Автор: Цзин Чжао, Цзэнчан Чжоу, Юнлун Бу, ж.б.Маалымат булагы: Айыл чарба инженериясынын технологиясы (теплицадагы бакчачылык)

Завод фабрикасы заманбап өнөр жайды, биотехнологияны, аш болумдуу гидропониканы жана маалымат технологияларын бириктирип, объектте экологиялык факторлорду жогорку тактык менен көзөмөлдөөнү ишке ашырат.Ал толугу менен жабык, айлана-чөйрөгө талаптары төмөн, өсүмдүктөрдү жыйноо мөөнөтүн кыскартат, сууну жана жер семирткичтерди үнөмдөйт, ошондой эле пестициддерди эмес өндүрүштүн артыкчылыктары жана калдыктарды төгүү менен жерди пайдалануунун натыйжалуулугу 40-108 эсеге чейин. ачык талаа өндүрүшүнүн.Алардын ичинен интеллектуалдык жасалма жарык булагы жана анын жарык чөйрөсүн жөнгө салуу өндүрүшүнүн натыйжалуулугунда чечүүчү ролду ойнойт.

Маанилүү физикалык экологиялык фактор катары жарык өсүмдүктөрдүн өсүшүн жана зат алмашууну жөнгө салууда негизги ролду ойнойт.«Завод фабрикасынын негизги өзгөчөлүктөрүнүн бири толук жасалма жарык булагы жана жарык чөйрөсүн акылдуу жөнгө салуу ишке ашыруу болуп саналат» өнөр жай жалпы консенсус болуп калды.

Өсүмдүктөр жарыкка муктаж

Жарык - өсүмдүктөрдүн фотосинтезинин жалгыз энергия булагы.Жарыктын интенсивдүүлүгү, жарыктын сапаты (спектр) жана жарыктын мезгил-мезгили менен өзгөрүшү айыл чарба өсүмдүктөрүнүн өсүшүнө жана өнүгүшүнө терең таасирин тийгизет, алардын ичинен жарыктын интенсивдүүлүгү өсүмдүктөрдүн фотосинтезине эң чоң таасирин тийгизет.

■ Жарыктын интенсивдүүлүгү

Жарыктын интенсивдүүлүгү өсүмдүктөрдүн гүлдөө, түйүндөр аралык узундугу, сабагынын калыңдыгы, жалбырактардын өлчөмү жана калыңдыгы сыяктуу морфологиясын өзгөртө алат.Өсүмдүктөрдүн жарык интенсивдүүлүгүнө талаптары жарык сүйүүчү, орто жарык сүйүүчү жана жарыкка аз чыдамдуу өсүмдүктөр болуп бөлүнөт.Жашылчалар негизинен жарык сүйүүчү өсүмдүктөр, алардын жарык компенсациялоо жана жарыкка каныккандык чекиттери салыштырмалуу жогору.Жасалма жарык заводдорунда өсүмдүктөрдүн жарыктын интенсивдүүлүгүнө тиешелүү талаптары жасалма жарык булактарын тандоо үчүн маанилүү негиз болуп саналат.ар кандай өсүмдүктөрдүн жарык талаптарын түшүнүү жасалма жарык булактарын долбоорлоо үчүн маанилүү болуп саналат, Бул системанын өндүрүш ишин жакшыртуу үчүн абдан зарыл.

■ Жарык сапаты

Жарыктын сапаты (спектралдык) таралышы да өсүмдүктөрдүн фотосинтезине жана морфогенезине маанилүү таасирин тийгизет (1-сүрөт).Жарык нурлануунун бир бөлүгү, ал эми нурлануу электромагниттик толкун.Электромагниттик толкундар толкун мүнөздөмөсүнө жана кванттык (бөлүкчөлүк) мүнөздөмөлөргө ээ.Жарыктын кванты бакчачылыкта фотон деп аталат.Толкун узундугу 300~800нм болгон нурлануу өсүмдүктөрдүн физиологиялык активдүү нурлануусу деп аталат;жана толкун узундугу 400~700нм болгон нурлануу өсүмдүктөрдүн фотосинтетикалык активдүү нурлануусу (PAR) деп аталат.

