Автор: Цзин Чжао, Цзэнчан Чжоу, Юньлун Бу ж.б. Булак: Айыл чарба инженериясынын технологиясы (күндүзгү багбанчылык)

Завод заманбап өнөр жайды, биотехнологияны, азык заттарды гидропониканы жана маалыматтык технологияларды айкалыштырып, объектте экологиялык факторлорду жогорку тактык менен көзөмөлдөөнү ишке ашырат. Ал толугу менен жабык, айлана-чөйрөгө төмөн талаптарды коёт, өсүмдүктөрдү жыйноо мөөнөтүн кыскартат, сууну жана жер семирткичтерди үнөмдөйт, ошондой эле пестициддерди колдонбостон өндүрүүнүн жана калдыктарды чыгарбоонун артыкчылыктары менен жерди пайдалануунун натыйжалуулугу ачык талаадагы өндүрүшкө караганда 40 эседен 108 эсеге чейин жогору. Алардын арасында акылдуу жасалма жарык булагы жана анын жарык чөйрөсүн жөнгө салуусу анын өндүрүш натыйжалуулугунда чечүүчү ролду ойнойт.

Жарык маанилүү физикалык экологиялык фактор катары өсүмдүктөрдүн өсүшүн жана зат алмашуусун жөнгө салууда негизги ролду ойнойт. "Өсүмдүк фабрикасынын негизги өзгөчөлүктөрүнүн бири - бул толук жасалма жарык булагы жана жарык чөйрөсүн акылдуу жөнгө салууну ишке ашыруу" тармакта жалпы консенсуска айланды.

Өсүмдүктөрдүн жарыкка болгон муктаждыгы

Жарык өсүмдүктөрдүн фотосинтезинин жалгыз энергия булагы болуп саналат. Жарыктын интенсивдүүлүгү, жарыктын сапаты (спектр) жана жарыктын мезгилдүү өзгөрүүлөрү өсүмдүктөрдүн өсүшүнө жана өнүгүшүнө терең таасир этет, алардын ичинен жарыктын интенсивдүүлүгү өсүмдүктөрдүн фотосинтезине эң чоң таасир этет.

■ Жарыктын интенсивдүүлүгү

Жарыктын интенсивдүүлүгү өсүмдүктөрдүн морфологиясын, мисалы, гүлдөөсүн, түйүн аралыктарынын узундугун, сабактарынын калыңдыгын жана жалбырактарынын өлчөмүн жана калыңдыгын өзгөртө алат. Өсүмдүктөрдүн жарыктын интенсивдүүлүгүнө болгон талаптарын жарыкты сүйүүчү, орточо жарыкты сүйүүчү жана аз жарыкка чыдамдуу өсүмдүктөргө бөлүүгө болот. Жашылчалар көбүнчө жарыкты сүйүүчү өсүмдүктөр болуп саналат жана алардын жарыкты компенсациялоо чекиттери жана жарыктын каныккандыгы чекиттери салыштырмалуу жогору. Жасалма жарык өстүрүүчү заводдордо өсүмдүктөрдүн жарыктын интенсивдүүлүгүнө болгон тиешелүү талаптары жасалма жарык булактарын тандоо үчүн маанилүү негиз болуп саналат. Ар кандай өсүмдүктөрдүн жарыкка болгон талаптарын түшүнүү жасалма жарык булактарын долбоорлоо үчүн маанилүү, системанын өндүрүштүк көрсөткүчтөрүн жакшыртуу өтө зарыл.

■ Жарыктын сапаты

Жарыктын сапатынын (спектрдик) бөлүштүрүлүшү өсүмдүктөрдүн фотосинтезине жана морфогенезине да маанилүү таасир этет (1-сүрөт). Жарык нурлануунун бир бөлүгү, ал эми нурлануу электромагниттик толкун болуп саналат. Электромагниттик толкундар толкун мүнөздөмөлөрүнө жана кванттык (бөлүкчө) мүнөздөмөлөрүнө ээ. Жарыктын кванттык бөлүгү багбанчылык тармагында фотон деп аталат. Толкун узундугу 300 ~ 800 нм болгон нурлануу өсүмдүктөрдүн физиологиялык активдүү нурлануусу деп аталат; ал эми толкун узундугу 400 ~ 700 нм болгон нурлануу өсүмдүктөрдүн фотосинтетикалык активдүү нурлануусу (PAR) деп аталат.

