Muallif: Jing Zhao, Zengchan Chjou, Yunlong Bu va boshqalar. Manba ommaviy axborot vositalari: Qishloq xo'jaligi texnologiyasi (issiqxona bog'dorchiligi)

Zavod zavodi zamonaviy sanoat, biotexnologiya, ozuqaviy gidroponika va axborot texnologiyalarini birlashtirib, ob'ektda atrof-muhit omillarini yuqori aniqlik bilan nazorat qilishni amalga oshiradi. U to'liq yopiq, atrof-muhitga past talablarga ega, o'simliklarni yig'ish muddatini qisqartiradi, suv va o'g'itni tejaydi va pestitsidsiz ishlab chiqarishning afzalliklari va chiqindilarni chiqarmaslik bilan birlikdan foydalanish samaradorligi undan 40 dan 108 baravargacha. ochiq maydonda ishlab chiqarish. Ular orasida aqlli sun'iy yorug'lik manbai va uning yorug'lik muhitini tartibga solish uning ishlab chiqarish samaradorligida hal qiluvchi rol o'ynaydi.

Muhim jismoniy ekologik omil sifatida yorug'lik o'simliklarning o'sishi va material almashinuvini tartibga solishda asosiy rol o'ynaydi. "Zavod zavodining asosiy xususiyatlaridan biri to'liq sun'iy yorug'lik manbai va yorug'lik muhitini aqlli tartibga solishni amalga oshirishdir" sanoatda umumiy konsensusga aylandi.

O'simliklarning yorug'likka bo'lgan ehtiyoji

Yorug'lik o'simlik fotosintezining yagona energiya manbai hisoblanadi. Yorug'likning intensivligi, yorug'lik sifati (spektri) va yorug'likning davriy o'zgarishi ekinlarning o'sishi va rivojlanishiga chuqur ta'sir qiladi, ular orasida yorug'lik intensivligi o'simlik fotosinteziga eng katta ta'sir ko'rsatadi.

■ Yorug'lik intensivligi

Yorug'likning intensivligi ekinlarning morfologiyasini o'zgartirishi mumkin, masalan, gullash, tugunlararo uzunligi, poya qalinligi, barg hajmi va qalinligi. O'simliklarning yorug'lik intensivligiga bo'lgan talablari yorug'likni yaxshi ko'radigan, o'rtacha yorug'likni yaxshi ko'radigan va yorug'likka chidamli o'simliklarga bo'linishi mumkin. Sabzavotlar asosan yorug'likni yaxshi ko'radigan o'simliklar bo'lib, ularning yorug'lik kompensatsiya nuqtalari va yorug'lik bilan to'yinganlik nuqtalari nisbatan yuqori. Sun'iy yorug'lik zavodlarida yorug'lik intensivligi uchun ekinlarning tegishli talablari sun'iy yorug'lik manbalarini tanlash uchun muhim asosdir. Turli o'simliklarning yorug'lik talablarini tushunish sun'iy yorug'lik manbalarini loyihalash uchun muhim ahamiyatga ega, tizimning ishlab chiqarish ko'rsatkichlarini yaxshilash juda zarur.

■ Yorug'lik sifati

Yorug'lik sifati (spektral) taqsimoti o'simliklarning fotosintezi va morfogeneziga ham muhim ta'sir ko'rsatadi (1-rasm). Yorug'lik nurlanishning bir qismidir va radiatsiya elektromagnit to'lqindir. Elektromagnit to'lqinlar to'lqin xususiyatlariga va kvant (zarrachalar) xususiyatlariga ega. Yorug'lik kvanti bog'dorchilik sohasida foton deb ataladi. To'lqin uzunligi diapazoni 300~800nm ​​bo'lgan nurlanish o'simliklarning fiziologik faol nurlanishi deb ataladi; va toʻlqin uzunligi diapazoni 400~700nm boʻlgan nurlanish oʻsimliklarning fotosintetik faol nurlanishi (PAR) deb ataladi.

