimea kwa nguvu ya mwanga yanaweza kugawanywa katika mimea inayopenda-nyepesi, ya kati-ya-mwanga, na mimea yenye uvumilivu wa chini. Mboga ni mimea inayopenda sana, na sehemu zao za fidia na vituo vya kueneza taa ni kubwa. Katika viwanda vya mmea wa bandia, mahitaji husika ya mazao kwa kiwango cha mwanga ni msingi muhimu wa kuchagua vyanzo vya taa bandia. Kuelewa mahitaji nyepesi ya mimea tofauti ni muhimu kwa kubuni vyanzo vya taa bandia, ni muhimu sana kuboresha utendaji wa uzalishaji wa mfumo.

■ Ubora wa mwanga

Usambazaji wa ubora (wa kuvutia) pia una ushawishi muhimu kwenye photosynthesis ya mmea na morphogenesis (Mchoro 1). Nuru ni sehemu ya mionzi, na mionzi ni wimbi la umeme. Mawimbi ya umeme yana sifa za wimbi na sifa za kiasi (chembe). Kiwango cha taa huitwa Photon katika uwanja wa kilimo cha maua. Mionzi na safu ya wimbi la 300 ~ 800nm ​​inaitwa mionzi ya mwili ya mimea; na mionzi iliyo na wimbi la wimbi la 400 ~ 700nm inaitwa mionzi ya kazi (PAR) ya mimea.

Chlorophyll na carotenes ni rangi mbili muhimu zaidi katika photosynthesis ya mmea. Kielelezo cha 2 kinaonyesha wigo wa kunyonya wa kila rangi ya picha, ambayo wigo wa kunyonya wa chlorophyll hujilimbikizia kwenye bendi nyekundu na bluu. Mfumo wa taa ni msingi wa mahitaji ya mazao ya kuongezea taa, ili kukuza picha ya mimea.

■ Upigaji picha
Urafiki kati ya photosynthesis na photomorphogenesis ya mimea na urefu wa siku (au wakati wa kupiga picha) huitwa picha ya mimea. Upimaji wa picha unahusiana sana na masaa ya mwanga, ambayo inamaanisha wakati mazao yamechomwa na mwanga. Mazao tofauti yanahitaji idadi fulani ya masaa ya mwanga kukamilisha picha ya Bloom na kuzaa matunda. Kulingana na picha tofauti, inaweza kugawanywa katika mazao ya siku ndefu, kama kabichi, nk, ambayo yanahitaji masaa zaidi ya 12-14h katika hatua fulani ya ukuaji wake; Mazao ya siku fupi, kama vitunguu, soya, nk, zinahitaji chini ya masaa 12-14h ya kuangaza; Mazao ya jua-kati, kama vile matango, nyanya, pilipili, nk, yanaweza Bloom na kuzaa matunda chini ya jua refu au fupi.
Kati ya mambo matatu ya mazingira, kiwango cha mwanga ni msingi muhimu wa kuchagua vyanzo vya taa bandia. Kwa sasa, kuna njia nyingi za kuelezea ukubwa wa mwanga, haswa ikiwa ni pamoja na tatu zifuatazo.
（1） Illumination inahusu wiani wa uso wa flux nyepesi (flux ya taa kwa eneo la kitengo) iliyopokelewa kwenye ndege iliyoangaziwa, katika LUX (LX).

（2） Mionzi ya kazi ya photosynthetically, par, kitengo: w/m²。

（3） Ufanisi wa picha ya phonon ya photon ya ppfd au PPF ni idadi ya mionzi yenye ufanisi ya photosynthetically ambayo hufikia au kupita wakati wa kitengo na eneo la kitengo, kitengo: μmol/(m² · s) 。mainly inahusu ukubwa wa 400 ~ 700nm Kuhusiana moja kwa moja na photosynthesis. Pia ni kiashiria cha kawaida kinachotumika sana kwenye uwanja wa uzalishaji wa mmea.