Хлорофилл жана каротин өсүмдүктөрдүн фотосинтезиндеги эң маанилүү эки пигмент болуп саналат.2-сүрөттө ар бир фотосинтетикалык пигменттин спектрдик жутулуу спектри көрсөтүлгөн, мында хлорофиллдин жутуу спектри кызыл жана көк тилкелерде топтолгон.Жарыктандыруу системасы өсүмдүктөрдүн фотосинтезине көмөктөшүү үчүн жарыкты жасалма жол менен толуктоо үчүн өсүмдүктөрдүн спектралдык муктаждыктарына негизделген.

■ фотопериод
Өсүмдүктөрдүн фотосинтези менен фотоморфогенези менен сутканын узактыгы (же фотопериод убактысы) ортосундагы байланыш өсүмдүктөрдүн фотопериоддугу деп аталат.Фотопериоддук жарык сааттары менен тыгыз байланышта, бул түшүмдүн жарык менен нурлануу убактысын билдирет.Ар кандай өсүмдүктөр гүлдөп, мөмө берүү үчүн фотопериодду аяктоо үчүн белгилүү бир сандагы жарыкты талап кылат.ар кандай photoperiods ылайык, анын өсүшүнүн белгилүү бир этабында 12-14h жарык сааттан ашык талап кылынат, мисалы, капуста, ж.б. сыяктуу узак күндүк өсүмдүктөргө бөлүнөт;кыска күндүк өсүмдүктөр, мисалы, пияз, соя ж.б., 12-14 сааттан азыраак жарыкты талап кылат;бадыраң, помидор, калемпир ж.б. сыяктуу орто күн өсүмдүктөрү узун же кыскараак күн нуру астында гүлдөп, мөмө бере алат.
Айлана-чөйрөнүн үч элементинин ичинен жарыктын интенсивдүүлүгү жасалма жарык булактарын тандоо үчүн маанилүү негиз болуп саналат.Азыркы учурда жарыктын интенсивдүүлүгүн көрсөтүүнүн көптөгөн жолдору бар, негизинен төмөнкү үчөөнү камтыйт.
（1）Жарыктандыруу люкс (lx) менен жарыктанган тегиздикте алынган жарык агымынын (аянт бирдигине жарык агымынын) беттик тыгыздыгын билдирет.

（2）Фотосинтетикалык жактан активдүү нурлануу, PAR，Бирдик:Вт/м²。

（3）Фотосинтетикалык жактан эффективдүү фотон агымынын тыгыздыгы PPFD же PPF – бул убакыт бирдигине жана аймак бирдигине жеткен же өткөн фотосинтетикалык жактан эффективдүү нурлануунун саны, бирдиги: мкмоль/(м²·с)。Негизинен 400~700нм жарыктын интенсивдүүлүгүн билдирет. фотосинтез менен түздөн-түз байланыштуу.Ошондой эле өсүмдүк өндүрүү тармагында эң көп колдонулган жарык интенсивдүүлүгүнүн көрсөткүчү.

типтүү кошумча жарык системасынын жарык булагы талдоо
Жасалма жарык кошумчасы - бул максаттуу аймакта жарыктын интенсивдүүлүгүн жогорулатуу же өсүмдүктөрдүн жарык талабын канааттандыруу үчүн кошумча жарык системасын орнотуу менен жарык убактысын узартуу.Жалпысынан алганда, кошумча жарык системасы кошумча жарык жабдууларын, схемаларды жана аны башкаруу системасын камтыйт.Кошумча жарык булактары, негизинен, ысытуу лампалары, флуоресценттик лампалар, металл галогендик лампалар, жогорку басымдагы натрий лампалары жана диоддор сыяктуу бир нече кеңири таралган түрлөрүн камтыйт.Улам ысытуу лампаларынын төмөн электр жана оптикалык натыйжалуулугун, төмөн фотосинтетикалык энергия натыйжалуулугун жана башка кемчиликтери, ал рынок тарабынан жок кылынган, ошондуктан бул макалада толук талдоо жасабайт.