Xlorofil va karotin o'simliklar fotosintezidagi ikkita eng muhim pigmentdir. 2-rasmda har bir fotosintetik pigmentning spektral yutilish spektri ko'rsatilgan, bunda xlorofillni yutish spektri qizil va ko'k chiziqlarda to'plangan. Yoritish tizimi o'simliklarning fotosintezini rag'batlantirish uchun yorug'likni sun'iy ravishda to'ldirish uchun ekinlarning spektral ehtiyojlariga asoslangan.

■ fotoperiod
O'simliklarning fotosintezi va fotomorfogenezi va kun uzunligi (yoki fotodavr vaqti) o'rtasidagi bog'liqlik o'simliklarning fotoperiodligi deyiladi. Fotoperiodlik yorug'lik soatlari bilan chambarchas bog'liq bo'lib, bu hosilning yorug'lik bilan nurlanish vaqtini bildiradi. Turli ekinlar gullash va meva berish uchun fotoperiodni yakunlash uchun ma'lum miqdordagi yorug'lik soatini talab qiladi. Turli fotoperiodlarga ko'ra, u o'sishining ma'lum bir bosqichida 12-14 soatdan ortiq yorug'lik soatini talab qiladigan karam va boshqalar kabi uzoq kunlik ekinlarga bo'linishi mumkin; piyoz, soya va boshqalar kabi qisqa kunlik ekinlar 12-14 soatdan kam yorug'lik soatini talab qiladi; bodring, pomidor, qalampir va boshqalar kabi o'rtacha quyoshli ekinlar uzoqroq yoki qisqaroq quyosh nuri ostida gullashi va meva berishi mumkin.
Atrof-muhitning uchta elementi orasida yorug'lik intensivligi sun'iy yorug'lik manbalarini tanlash uchun muhim asosdir. Hozirgi vaqtda yorug'lik intensivligini ifodalashning ko'plab usullari mavjud, asosan quyidagi uchtasini o'z ichiga oladi.
（1）Yorug'lik yoritilgan tekislikda olingan yorug'lik oqimining (birlik maydoniga yorug'lik oqimi) lyuksda (lx) sirt zichligiga ishora qiladi.

（2）Fotosintetik faol nurlanish, PAR，Birlik:Vt/m²。

（3）Fotosintetik jihatdan samarali foton oqimi zichligi PPFD yoki PPF - bu vaqt birligi va birlik maydoniga etib boradigan yoki o'tadigan fotosintetik jihatdan samarali nurlanish soni, birlik: mmol/(m²·s)。Asosan 400 ~ 700 nm yorug'lik intensivligini bildiradi. fotosintez bilan bevosita bog'liq. Bundan tashqari, o'simlik ishlab chiqarish sohasida eng ko'p ishlatiladigan yorug'lik intensivligi ko'rsatkichidir.

Oddiy qo'shimcha yorug'lik tizimining yorug'lik manbasini tahlil qilish
Sun'iy yorug'lik qo'shimchasi o'simliklarning yorug'lik talabini qondirish uchun qo'shimcha yorug'lik tizimini o'rnatish orqali maqsadli hududdagi yorug'lik intensivligini oshirish yoki yorug'lik vaqtini uzaytirishdir. Umuman olganda, qo'shimcha yorug'lik tizimi qo'shimcha yorug'lik uskunalari, sxemalar va uni boshqarish tizimini o'z ichiga oladi. Qo'shimcha yorug'lik manbalari asosan akkor lampalar, lyuminestsent lampalar, metall halid lampalar, yuqori bosimli natriy lampalar va LEDlar kabi bir nechta keng tarqalgan turlarni o'z ichiga oladi. Akkor lampalarning past elektr va optik samaradorligi, past fotosintetik energiya samaradorligi va boshqa kamchiliklar tufayli bozor tomonidan yo'q qilindi, shuning uchun ushbu maqolada batafsil tahlil qilinmaydi.