Хлорофилл жана каротиндер өсүмдүктөрдүн фотосинтезиндеги эң маанилүү эки пигмент болуп саналат. 2-сүрөттө ар бир фотосинтетикалык пигменттин спектрдик сиңирүү спектри көрсөтүлгөн, анда хлорофиллдин сиңирүү спектри кызыл жана көк тилкелерде топтолгон. Жарыктандыруу системасы өсүмдүктөрдүн фотосинтезин күчөтүү үчүн жарыкты жасалма жол менен толуктоо үчүн өсүмдүктөрдүн спектрдик муктаждыктарына негизделген.

■ фотомезгил
Фотосинтез менен өсүмдүктөрдүн фотоморфогенезинин жана күндүн узактыгынын (же фотопериоддун убактысынын) ортосундагы байланыш өсүмдүктөрдүн фотопериоддуулугу деп аталат. Фотопериоддуулук жарык сааттары менен тыгыз байланышта, ал өсүмдүктүн жарык менен нурландырылган убактысын билдирет. Ар кандай өсүмдүктөр фотопериодду толук ачып, мөмө берүү үчүн белгилүү бир саат жарыкты талап кылат. Ар кандай фотопериоддорго ылайык, аны өсүүсүнүн белгилүү бир этабында 12-14 сааттан ашык жарык саатын талап кылган капуста сыяктуу узак күндүк өсүмдүктөргө бөлүүгө болот; пияз, соя ж.б. сыяктуу кыска күндүк өсүмдүктөр 12-14 сааттан аз жарык саатын талап кылат; бадыраң, помидор, калемпир ж.б. сыяктуу орточо күндүк өсүмдүктөр узунураак же кыска күн нурунда гүлдөп, мөмө бере алат.
Айлана-чөйрөнүн үч элементинин ичинен жарыктын интенсивдүүлүгү жасалма жарык булактарын тандоодо маанилүү негиз болуп саналат. Учурда жарыктын интенсивдүүлүгүн билдирүүнүн көптөгөн жолдору бар, негизинен төмөнкү үчөө.
(1) Жарыктандыруу деп жарыктандырылган тегиздикте кабыл алынган жарык агымынын (бирдик аянтка туура келген жарык агымынын) беттик тыгыздыгын айтабыз, люкс (люкс).

(2) Фотосинтетикалык активдүү нурлануу, PAR, бирдиги: Вт/м².

(3) Фотосинтездик жактан эффективдүү фотон агымынын тыгыздыгы PPFD же PPF - бул бирдик убакытка жана бирдик аянтка жеткен же өткөн фотосинтездик жактан эффективдүү нурлануунун саны, бирдик: мкмоль/(м²·с). Негизинен фотосинтезге түздөн-түз байланыштуу 400 ~ 700 нм жарыктын интенсивдүүлүгүн билдирет. Ошондой эле, ал өсүмдүк өндүрүшү тармагында эң көп колдонулган жарыктын интенсивдүүлүгүнүн көрсөткүчү болуп саналат.

Типтүү кошумча жарык системасынын жарык булагын талдоо
Жасалма жарык кошумчасы - бул өсүмдүктөрдүн жарыкка болгон муктаждыгын канааттандыруу үчүн максаттуу аймактагы жарыктын интенсивдүүлүгүн жогорулатуу же кошумча жарык системасын орнотуу менен жарык убактысын узартуу. Жалпысынан алганда, кошумча жарык системасы кошумча жарык жабдууларын, схемаларды жана аны башкаруу системасын камтыйт. Кошумча жарык булактарына негизинен ысытуу лампалары, люминесценттик лампалар, металл галогенид лампалары, жогорку басымдагы натрий лампалары жана LED лампалары сыяктуу бир нече кеңири таралган түрлөрү кирет. Ысытуу лампаларынын электрдик жана оптикалык эффективдүүлүгүнүн төмөндүгүнө, фотосинтетикалык энергия эффективдүүлүгүнүн төмөндүгүнө жана башка кемчиликтерге байланыштуу, ал рынок тарабынан жокко чыгарылган, андыктан бул макалада деталдуу талдоо жүргүзүлбөйт.