Mchanganuo wa chanzo cha mwanga wa mfumo wa kawaida wa taa
Nyongeza ya taa bandia ni kuongeza nguvu ya taa katika eneo linalokusudiwa au kupanua wakati wa taa kwa kusanikisha mfumo wa taa ya kuongeza kutimiza mahitaji ya mimea. Kwa ujumla, mfumo wa nyongeza wa taa unajumuisha vifaa vya taa vya ziada, mizunguko na mfumo wake wa kudhibiti. Vyanzo vya taa vya ziada ni pamoja na aina kadhaa za kawaida kama taa za incandescent, taa za fluorescent, taa za halide ya chuma, taa za sodiamu zenye shinikizo kubwa na taa za taa. Kwa sababu ya ufanisi wa chini wa umeme na macho ya taa za incandescent, ufanisi mdogo wa nishati ya picha na mapungufu mengine, imeondolewa na soko, kwa hivyo nakala hii haifanyi uchambuzi wa kina.

■ Taa ya Fluorescent
Taa za fluorescent ni za aina ya taa za kutokwa kwa gesi zenye shinikizo la chini. Bomba la glasi limejazwa na mvuke wa zebaki au gesi ya inert, na ukuta wa ndani wa bomba umefungwa na poda ya fluorescent. Rangi nyepesi inatofautiana na nyenzo za fluorescent zilizofunikwa kwenye bomba. Taa za fluorescent zina utendaji mzuri wa kutazama, ufanisi mkubwa wa taa, nguvu ya chini, maisha marefu (12000h) ikilinganishwa na taa za incandescent, na gharama ndogo. Kwa sababu taa ya umeme yenyewe hutoa joto kidogo, inaweza kuwa karibu na mimea kwa taa na inafaa kwa kilimo cha pande tatu. Walakini, mpangilio wa taa ya taa ya taa ya taa haina maana. Njia ya kawaida ulimwenguni ni kuongeza viashiria ili kuongeza vifaa vya chanzo bora vya mazao katika eneo la kilimo. Kampuni ya Adv-AGRI ya Kijapani pia imeandaa aina mpya ya chanzo cha taa cha ziada Hefl. HEFL kweli ni ya jamii ya taa za fluorescent. Ni neno la jumla la taa baridi za cathode fluorescent (CCFL) na taa za umeme za umeme za nje (EEFL), na ni taa iliyochanganywa ya umeme wa umeme. Bomba la Hefl ni nyembamba sana, na kipenyo cha karibu 4mm, na urefu unaweza kubadilishwa kutoka 450mm hadi 1200mm kulingana na mahitaji ya kilimo. Ni toleo bora la taa ya kawaida ya fluorescent.

■ Taa ya Halide ya Metal
Taa ya Halide ya Metal ni taa ya kutokwa kwa kiwango cha juu ambayo inaweza kusisimua vitu tofauti ili kutoa mawimbi tofauti kwa kuongeza halides kadhaa za chuma (bromide ya bati, iodide ya sodiamu, nk) kwenye bomba la kutokwa kwa msingi wa taa ya zebaki yenye shinikizo kubwa. Taa za Halogen zina ufanisi mkubwa wa taa, nguvu kubwa, rangi nzuri ya taa, maisha marefu, na wigo mkubwa. Walakini, kwa sababu ufanisi mzuri ni chini kuliko ile ya taa za sodiamu zenye shinikizo kubwa, na maisha ni mafupi kuliko ile ya taa za sodiamu zenye shinikizo kubwa, kwa sasa hutumiwa tu katika viwanda vichache vya mmea.