■ Floresan chiroq
Floresan lampalar past bosimli gaz deşarj lampalari turiga kiradi. Shisha naycha simob bug'i yoki inert gaz bilan to'ldirilgan va trubaning ichki devori floresan kukun bilan qoplangan. Ochiq rang trubkada qoplangan floresan materialga qarab o'zgaradi. Floresan lampalar yaxshi spektral ishlashga, yuqori yorug'lik samaradorligiga, past quvvatga, cho'g'lanma lampalar bilan solishtirganda uzoqroq ishlashga (12000 soat) va nisbatan arzon narxga ega. Floresan chiroqning o'zi kamroq issiqlik chiqaradiganligi sababli, u yoritish uchun o'simliklarga yaqin bo'lishi mumkin va uch o'lchamli etishtirish uchun mos keladi. Biroq, lyuminestsent chiroqning spektral tartibi asossizdir. Dunyoda eng keng tarqalgan usul - ekin maydonidagi ekinlarning samarali yorug'lik manbai komponentlarini maksimal darajada oshirish uchun reflektorlarni qo'shishdir. Yaponiyaning adv-agri kompaniyasi HEFL qo'shimcha yorug'lik manbasining yangi turini ham ishlab chiqdi. HEFL aslida lyuminestsent lampalar toifasiga kiradi. Bu sovuq katodli lyuminestsent lampalar (CCFL) va tashqi elektrodli floresan lampalar (EEFL) uchun umumiy atama bo'lib, aralash elektrodli lyuminestsent chiroqdir. HEFL trubkasi juda nozik, diametri atigi 4 mm va uzunligi etishtirish ehtiyojlariga qarab 450 mm dan 1200 mm gacha sozlanishi mumkin. Bu an'anaviy lyuminestsent chiroqning takomillashtirilgan versiyasidir.

■ Metall halidli chiroq
Metall halid chiroq - yuqori bosimli simob chiroq asosida tushirish trubkasida turli xil metall halidlarni (qalay bromid, natriy yodid va boshqalar) qo'shib, turli xil to'lqin uzunliklarini ishlab chiqarish uchun turli elementlarni qo'zg'atishi mumkin bo'lgan yuqori quvvatli deşarj chiroq. Halojen lampalar yuqori yorug'lik samaradorligi, yuqori quvvat, yaxshi yorug'lik rangi, uzoq umr va katta spektrga ega. Biroq, yorug'lik samaradorligi yuqori bosimli natriy lampalarnikiga qaraganda past bo'lgani va ishlash muddati yuqori bosimli natriy lampalarga qaraganda qisqaroq bo'lganligi sababli, hozirda u faqat bir nechta zavod fabrikalarida qo'llaniladi.

■ Yuqori bosimli natriy chiroq
Yuqori bosimli natriy lampalar yuqori bosimli gaz deşarj lampalari turiga kiradi. Yuqori bosimli natriy chiroq yuqori samarali chiroq bo'lib, unda yuqori bosimli natriy bug'i tushirish trubkasiga to'ldiriladi va oz miqdorda ksenon (Xe) va simob metall halidi qo'shiladi. Yuqori bosimli natriy lampalar ishlab chiqarish xarajatlari past bo'lgan yuqori elektro-optik konversiya samaradorligiga ega bo'lganligi sababli, yuqori bosimli natriy lampalar hozirgi vaqtda qishloq xo'jaligi ob'ektlarida qo'shimcha yorug'likni qo'llashda eng keng tarqalgan. Biroq, ularning spektrida past fotosintetik samaradorlikning kamchiliklari tufayli ular past energiya samaradorligining kamchiliklariga ega. Boshqa tomondan, yuqori bosimli natriy lampalar chiqaradigan spektral komponentlar asosan o'simlik o'sishi uchun zarur bo'lgan qizil va ko'k spektrlardan mahrum bo'lgan sariq-to'q sariq rangli yorug'lik chizig'ida to'plangan.