■ Флуоресценттик лампа
Флуоресценттик лампалар төмөнкү басымдагы газ разряддуу лампалардын түрүнө кирет.Айнек түтүк сымап буусу же инерттүү газ менен толтурулган, ал эми түтүктүн ички дубалы флуоресценттик порошок менен капталган.Ачык түс түтүктө капталган флуоресценттүү материалга жараша өзгөрөт.Fluorescent лампалары жакшы спектралдык көрсөткүчтөргө, жогорку жарык натыйжалуулугуна, аз кубаттуулукка, ысытуу лампаларына салыштырмалуу узак мөөнөткө (12000h) жана салыштырмалуу арзан баага ээ.Флуоресценттик лампа өзү аз жылуулук чыгаргандыктан, ал жарыктандыруу үчүн өсүмдүктөргө жакын болушу мүмкүн жана үч өлчөмдүү өстүрүү үчүн ылайыктуу.Бирок, флуоресценттик лампанын спектралдык схемасы негизсиз.Дүйнөдө эң кеңири таралган ыкма - бул айдоо аянтындагы өсүмдүктөрдүн эффективдүү жарык булагы компоненттерин максималдуу көбөйтүү үчүн чагылдыргычтарды кошуу.Жапон adv-agri компаниясы HEFL кошумча жарык булагынын жаңы түрүн иштеп чыкты.HEFL чындыгында флуоресценттик лампалардын категориясына кирет.Бул муздак катоддук флуоресценттик лампалар (CCFL) жана тышкы электроддук флуоресценттик лампалар (EEFL) үчүн жалпы термин жана аралаш электроддук флуоресценттик лампа болуп саналат.HEFL түтүгү өтө ичке, диаметри болгону 4 мм жана узундугун өстүрүү муктаждыктарына ылайык 450 ммден 1200 ммге чейин жөнгө салууга болот.Бул кадимки флуоресценттик лампанын жакшыртылган версиясы.

■ Металл галогендик лампа
Металл галогендик лампа – жогорку басымдагы сымап лампасынын негизинде разряд түтүкчөсүнө ар кандай металл галогениддерин (калай бромиди, натрий иодиди ж.Галоген лампалары жогорку жарык берүүчү эффективдүүлүккө, жогорку кубаттуулукка, жакшы жарык түскө, узак мөөнөткө жана чоң спектрге ээ.Бирок жарыктын эффективдүүлүгү жогорку басымдагы натрий лампаларына караганда төмөн жана иштөө мөөнөтү жогорку басымдагы натрий лампаларына караганда кыска болгондуктан, ал учурда бир нече завод фабрикаларында гана колдонулат.

■ Жогорку басымдагы натрий лампа
Жогорку басымдагы натрий лампалары жогорку басымдагы газ разряддуу лампалардын түрүнө кирет.Жогорку басымдагы натрий лампасы жогорку эффективдүү лампа болуп саналат, анда жогорку басымдагы натрий буусу разряддык түтүккө толтурулат жана аз өлчөмдө ксенон (Xe) жана сымап металл галогениди кошулат.Жогорку басымдагы натрий лампалары жогорку электро-оптикалык конверсиялык эффективдүүлүккө ээ болгондуктан, жогорку басымдагы натрий лампалары учурда айыл чарба объектилеринде кошумча жарыкты колдонууда эң кеңири колдонулат.Бирок, алардын спектринде төмөнкү фотосинтетикалык натыйжалуулугун кемчиликтери, алар аз энергия натыйжалуулугун кемчиликтери бар.Экинчи жагынан, жогорку басымдагы натрий лампалары чыгарган спектрдик компоненттер, негизинен, өсүмдүктүн өсүшү үчүн зарыл болгон кызыл жана көк спектрлер жок сары-кызгылт сары жарык тилкесинде топтолгон.