■ Shinikiza ya juu ya sodiamu
Taa za sodiamu zenye shinikizo kubwa ni za aina ya taa za kutokwa kwa gesi zenye shinikizo kubwa. Taa ya sodiamu yenye shinikizo kubwa ni taa yenye ufanisi mkubwa ambayo mvuke wa sodiamu yenye shinikizo kubwa hujazwa kwenye bomba la kutokwa, na kiwango kidogo cha xenon (XE) na halide ya chuma ya zebaki imeongezwa. Kwa sababu taa za juu za sodiamu zina ufanisi mkubwa wa ubadilishaji wa umeme na gharama za chini za utengenezaji, taa za sodiamu kubwa kwa sasa ndizo zinazotumika sana katika utumiaji wa taa ya ziada katika vifaa vya kilimo. Walakini, kwa sababu ya mapungufu ya ufanisi mdogo wa picha katika wigo wao, wana mapungufu ya ufanisi mdogo wa nishati. Kwa upande mwingine, vifaa vya kutazama vilivyotolewa na taa za sodiamu zenye shinikizo kubwa hujilimbikizia kwenye bendi ya taa ya manjano-machungwa, ambayo inakosa spectra nyekundu na bluu muhimu kwa ukuaji wa mmea.

■ Mwanga wa kutoa diode
Kama kizazi kipya cha vyanzo vya taa, diode zinazotoa mwanga (LEDs) zina faida nyingi kama ufanisi wa juu wa uongofu wa umeme, wigo unaoweza kubadilishwa, na ufanisi mkubwa wa picha. LED inaweza kutoa taa ya monochromatic inayohitajika kwa ukuaji wa mmea. Ikilinganishwa na taa za kawaida za fluorescent na vyanzo vingine vya taa vya kuongezea, LED ina faida za kuokoa nishati, ulinzi wa mazingira, maisha marefu, taa ya monochromatic, chanzo baridi na kadhalika. Pamoja na uboreshaji zaidi wa ufanisi wa umeme wa LEDs na kupunguzwa kwa gharama zinazosababishwa na athari ya kiwango, mifumo ya taa ya LED inakuwa vifaa vya kawaida vya kuongeza taa katika vifaa vya kilimo. Kama matokeo, taa za kukua za LED zimetumika zaidi ya viwanda vya mmea 99.9%.

Kupitia kulinganisha, sifa za vyanzo tofauti vya taa vinaweza kueleweka wazi, kama inavyoonyeshwa kwenye Jedwali 1.

Kifaa cha taa ya rununu
Nguvu ya mwanga inahusiana sana na ukuaji wa mazao. Kilimo cha pande tatu mara nyingi hutumiwa katika viwanda vya mmea. Walakini, kwa sababu ya kiwango cha juu cha muundo wa racks za kilimo, usambazaji usio sawa wa mwanga na joto kati ya racks utaathiri mavuno ya mazao na kipindi cha uvunaji hautasawazishwa. Kampuni huko Beijing imefanikiwa kuendeleza kifaa cha kuongeza taa ya kuinua taa (taa ya taa ya HPS na taa ya taa ya taa ya taa) mnamo 2010. Kanuni ni kuzungusha shimoni la gari na Winder iliyowekwa juu yake kwa kutikisa kushughulikia ili kuzungusha filamu ndogo ya Reel Ili kufikia madhumuni ya kurudisha nyuma na kufungua kamba ya waya. Kamba ya waya ya taa ya kukua imeunganishwa na gurudumu la vilima la lifti kupitia seti nyingi za magurudumu ya kugeuza, ili kufikia athari ya kurekebisha urefu wa taa inayokua. Mnamo mwaka wa 2017, kampuni iliyotajwa hapo juu iliyoundwa na kuendeleza kifaa kipya cha kuongeza taa ya rununu, ambayo inaweza kurekebisha kiotomatiki urefu wa kuongeza taa kwa wakati halisi kulingana na mahitaji ya ukuaji wa mazao. Kifaa cha marekebisho sasa kimewekwa kwenye safu ya taa ya safu-tatu ya kuinua aina tatu za kilimo. Safu ya juu ya kifaa ni kiwango kilicho na hali bora ya taa, kwa hivyo imewekwa na taa za sodiamu zenye shinikizo kubwa; Safu ya kati na safu ya chini imewekwa na taa za Ukuaji wa LED na mfumo wa marekebisho wa kuinua. Inaweza kurekebisha kiotomatiki urefu wa taa inayokua ili kutoa mazingira ya taa inayofaa kwa mazao.