■ Yorug'lik chiqaradigan diod
Yangi avlod yorug'lik manbalari sifatida yorug'lik chiqaradigan diodlar (LED) yuqori elektro-optik konversiya samaradorligi, sozlanishi spektr va yuqori fotosintetik samaradorlik kabi ko'plab afzalliklarga ega. LED o'simlik o'sishi uchun zarur bo'lgan monoxromatik yorug'likni chiqarishi mumkin. Oddiy lyuminestsent lampalar va boshqa qo'shimcha yorug'lik manbalari bilan solishtirganda, LED energiya tejash, atrof-muhitni muhofaza qilish, uzoq umr, monoxromatik yorug'lik, sovuq yorug'lik manbai va boshqalar kabi afzalliklarga ega. LEDlarning elektro-optik samaradorligini yanada yaxshilash va masshtab effekti tufayli xarajatlarni kamaytirish bilan LED o'sadigan yoritish tizimlari qishloq xo'jaligi ob'ektlarida yorug'likni to'ldirish uchun asosiy uskunaga aylanadi. Natijada, 99,9% zavod zavodlarida LED o'sadigan chiroqlar qo'llanildi.

Taqqoslash orqali 1-jadvalda ko'rsatilganidek, turli xil qo'shimcha yorug'lik manbalarining xususiyatlarini aniq tushunish mumkin.

Mobil yoritish moslamasi
Yorug'likning intensivligi ekinlarning o'sishi bilan chambarchas bog'liq. Ko'pincha o'simlik fabrikalarida uch o'lchovli etishtirish qo'llaniladi. Shu bilan birga, kultivatsiya tokchalari strukturasi cheklanganligi sababli tokchalar orasidagi yorug’lik va haroratning notekis taqsimlanishi ekinlarning hosildorligiga ta’sir qiladi va o’rim-yig’im davri sinxronlashtirilmaydi. Pekindagi bir kompaniya 2010 yilda qo'lda ko'taruvchi yorug'lik qo'shimcha qurilmasini (HPS yoritish moslamasi va LED o'sish yoritgichi) muvaffaqiyatli ishlab chiqdi. Printsip - kichik plyonkali g'altakni aylantirish uchun tutqichni silkitib, haydovchi milini va unga o'rnatilgan o'rash moslamasini aylantirish. tel arqonni tortib olish va ochish maqsadiga erishish. O'sadigan yorug'likning tel arqoni liftning o'ralgan g'ildiragi bilan bir nechta teskari g'ildiraklar to'plami orqali ulanadi, bu esa o'sadigan yorug'likning balandligini sozlash effektiga erishadi. 2017 yilda yuqorida aytib o'tilgan kompaniya yangi mobil yorug'lik qo'shimcha qurilmasini ishlab chiqdi va ishlab chiqdi, u real vaqt rejimida ekinlarning o'sishi ehtiyojlariga qarab yorug'lik qo'shimchasining balandligini avtomatik ravishda sozlashi mumkin. Sozlash moslamasi endi 3 qavatli yorug'lik manbasini ko'taruvchi uch o'lchamli kultivatsiya tokchasiga o'rnatiladi. Qurilmaning yuqori qatlami eng yaxshi yorug'lik holatiga ega bo'lgan darajadir, shuning uchun u yuqori bosimli natriy lampalar bilan jihozlangan; o'rta qatlam va pastki qatlam LED o'sadigan chiroqlar va ko'tarishni sozlash tizimi bilan jihozlangan. U ekinlar uchun mos yorug'lik muhitini ta'minlash uchun o'sadigan yorug'likning balandligini avtomatik ravishda sozlashi mumkin.