■ Жарык чыгаруучу диод
Жарык булактарынын жаңы мууну катары жарык берүүчү диоддор (LED) электр-оптикалык конверсиянын жогорку эффективдүүлүгү, жөнгө салынуучу спектр жана фотосинтездик эффективдүүлүк сыяктуу көптөгөн артыкчылыктарга ээ.LED өсүмдүктөрдүн өсүшү үчүн зарыл болгон монохроматтык жарык чыгара алат.Кадимки флуоресценттик лампалар жана башка кошумча жарык булактары менен салыштырганда, LED энергияны үнөмдөө, айлана-чөйрөнү коргоо, узак өмүр, монохроматтык жарык, муздак жарык булагы ж.б. артыкчылыктарга ээ.Светодиоддордун электр-оптикалык эффективдүүлүгүн андан ары жакшыртуу жана масштабдуу эффекттен келип чыккан чыгымдарды азайтуу менен, LED өсүүчү жарыктандыруу тутумдары айыл чарба объектилерин жарык менен толуктоо үчүн негизги жабдуулар болуп калат.Натыйжада, LED өстүрүү чырактары 99,9% завод фабрикаларында колдонулду.

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

Мобилдик жарык берүүчү аппарат
Жарыктын интенсивдүүлүгү айыл чарба өсүмдүктөрүнүн өсүшүнө тыгыз байланыштуу.Завод фабрикаларында үч өлчөмдүү өстүрүү көбүнчө колдонулат.Бирок, культивация станокторунун структурасы чектел-гендиктен, стеллаждардын ортосунда жарыктын жана температуранын текши эмес болу-шу эгиндин тушумдуулугуне таасирин тийгизет жана тушум жыйноо мезгили синхрондо-рулбойт.Пекиндеги бир компания 2010-жылы кол көтөрүүчү жарык кошумча түзмөгүн (HPS жарык берүүчү аспабы жана LED өстүрүүчү жарык берүүчү аспап) ийгиликтүү иштеп чыкты. Принципи кичинекей пленка роликтин айлануу үчүн тутканы чайкап, ага орнотулган орогучту жана жетектин валын айлантуу болуп саналат. зым арканды артка тартуу жана чечуу максатына жетишуу.Өстүрүүчү жарыктын зым арканы лифттин айланма дөңгөлөктөрү менен бир нече жолу артка айлануучу дөңгөлөктөр аркылуу туташып, жарыктын бийиктигин тууралоо эффектине жетишүү үчүн.2017-жылы жогоруда аталган компания жаңы мобилдик жарык берүүчү аппаратты иштеп чыкты жана иштеп чыкты, ал реалдуу убакыт режиминде өсүмдүктүн өсүү муктаждыктарына ылайык жарык кошумчасынын бийиктигин автоматтык түрдө тууралай алат.Жөнгө салуу аппараты азыр 3-кабаттуу жарык булагы көтөрүүчү типтеги үч өлчөмдүү өстүрүүчү стойкага орнотулган.Аппараттын үстүнкү катмары жарыктын эң жакшы шарты менен деңгээли болуп саналат, ошондуктан ал жогорку басымдагы натрий лампалары менен жабдылган;орто катмары жана төмөнкү катмары LED өсүү чырактары жана көтөрүү жөнгө салуу системасы менен жабдылган.Ал өсүмдүктөр үчүн ылайыктуу жарык чөйрөсүн камсыз кылуу үчүн өскөн жарыктын бийиктигин автоматтык түрдө тууралай алат.