■ Флуоресценттик лампа
Флуоресценттик лампалар төмөнкү басымдагы газ разряддоочу лампалардын түрүнө кирет. Айнек түтүк сымап буусу же инерттүү газ менен толтурулган, ал эми түтүктүн ички дубалы флуоресценттик порошок менен капталган. Жарыктын түсү түтүктүн ичинде капталган флуоресценттик материалга жараша өзгөрөт. Флуоресценттик лампалар жакшы спектрдик көрсөткүчтөргө, жогорку жарык эффективдүүлүгүнө, аз кубаттуулукка, ысытуу лампаларына салыштырмалуу узак иштөө мөөнөтүнө (12000 саат) жана салыштырмалуу арзан баага ээ. Флуоресценттик лампа өзү аз жылуулук бөлүп чыгаргандыктан, ал өсүмдүктөргө жакын жерде жарык бере алат жана үч өлчөмдүү өстүрүүгө ылайыктуу. Бирок, флуоресценттик лампанын спектрдик жайгашуусу акылга сыйбайт. Дүйнөдөгү эң кеңири таралган ыкма - өстүрүү аймагындагы өсүмдүктөрдүн эффективдүү жарык булагынын компоненттерин максималдуу түрдө пайдалануу үчүн чагылдыргычтарды кошуу. Жапон adv-agri компаниясы ошондой эле жаңы типтеги кошумча жарык булагын HEFL иштеп чыккан. HEFL чындыгында флуоресценттик лампалардын категориясына кирет. Бул муздак катоддук флуоресценттик лампалардын (CCFL) жана тышкы электроддук флуоресценттик лампалардын (EEFL) жалпы аталышы жана аралаш электроддук флуоресценттик лампа. HEFL түтүгү өтө жука, диаметри болгону 4 мм, ал эми узундугун өстүрүүнүн муктаждыктарына жараша 450 ммден 1200 ммге чейин тууралоого болот. Бул кадимки люминесценттик лампанын жакшыртылган версиясы.

■ Металл галогенид лампасы
Металл галогенид лампасы – бул жогорку интенсивдүүлүктөгү разряддык лампа, ал жогорку басымдагы сымап лампасынын негизинде разряддык түтүккө ар кандай металл галогениддерин (калай бромиди, натрий йодиди ж.б.) кошуу менен ар кандай элементтерди козгоп, ар кандай толкун узундуктарын пайда кыла алат. Галоген лампалары жогорку жарык эффективдүүлүгүнө, жогорку кубаттуулугуна, жакшы жарык түсүнө, узак кызмат мөөнөтүнө жана чоң спектрге ээ. Бирок, жарык эффективдүүлүгү жогорку басымдагы натрий лампаларына караганда төмөн жана иштөө мөөнөтү жогорку басымдагы натрий лампаларына караганда кыска болгондуктан, ал учурда бир нече заводдордо гана колдонулат.

■ Жогорку басымдагы натрий лампасы
Жогорку басымдагы натрий лампалары жогорку басымдагы газ разряддоочу лампалардын түрүнө кирет. Жогорку басымдагы натрий лампасы - бул разряддоочу түтүккө жогорку басымдагы натрий буусу толтурулган жана аз өлчөмдө ксенон (Xe) жана сымап металл галогениди кошулган жогорку эффективдүү лампа. Жогорку басымдагы натрий лампалары жогорку электрооптикалык конвертациялоо эффективдүүлүгүнө жана өндүрүш чыгымдарынын төмөндүгүнө ээ болгондуктан, жогорку басымдагы натрий лампалары учурда айыл чарба жайларында кошумча жарыкты колдонууда эң кеңири колдонулат. Бирок, алардын спектриндеги фотосинтетикалык эффективдүүлүктүн төмөндүгүнүн кемчиликтеринен улам, алардын энергиянын эффективдүүлүгүнүн төмөндүгүнүн кемчиликтери бар. Башка жагынан алганда, жогорку басымдагы натрий лампалары чыгарган спектрдик компоненттер негизинен сары-кызгылт сары жарык тилкесинде топтолгон, аларда өсүмдүктөрдүн өсүшү үчүн зарыл болгон кызыл жана көк спектрлер жок.