Uch o'lchamli etishtirish uchun mo'ljallangan mobil yorug'lik qo'shimcha qurilmasi bilan solishtirganda, Gollandiya gorizontal harakatlanuvchi LED yorug'lik qo'shimcha yorug'lik moslamasini ishlab chiqdi. Quyoshdagi o'simliklarning o'sishiga o'sadigan yorug'lik soyasining ta'sirini oldini olish uchun o'sadigan yorug'lik tizimini gorizontal yo'nalishda teleskopik slayd orqali braketning ikkala tomoniga surish mumkin, shunda quyosh to'liq bo'ladi. o'simliklarda nurlanish; quyosh nuri bo'lmagan bulutli va yomg'irli kunlarda, o'sadigan yorug'lik tizimining yorug'ligi o'simliklarni teng ravishda to'ldirish uchun o'sadigan yorug'lik tizimini qavsning o'rtasiga suring; o'sadigan yorug'lik tizimini qavsdagi slayd orqali gorizontal ravishda harakatlantiring, o'sadigan yorug'lik tizimini tez-tez qismlarga ajratish va olib tashlashdan saqlaning va xodimlarning mehnat zichligini kamaytiring, shu bilan ish samaradorligini samarali oshiring.

Oddiy o'sadigan yorug'lik tizimining dizayn g'oyalari
Mobil yoritish qo'shimcha qurilmasining dizaynidan shuni ko'rish qiyin emaski, zavod zavodining qo'shimcha yoritish tizimini loyihalashda, odatda, dizaynning asosiy mazmuni sifatida turli ekin o'sish davrlarining yorug'lik intensivligi, yorug'lik sifati va fotoperiod parametrlari olinadi. , amalga oshirish uchun aqlli boshqaruv tizimiga tayanib, energiya tejash va yuqori rentabellikning yakuniy maqsadiga erishish.

Hozirgi vaqtda bargli sabzavotlar uchun qo'shimcha yorug'likni loyihalash va qurish asta-sekin pishib yetdi. Misol uchun, bargli sabzavotlarni to'rt bosqichga bo'lish mumkin: ko'chat bosqichi, o'rta o'sish, kech o'sish va oxirgi bosqich; meva-sabzavotlarni ko'chat bosqichi, vegetativ o'sish bosqichi, gullash bosqichi va hosilni yig'ish bosqichiga bo'lish mumkin. Qo'shimcha yorug'lik intensivligining atributlariga ko'ra, ko'chat bosqichidagi yorug'lik intensivligi biroz pastroq bo'lishi kerak, 60 ~ 200 mkmol / (m²·s) va keyin asta-sekin o'sib borishi kerak. Bargli sabzavotlar 100~200 mkmol/(m²·s) gacha, mevali sabzavotlar esa 300~500 mkmol/(m²·s) ga yetishi mumkin, bu har bir oʻsish davrida oʻsimlik fotosintezining yorugʻlik intensivligi talablarini taʼminlashi va oʻsimlik ehtiyojlarini qondirishi mumkin. yuqori hosil; Yorug'lik sifati nuqtai nazaridan qizil va ko'kning nisbati juda muhimdir. Ko'chatlarning sifatini oshirish va ko'chat bosqichida ortiqcha o'sishni oldini olish uchun qizil va ko'kning nisbati odatda past darajada [(1 ~ 2): 1] o'rnatiladi va keyin o'simlik ehtiyojlarini qondirish uchun asta-sekin kamayadi. yorug'lik morfologiyasi. Qizil va ko'k va bargli sabzavotlar nisbati (3 ~ 6): 1 ga o'rnatilishi mumkin. Yorug'lik intensivligiga o'xshash fotoperiod uchun u o'sish davrining kengayishi bilan ortib borish tendentsiyasini ko'rsatishi kerak, shunda bargli sabzavotlar fotosintez uchun ko'proq fotosintetik vaqtga ega bo'ladi. Meva va sabzavotlarning engil qo'shimcha dizayni yanada murakkab bo'ladi. Yuqorida aytib o'tilgan asosiy qonunlarga qo'shimcha ravishda, biz gullash davrida fotoperiodni belgilashga e'tibor qaratishimiz kerak va sabzavotlarning gullashi va meva berishi teskari natijaga olib kelmasligi uchun targ'ib qilinishi kerak.