Үч өлчөмдүү өстүрүү үчүн ылайыкташтырылган мобилдик жарык кошумча аппараты менен салыштырганда, Нидерландия горизонталдуу кыймылдуу LED өсүүчү жарык кошумча жарык түзүлүшүн иштеп чыкты.Өсүмдүк жарыгынын көлөкөсүнүн күндөгү өсүмдүктөрдүн өсүшүнө таасирин болтурбоо үчүн, өстүрүүчү жарык системасы кронштейндин эки тарабына телескопиялык слайд аркылуу горизонталдык багытта түртүп, күн толугу менен ачылат. өсүмдүктөр боюнча нурлануу;күн нуру жок булуттуу жана жаан-чачындуу күндөрдө, өстүрүүчү жарык системасынын жарыгы өсүмдүктөрдү бирдей толтуруу үчүн, өстүрүүчү жарык системасын кашаанын ортосуна түртүңүз;өстүрүүчү жарык системасын кронштейндеги слайд аркылуу горизонталдуу түрдө жылдырыңыз, өстүрүүчү жарык тутумун тез-тез демонтаждоодон жана алып салуудан качыңыз жана кызматкерлердин эмгек сыйымдуулугун азайтыңыз, ошентип иштин натыйжалуулугун натыйжалуу жогорулатыңыз.

типтүү өсүп жарык системасынын дизайн идеялары
Көчмө жарыктандыруучу кошумча түзүлүштүн конструкциясынан өсүмдүк фабрикасынын кошумча жарыктандыруу системасынын конструкциясында көбүнчө жарыктын интенсивдүүлүгү, жарыктын сапаты жана ар кандай өсүмдүктөрдүн өсүү мезгилинин фотопериоддук параметрлери долбоордун негизги мазмуну катары кабыл алынарын көрүү кыйын эмес. , ишке ашыруу үчүн акылдуу башкаруу системасына таянып, энергияны үнөмдөө жана жогорку түшүмдүүлүк акыркы максатына жетүү.

Учурда жалбырактуу жашылчалар үчүн кошумча жарыкты долбоорлоо жана куруу акырындык менен бышып жетилди.Мисалы, жалбырактуу жашылчаларды төрт этапка бөлүүгө болот: көчөт этапы, орто өсүү, кеч өсүү жана акыркы стадия;жашылча-жемиштерди көчөт этап, вегетативдик өсүү стадиясы, гүлдөө жана жыйноо стадиясына бөлүүгө болот.Кошумча жарык интенсивдүүлүгүнүн атрибуттарынан, көчөт этапта жарык интенсивдүүлүгү бир аз төмөн болушу керек, 60~200 мкмоль/(м²·с), анан акырындык менен көбөйүшү керек.Жалбырактуу жашылчалар 100~200 мкмоль/(м²·с), ал эми мөмө-жемиштер 300~500 мкмоль/(м²·с) чейин жетиши мүмкүн, ар бир өсүү мезгилинде өсүмдүктөрдүн фотосинтезинин жарык интенсивдүүлүгүнүн талаптарын камсыз кылуу жана муктаждыктарын канааттандыруу үчүн. жогорку түшүм;Жарык сапаты жагынан кызыл менен көктүн катышы абдан маанилүү.Көчөттөрдүн сапатын жогорулатуу жана көчөт стадиясында ашыкча өсүүнү болтурбоо үчүн кызыл менен көктүн катышы жалпысынан төмөнкү деңгээлде белгиленет [(1~2):1], андан кийин акырындык менен өсүмдүктүн керектөөлөрүн канааттандыруу үчүн төмөндөтүлөт. жарык морфологиясы.Кызылдан көккө жана жалбырактуу жашылчаларга катышы (3~6):1ге чейин коюлушу мүмкүн.Жарыктын интенсивдүүлүгүнө окшош фотопериод үчүн ал өсүү мезгилинин узартылышы менен өсүү тенденциясын көрсөтүшү керек, ошондуктан жалбырактуу жашылчаларда фотосинтез үчүн фотосинтездик убакыт көбүрөөк болушу керек.Жемиштердин жана жашылчалардын жарык кошумча дизайны татаалыраак болот.Жогоруда айтылган негизги мыйзамдардан тышкары, гүлдөө мезгилиндеги фотопериодду белгилөөгө көңүл бурушубуз керек, ал эми жашылчалардын гүлдөшүн жана мөмөлүүлүгүн алдыга жылдыруу керек, мунун тескери натыйжасы болбошу керек.