■ Жарык чыгаруучу диод
Жарык булактарынын жаңы муундагы жарык чыгаруучу диоддор (LED) электро-оптикалык конвертациялоонун жогорку натыйжалуулугу, жөнгө салынуучу спектр жана жогорку фотосинтетикалык натыйжалуулук сыяктуу көптөгөн артыкчылыктарга ээ. LED өсүмдүктөрдүн өсүшү үчүн зарыл болгон монохроматтык жарыкты чыгара алат. Кадимки люминесценттик лампалар жана башка кошумча жарык булактары менен салыштырганда, LED энергияны үнөмдөө, айлана-чөйрөнү коргоо, узак мөөнөттүү кызмат, монохроматтык жарык, муздак жарык булагы жана башка артыкчылыктарга ээ. LED лампаларынын электро-оптикалык натыйжалуулугун андан ары жакшыртуу жана масштаб эффектисинен келип чыккан чыгымдарды азайтуу менен, LED өстүрүү жарыктандыруу системалары айыл чарба жайларында жарыкты кошумчалоо үчүн негизги жабдууларга айланат. Натыйжада, LED өстүрүү чырактары өсүмдүк заводдорунун 99,9% дан ашыгында колдонулган.

Салыштыруу аркылуу ар кандай кошумча жарык булактарынын мүнөздөмөлөрүн 1-таблицада көрсөтүлгөндөй так түшүнүүгө болот.

Мобилдик жарык берүүчү түзүлүш
Жарыктын интенсивдүүлүгү өсүмдүктөрдүн өсүшү менен тыгыз байланышта. Үч өлчөмдүү өстүрүү көбүнчө өсүмдүк заводдорунда колдонулат. Бирок, өстүрүү текчелеринин түзүлүшүнүн чектелүүлүгүнөн улам, текчелердин ортосундагы жарыктын жана температуранын бирдей эмес бөлүштүрүлүшү өсүмдүктөрдүн түшүмдүүлүгүнө таасир этет жана түшүм жыйноо мезгили синхрондоштурулбайт. Пекиндеги бир компания 2010-жылы кол менен көтөрүүчү жарык кошумча түзүлүшүн (HPS жарык берүүчү түзүлүшү жана LED өстүрүү жарык берүүчү түзүлүшү) ийгиликтүү иштеп чыкты. Принцип - жетектөөчү валды жана ага бекитилген спиральды айландыруу, зым арканды артка тартуу жана бошотуу максатында кичинекей пленка катушкасын айландыруу үчүн туткасын чайкап. Өстүрүү жарыгынын зым арканы өстүрүү жарыгынын бийиктигин тууралоо эффектине жетүү үчүн бир нече тескери дөңгөлөктөр топтому аркылуу элеватордун ийри дөңгөлөгү менен туташтырылган. 2017-жылы жогоруда аталган компания өсүмдүктөрдүн өсүү муктаждыктарына жараша жарык кошумча бийиктигин реалдуу убакытта автоматтык түрдө тууралай турган жаңы мобилдик жарык кошумча түзүлүшүн иштеп чыгып, иштеп чыккан. Жөнгө салуу түзүлүшү азыр 3 катмарлуу жарык булагы көтөрүүчү типтеги үч өлчөмдүү өстүрүү текчесине орнотулган. Түзмөктүн үстүнкү катмары эң жакшы жарыктандыруу шартына ээ болгон деңгээл болуп саналат, ошондуктан ал жогорку басымдагы натрий лампалары менен жабдылган; ортоңку жана астыңкы катмарлары LED өстүрүүчү чырактар ​​жана көтөрүүнү жөнгө салуу системасы менен жабдылган. Ал өсүмдүктөр үчүн ылайыктуу жарыктандыруу чөйрөсүн камсыз кылуу үчүн өстүрүүчү чырактын бийиктигин автоматтык түрдө тууралай алат.