Shuni ta'kidlash kerakki, yorug'lik formulasi yorug'lik muhiti sozlamalari uchun oxirgi ishlov berishni o'z ichiga olishi kerak. Misol uchun, doimiy yorug'lik qo'shimchalari gidroponik bargli sabzavot ko'chatlarining hosildorligi va sifatini sezilarli darajada yaxshilaydi yoki nihol va bargli sabzavotlarning (ayniqsa, binafsha barglari va qizil bargli marul) ozuqaviy sifatini sezilarli darajada yaxshilash uchun ultrabinafsha nurlanishidan foydalanishi mumkin.

Tanlangan ekinlar uchun yorug'lik qo'shimchasini optimallashtirishdan tashqari, so'nggi yillarda ba'zi sun'iy yorug'lik zavodlarining yorug'lik manbalarini boshqarish tizimi ham tez rivojlandi. Ushbu boshqaruv tizimi odatda B/S tuzilishiga asoslanadi. Ekinlarning o'sishi jarayonida harorat, namlik, yorug'lik va CO2 kontsentratsiyasi kabi atrof-muhit omillarini masofadan boshqarish va avtomatik boshqarish WIFI orqali amalga oshiriladi va shu bilan birga, tashqi sharoitlar bilan cheklanmagan ishlab chiqarish usuli amalga oshiriladi. Ushbu turdagi aqlli qo'shimcha yorug'lik tizimi LED o'sadigan yorug'lik moslamasini qo'shimcha yorug'lik manbai sifatida ishlatadi, masofaviy aqlli boshqaruv tizimi bilan birgalikda o'simlik to'lqin uzunligini yoritish ehtiyojlarini qondira oladi, ayniqsa yorug'lik bilan boshqariladigan o'simliklarni etishtirish muhitiga mos keladi va bozor talabini yaxshi qondira oladi. .

Yakunlovchi fikrlar
Zavod-fabrikalar XXI asrda jahon resurslari, aholi va ekologik muammolarni hal etishning muhim yo‘li, kelajakdagi yuqori texnologiyali loyihalarda o‘zini-o‘zi oziq-ovqat bilan ta’minlashga erishishning muhim yo‘li hisoblanadi. Qishloq xo'jaligi ishlab chiqarishining yangi turi sifatida o'simlik fabrikalari hali ham o'rganish va o'sish bosqichida va ko'proq e'tibor va tadqiqotlar talab etiladi. Ushbu maqola zavod fabrikalarida keng tarqalgan qo'shimcha yoritish usullarining xususiyatlari va afzalliklarini tavsiflaydi va odatdagi ekinlarni qo'shimcha yoritish tizimlarining dizayn g'oyalarini taqdim etadi. Taqqoslash orqali topish qiyin emas, doimiy bulutli va tuman kabi og'ir ob-havo tufayli kam yorug'lik bilan kurashish va ob'ekt ekinlarini yuqori va barqaror ishlab chiqarishni ta'minlash uchun LED Grow yorug'lik manbai uskunalari hozirgi rivojlanishga eng mos keladi. tendentsiyalar.

Zavod fabrikalarining kelajakdagi rivojlanish yo'nalishi yangi yuqori aniqlikdagi, arzon narxlardagi sensorlar, masofadan boshqariladigan, sozlanishi spektrli yoritish moslamalari tizimlari va ekspert boshqaruv tizimlariga qaratilishi kerak. Shu bilan birga, kelajakdagi zavod fabrikalari arzon, aqlli va o'z-o'zidan moslasha oladigan rivojlanishda davom etadi. LED o'sadigan yorug'lik manbalaridan foydalanish va ommalashtirish zavod fabrikalarining yuqori aniqlikdagi ekologik nazoratini kafolatlaydi. LED yorug'lik muhitini tartibga solish yorug'lik sifati, yorug'lik intensivligi va fotoperiodni kompleks tartibga solishni o'z ichiga olgan murakkab jarayondir. Tegishli mutaxassislar va olimlar sun'iy yorug'lik zavodlarida LED qo'shimcha yoritishni targ'ib qilib, chuqur tadqiqotlar olib borishlari kerak.