Ikilinganishwa na kifaa cha kuongeza taa ya rununu iliyoundwa kwa kilimo cha pande tatu, Uholanzi imeendeleza kifaa cha taa cha taa cha taa cha LED kinachoweza kusonga mbele. Ili kuzuia ushawishi wa kivuli cha taa inayokua juu ya ukuaji wa mimea kwenye jua, mfumo wa mwangaza wa kukua unaweza kusukuma pande zote mbili za bracket kupitia slaidi ya telescopic katika mwelekeo wa usawa, ili jua liwe kikamilifu kumwagika kwenye mimea; Siku za mawingu na mvua bila jua, kushinikiza mfumo wa taa ya kukua hadi katikati ya bracket ili kufanya mwangaza wa mfumo wa taa ya kukua vizuri kujaza mimea; Sogeza mfumo wa ukuaji wa mwanga kwa usawa kupitia slaidi kwenye bracket, epuka disassembly ya mara kwa mara na kuondolewa kwa mfumo wa mwangaza, na kupunguza nguvu ya wafanyikazi, na hivyo kuboresha ufanisi wa kazi.

Mawazo ya kubuni ya mfumo wa kawaida wa kukua
Sio ngumu kuona kutoka kwa muundo wa kifaa cha kuongezea taa ya simu ya rununu kwamba muundo wa mfumo wa taa wa ziada wa kiwanda cha mmea kawaida huchukua kiwango cha taa, ubora wa taa na vigezo vya upigaji picha wa vipindi tofauti vya ukuaji wa mazao kama maudhui ya msingi ya muundo , kutegemea mfumo wa kudhibiti akili kutekeleza, kufikia lengo la mwisho la kuokoa nishati na mavuno ya juu.

Kwa sasa, muundo na ujenzi wa taa ya ziada ya mboga zenye majani imekomaa polepole. Kwa mfano, mboga zenye majani zinaweza kugawanywa katika hatua nne: hatua ya miche, ukuaji wa kati, ukuaji wa marehemu, na hatua ya mwisho; Mbolea ya matunda inaweza kugawanywa katika hatua ya miche, hatua ya ukuaji wa mimea, hatua ya maua, na hatua ya kuvuna. Kutoka kwa sifa za kuongeza nguvu ya taa, kiwango cha mwangaza katika hatua ya miche kinapaswa kuwa chini kidogo, kwa 60 ~ 200 μmol/(m² · s), na kisha kuongezeka polepole. Mboga yenye majani inaweza kufikia 100 ~ 200 μmol/(m² · s), na mboga za matunda zinaweza kufikia 300 ~ 500 μmol/(m² · s) ili kuhakikisha mahitaji ya nguvu ya mmea katika kila kipindi cha ukuaji na kutimiza mahitaji ya mavuno ya juu; Kwa upande wa ubora wa mwanga, uwiano wa nyekundu hadi bluu ni muhimu sana. Ili kuongeza ubora wa miche na kuzuia ukuaji mkubwa katika hatua ya miche, uwiano wa nyekundu hadi bluu kwa ujumla huwekwa kwa kiwango cha chini [(1 ~ 2): 1], na kisha kupunguzwa polepole kukidhi mahitaji ya mmea Morphology nyepesi. Uwiano wa nyekundu hadi bluu kwa mboga yenye majani inaweza kuwekwa (3 ~ 6): 1. Kwa upigaji picha, sawa na nguvu ya mwanga, inapaswa kuonyesha mwenendo wa kuongezeka na upanuzi wa kipindi cha ukuaji, ili mboga zenye majani zina wakati zaidi wa photosynthesis. Ubunifu wa nyongeza ya matunda na mboga itakuwa ngumu zaidi. Kwa kuongezea sheria za msingi zilizotajwa hapo juu, tunapaswa kuzingatia mpangilio wa picha wakati wa maua, na maua na matunda ya mboga lazima yakuzwe, ili isiwe moto.