Үч өлчөмдүү өстүрүү үчүн ылайыкташтырылган мобилдик жарык кошумча түзүлүшү менен салыштырганда, Нидерландия горизонталдуу жылдырылуучу LED өстүрүүчү жарык кошумча түзүлүшүн иштеп чыкты. Өстүрүүчү жарыктын көлөкөсүнүн күндүн таасиринен өсүмдүктөрдүн өсүшүнө таасирин тийгизбөө үчүн, өстүрүүчү жарык системасын горизонталдуу багытта телескопиялык жылдырма аркылуу кронштейндин эки тарабына түртсө болот, ошондо күн өсүмдүктөргө толугу менен нурланат; булуттуу жана жаан-чачындуу күндөрү күн нуру жок, өстүрүүчү жарык системасынын жарыгы өсүмдүктөрдү бирдей толтурушу үчүн кронштейндин ортосуна түртүңүз; өстүрүүчү жарык системасын кронштейндин жылдырма аркылуу горизонталдуу түрдө жылдырыңыз, өстүрүүчү жарык системасын тез-тез бөлүп-жаруудан жана алып салуудан алыс болуңуз жана кызматкерлердин эмгек сыйымдуулугун азайтыңыз, ошону менен жумуштун натыйжалуулугун натыйжалуу жогорулатыңыз.

Өсүмдүктөрдү өстүрүү үчүн жарык системасынын типтүү дизайн идеялары
Мобилдик жарыктандыруу кошумча түзүлүшүнүн дизайнынан өсүмдүк заводунун кошумча жарыктандыруу системасынын дизайны, адатта, ар кандай өсүмдүктөрдүн өсүү мезгилдеринин жарык интенсивдүүлүгүн, жарыктын сапатын жана фотопериоддук параметрлерин долбоордун негизги мазмуну катары кабыл алып, акылдуу башкаруу системасына таянып, энергияны үнөмдөө жана жогорку түшүмдүүлүктүн акыркы максатына жетээрин көрүү кыйын эмес.

Учурда жалбырактуу жашылчалар үчүн кошумча жарыкты долбоорлоо жана куруу акырындык менен бышып жетилди. Мисалы, жалбырактуу жашылчаларды төрт этапка бөлүүгө болот: көчөт стадиясы, өсүүнүн ортосу, кеч өсүшү жана акыркы стадиясы; мөмө-жемиштерди көчөт стадиясы, вегетативдик өсүү стадиясы, гүлдөө стадиясы жана түшүм жыйноо стадиясы деп бөлүүгө болот. Кошумча жарыктын интенсивдүүлүгүнүн өзгөчөлүктөрүнөн көчөт стадиясыдагы жарыктын интенсивдүүлүгү бир аз төмөн, 60 ~ 200 мкмоль/(м²·с) болушу керек, андан кийин акырындык менен жогорулашы керек. Жалбырактуу жашылчалар 100 ~ 200 мкмоль/(м²·с) чейин жетиши мүмкүн, ал эми мөмө-жемиштер 300 ~ 500 мкмоль/(м²·с) чейин жетиши мүмкүн, бул ар бир өсүү мезгилинде өсүмдүктөрдүн фотосинтезинин жарыктын интенсивдүүлүгүнө болгон талаптарын камсыз кылат жана жогорку түшүмдүүлүк муктаждыктарын канааттандырат; жарыктын сапаты жагынан кызыл менен көктүн катышы абдан маанилүү. Көчөттөрдүн сапатын жогорулатуу жана көчөт этабында ашыкча өсүүнү алдын алуу үчүн, кызыл менен көктүн катышы жалпысынан төмөнкү деңгээлде коюлат [(1~2:1], андан кийин өсүмдүктөрдүн жарык морфологиясынын муктаждыктарын канааттандыруу үчүн акырындык менен азайтылат. Кызыл менен көктүн жалбырактуу жашылчаларга катышы (3~6):1ге коюлушу мүмкүн. Фотопериод үчүн, жарыктын интенсивдүүлүгүнө окшош, ал өсүү мезгилинин узарышы менен жогорулоо тенденциясын көрсөтүшү керек, ошондо жалбырактуу жашылчаларда фотосинтез үчүн фотосинтез убактысы көбүрөөк болот. Мөмө-жемиштердин жарык кошумчасынын дизайны татаалыраак болот. Жогоруда айтылган негизги мыйзамдардан тышкары, биз гүлдөө мезгилинде фотопериоддун орношуна көңүл бурушубуз керек жана жашылчалардын гүлдөп-мөмөлөшүн күчөтүү керек, ошондо тескери натыйжа болбойт.