Бул жарык формула жарык чөйрө орнотуулары үчүн акыркы дарылоо камтышы керек экенин белгилей кетүү керек.Мисалы, үзгүлтүксүз жарыктандыруу гидропоникалык жалбырактуу жашылча көчөттөрүнүн түшүмдүүлүгүн жана сапатын бир топ жакшыртат, же өскөн жана жалбырактуу жашылчалардын (айрыкча кызгылт көк жалбырактары жана кызыл жалбырактары) азыктык сапатын олуттуу жакшыртуу үчүн UV менен дарылоону колдонсо болот.

Тандалган өсүмдүктөр үчүн жарыктандырууну оптималдаштыруудан тышкары, кээ бир жасалма жарык заводдорунун жарык булагын башкаруу системасы да акыркы жылдарда тез өнүктү.Бул башкаруу системасы жалпысынан B/S структурасына негизделген.Өсүмдүктөрдүн өсүү мезгилинде температура, нымдуулук, жарык жана CO2 концентрациясы сыяктуу экологиялык факторлорду алыстан башкаруу жана автоматтык башкаруу WIFI аркылуу ишке ашырылат, ошол эле учурда тышкы шарттар менен чектелбеген өндүрүш ыкмасы ишке ашырылат.Акылдуу кошумча жарык тутумунун бул түрү алыскы акылдуу башкаруу системасы менен бирге кошумча жарык булагы катары LED өскөн жарык орнотмосун колдонот, өсүмдүктөрдүн толкун узундуктагы жарыктандыруунун муктаждыктарын канааттандыра алат, жарык менен башкарылуучу өсүмдүктөрдү өстүрүү чөйрөсү үчүн өзгөчө ылайыктуу жана рыноктун суроо-талабын канааттандыра алат .

Корутунду сөздөр
Завод фабрикалары 21-кылымда дүйнөлүк ресурс, калк жана экологиялык көйгөйлөрдү чечүүнүн маанилүү жолу жана келечектеги жогорку технологиялык долбоорлордо азык-түлүк менен өзүн-өзү камсыздоого жетишүүнүн маанилүү жолу болуп саналат.Айыл чарба өндүрүшүнүн жаңы түрү катары завод фабрикалары дагы эле үйрөнүү жана өсүү стадиясында турат жана көбүрөөк көңүл буруу жана изилдөө талап кылынат.Бул макалада заводдордогу кошумча жарыктандыруунун кеңири таралган ыкмаларынын мүнөздөмөлөрү жана артыкчылыктары сүрөттөлөт жана өсүмдүктүн типтүү кошумча жарыктандыруу системаларынын дизайн идеялары киргизилет.Үзгүлтүксүз булуттуу жана туман сыяктуу катаал аба ырайынан улам аз жарыкка туруштук берүү жана объект өсүмдүктөрүнүн жогорку жана туруктуу өндүрүмдүүлүгүн камсыз кылуу үчүн, LED Grow жарык булагы жабдуулары учурдагы өнүгүүгө эң ылайыктуу болуп саналат. тенденциялар.

Завод фабрикаларынын келечектеги өнүгүү багыты жаңы жогорку тактыктагы, арзан баадагы сенсорлорго, алыстан башкарылуучу, жөнгө салынуучу спектр жарыктандыруучу түзүлүштөрдүн системаларына жана эксперттик башкаруу системаларына багытталышы керек.Ошол эле учурда келечектеги завод фабрикалары арзан, акылдуу жана өзүн-өзү ыңгайлаштыруу багытында өнүгүүсүн улантат.LED өсүүчү жарык булактарын колдонуу жана жайылтуу өсүмдүк фабрикаларынын экологиялык көзөмөлүнүн жогорку тактыгына кепилдик берет.LED жарык чөйрөнү жөнгө салуу жарык сапатын, жарык интенсивдүүлүгүн жана фотопериодду комплекстүү жөнгө салууну камтыган татаал процесс.Тиешелүү эксперттер жана окумуштуулар жасалма жарык заводдорунда LED кошумча жарыктандырууну жайылтуу, терең изилдөө жүргүзүү керек.