Inafaa kutaja kuwa formula nyepesi inapaswa kujumuisha matibabu ya mwisho kwa mipangilio ya mazingira nyepesi. Kwa mfano, nyongeza ya mwanga inayoendelea inaweza kuboresha sana mavuno na ubora wa miche ya mboga ya majani ya hydroponic, au kutumia matibabu ya UV kuboresha kwa kiasi kikubwa kuchipua na mboga zenye majani (haswa majani ya zambarau na leta nyekundu ya majani) ubora wa lishe.

Mbali na kuongeza nyongeza ya taa kwa mazao yaliyochaguliwa, mfumo wa kudhibiti chanzo cha taa za viwanda vya mimea ya bandia pia umekua haraka katika miaka ya hivi karibuni. Mfumo huu wa kudhibiti kwa ujumla ni msingi wa muundo wa B/S. Udhibiti wa kijijini na udhibiti wa moja kwa moja wa sababu za mazingira kama vile joto, unyevu, mwanga, na mkusanyiko wa CO2 wakati wa ukuaji wa mazao hupatikana kupitia WiFi, na wakati huo huo, njia ya uzalishaji ambayo haijazuiliwa na hali ya nje inagunduliwa. Aina hii ya mfumo wa taa wa ziada wa akili hutumia taa ya LED inayokua kama chanzo cha taa cha kuongezea, pamoja na mfumo wa kudhibiti akili wa mbali, inaweza kukidhi mahitaji ya taa ya mimea ya mimea, inafaa sana kwa mazingira ya kilimo kinachodhibitiwa .

Maneno ya kuhitimisha
Viwanda vya mmea vinachukuliwa kuwa njia muhimu ya kutatua rasilimali za ulimwengu, idadi ya watu na shida za mazingira katika karne ya 21, na njia muhimu ya kufikia utoshelevu wa chakula katika miradi ya hali ya juu ya hali ya juu. Kama aina mpya ya njia ya uzalishaji wa kilimo, viwanda vya mmea bado viko katika hatua ya kujifunza na ukuaji, na umakini zaidi na utafiti unahitajika. Nakala hii inaelezea tabia na faida za njia za kawaida za taa za kuongezea katika viwanda vya mmea, na huanzisha maoni ya muundo wa mifumo ya kawaida ya taa za mazao. Sio ngumu kupata kupitia kulinganisha, ili kukabiliana na taa ya chini inayosababishwa na hali ya hewa kali kama vile mawingu yanayoendelea na macho na kuhakikisha uzalishaji wa juu na thabiti wa mazao ya kituo, vifaa vya taa vya taa vya LED vinaambatana zaidi na maendeleo ya sasa mwenendo.

Miongozo ya maendeleo ya baadaye ya viwanda vya mmea inapaswa kuzingatia usahihi mpya wa hali ya juu, sensorer za bei ya chini, zinazoweza kudhibitiwa kwa mbali, mifumo ya vifaa vya taa vya wigo na mifumo ya kudhibiti wataalam. Wakati huo huo, viwanda vya mimea ya baadaye vitaendelea kukuza kuelekea bei ya chini, akili, na yenye kujibadilisha. Matumizi na umaarufu wa vyanzo vya taa vya LED vinatoa dhamana kwa udhibiti wa mazingira wa hali ya juu wa viwanda vya mmea. Udhibiti wa mazingira ya mwanga wa LED ni mchakato ngumu unaojumuisha udhibiti kamili wa ubora wa mwanga, kiwango cha mwanga, na upigaji picha. Wataalam husika na wasomi wanahitaji kufanya utafiti wa kina, kukuza taa za ziada za LED katika viwanda vya mmea wa bandia.