Белгилей кетүүчү нерсе, жарык формуласы жарык чөйрөсүндөгү шарттарды эске алуу менен акыркы дарылоону камтышы керек. Мисалы, үзгүлтүксүз жарык кошумчалары гидропоникалык жалбырактуу жашылчалардын көчөттөрүнүн түшүмүн жана сапатын бир топ жакшырта алат, же болбосо өнүп чыккан өсүмдүктөрдүн жана жалбырактуу жашылчалардын (айрыкча кочкул кызыл жалбырактар ​​жана кызыл жалбырактуу салат) азыктык сапатын бир топ жакшыртуу үчүн ультрафиолет нурлары менен иштетүүнү колдоно алат.

Тандалган өсүмдүктөр үчүн жарык кошумчаларын оптималдаштыруудан тышкары, акыркы жылдары айрым жасалма жарык өстүрүүчү заводдордун жарык булагын башкаруу системасы да тездик менен өнүктү. Бул башкаруу системасы жалпысынан B/S түзүмүнө негизделген. Өсүмдүктөрдүн өсүшү учурунда температура, нымдуулук, жарык жана CO2 концентрациясы сыяктуу айлана-чөйрөнүн факторлорун алыстан башкаруу жана автоматтык түрдө башкаруу WIFI аркылуу ишке ашырылат жана ошол эле учурда тышкы шарттар менен чектелбеген өндүрүш ыкмасы ишке ашырылат. Мындай интеллектуалдык кошумча жарык системасы LED өстүрүүчү жарык берүүчү лампаны кошумча жарык булагы катары колдонот, алыстан акылдуу башкаруу системасы менен айкалышып, өсүмдүктөрдүн толкун узундугундагы жарыктандыруу муктаждыктарын канааттандыра алат, жарык менен башкарылуучу өсүмдүктөрдү өстүрүү чөйрөсүнө өзгөчө ылайыктуу жана рыноктун суроо-талабын жакшы канааттандыра алат.

Корутунду сөздөр
Өсүмдүк заводдору 21-кылымда дүйнөлүк ресурстарды, калкты жана экологиялык көйгөйлөрдү чечүүнүн маанилүү жолу жана келечектеги жогорку технологиялык долбоорлордо азык-түлүк менен өзүн-өзү камсыз кылуунун маанилүү жолу деп эсептелет. Айыл чарба өндүрүшүнүн жаңы түрү катары өсүмдүк заводдору дагы эле үйрөнүү жана өсүү баскычында турат жана көбүрөөк көңүл буруу жана изилдөө керек. Бул макалада өсүмдүк заводдорундагы кеңири таралган кошумча жарыктандыруу ыкмаларынын мүнөздөмөлөрү жана артыкчылыктары баяндалат жана типтүү өсүмдүк кошумча жарыктандыруу системаларынын дизайн идеялары тааныштырылат. Салыштыруу аркылуу табуу кыйын эмес, үзгүлтүксүз булуттуу жана тумандуу сыяктуу катаал аба ырайынан улам пайда болгон аз жарык менен күрөшүү жана имараттын түшүмүнүн жогорку жана туруктуу өндүрүлүшүн камсыз кылуу үчүн, LED Grow жарык булагы жабдуулары учурдагы өнүгүү тенденцияларына эң ылайыктуу.

Өсүмдүк заводдорунун келечектеги өнүгүү багыты жаңы жогорку тактыктагы, арзан баадагы сенсорлорго, алыстан башкарылуучу, жөнгө салынуучу спектрдик жарыктандыруу түзмөктөрүнүн системаларына жана эксперттик башкаруу системаларына багытталышы керек. Ошол эле учурда, келечектеги өсүмдүк заводдору арзан баадагы, акылдуу жана өзүн-өзү адаптациялоочу багытка карай өнүгүшүн улантат. LED өсүү жарык булактарын колдонуу жана жайылтуу өсүмдүк заводдорунун жогорку тактыктагы экологиялык көзөмөлүн камсыз кылат. LED жарык чөйрөсүн жөнгө салуу - бул жарыктын сапатын, жарыктын интенсивдүүлүгүн жана фотопериодду комплекстүү жөнгө салууну камтыган татаал процесс. Тиешелүү эксперттер жана окумуштуулар жасалма жарык заводдорунда LED кошумча жарыктандыруусун жайылтуу үчүн терең изилдөөлөрдү жүргүзүшү керек.