Autori: Jing Zhao, Zengchan Zhou, Yunlong Bu, etc.Source Media: Tecnulugia di l'Ingenieria Agricola (orticultura in serra)

A fabbrica di a pianta combina l'industria muderna, a biotecnologia, l'idroponica di nutrienti è a tecnulugia di l'infurmazione per implementà un cuntrollu di alta precisione di fatturi ambientali in a facilità.Hè cumplettamente chjusu, hà bassi requisiti nantu à l'ambienti circundante, accurtà u periodu di cugliera di a pianta, risparmia acqua è fertilizzanti, è cù i vantaghji di a produzzione senza pesticidi è senza scarico di rifiuti, l'efficienza di l'usu di a terra unità hè da 40 à 108 volte. di pruduzzione in campu apertu.Frà elli, a fonte di luce artificiale intelligente è a so regulazione di l'ambienti luminosi ghjucanu un rolu decisivu in a so efficienza di produzzione.

Cum'è un fattore ambientale fisicu impurtante, a luce ghjoca un rolu chjave in a regulazione di a crescita di e piante è u metabolismu materiale."Una di e caratteristiche principali di a fabbrica di a pianta hè a fonte di luce artificiale piena è a realizazione di regulazione intelligente di l'ambienti luminosi" hè diventatu un cunsensu generale in l'industria.

I pianti bisognu di luce

A luce hè l'unica fonte d'energia di a fotosintesi di e piante.L'intensità di a luce, a qualità di a luce (spettru) è i cambiamenti periodichi di a luce anu un impattu prufondu nantu à u crescita è u sviluppu di i culturi, frà i quali l'intensità luminosa hà u più grande impattu nantu à a fotosintesi di a pianta.

■ Intensità di luce

L'intensità di a luce pò cambià a morfologia di i culturi, cum'è a fioritura, a lunghezza di l'internode, u grossu di u troncu, è a taglia è u grossu di a foglia.I bisogni di e piante per l'intensità di a luce pò esse divisu in e piante d'amuri di luce, d'amante di lumera media è di e piante toleranti à a lumera.I vegetali sò soprattuttu piante amatori di luce, è i so punti di compensazione di luce è i punti di saturazione di luce sò relativamente alti.In e fabbriche di piante di luce artificiale, i requisiti pertinenti di i culturi per l'intensità di a luce sò una basa impurtante per a selezzione di fonti di luce artificiale.Capisce i bisogni di luce di e diverse piante hè impurtante per u disignu di fonti di luce artificiale, hè estremamente necessariu per migliurà u rendiment di produzzione di u sistema.

■ Qualità di luce

A distribuzione di qualità di luce (spettrali) hà ancu una influenza impurtante nantu à a fotosintesi di a pianta è a morfogenesi (Figura 1).A luce hè parte di a radiazione, è a radiazione hè una onda elettromagnetica.L'onda elettromagnetica anu caratteristiche d'onda è caratteristiche quantum (particella).U quantum di luce hè chjamatu photon in u campu di l'orticultura.A radiazione cù una gamma di lunghezza d'onda di 300 ~ 800 nm hè chjamata radiazione fisiologicamente attiva di e piante;è a radiazione cù una gamma di lunghezze d'onda di 400 ~ 700 nm hè chjamata radiazione fotosintetica attiva (PAR) di e piante.

A clorofilla è i caroteni sò i dui pigmenti più impurtanti in a fotosintesi di a pianta.A Figura 2 mostra u spettru di l'absorzione spettrale di ogni pigmentu fotosinteticu, in quale u spettru di l'assorbimentu di clorofilla hè cuncentratu in i bandi rossi è blu.U sistema di illuminazione hè basatu annantu à i bisogni spettrali di i culturi per supplementà artificialmente a luce, per prumove a fotosintesi di e piante.

■ fotoperiodu
A relazione trà a fotosintesi è a fotomorfogenesi di e piante è a durata di u ghjornu (o u tempu di u fotoperiodu) hè chjamata fotoperiodia di e piante.A fotoperiodia hè strettamente ligata à l'ore di luce, chì si riferisce à u tempu chì a cultura hè irradiata da a luce.Diversi culturi necessanu un certu nùmeru d'ore di lumera per compie u fotoperiodu per fiurisce è dà fruttu.Sicondu i diversi fotoperiodi, pò esse divisu in i culturi di ghjornu longu, cum'è a col, etc., chì necessitanu più di 12-14h ore di luce in un certu stadiu di u so crescita;i culturi di ghjurnata corta, cum'è cipolle, soia, etc., necessitanu menu di 12-14 ore Illuminazione;I culturi di u sole mediu, cum'è cucumari, pumati, pimentari, etc., ponu fiorite è dà fruttu sottu u sole più longu o più breve.
Trà i trè elementi di l'ambiente, l'intensità di a luce hè una basa impurtante per a selezzione di fonti di luce artificiale.Attualmente, ci sò parechje manere di spressione l'intensità di a luce, soprattuttu cumpresi i trè seguenti.
（1）L'illuminazione si riferisce à a densità di a superficia di u flussu luminoso (flussu luminosu per unità di superficie) ricevutu nantu à u pianu illuminatu, in lux (lx).

（2）Radiazione fotosintetica attiva, PAR，Unità: W/m².

(3) A densità di flussu di fotoni fotosinteticamente efficace PPFD o PPF hè u numeru di radiazioni fotosinteticamente efficaci chì ghjunghjenu o passanu per unità di tempu è unità di area, unità: μmol/(m²·s)。Si riferisce principalmente à l'intensità luminosa di 400 ~ 700 nm. direttamente in relazione cù a fotosintesi.Hè ancu l'indicatore di intensità luminosa più cumunimenti utilizatu in u campu di a produzzione vegetale.

Analisi di a fonte di luce di u sistema di luce supplementu tipicu
U supplementu di luce artificiale hè di aumentà l'intensità di luce in a zona di destinazione o allargà u tempu di luce installendu un sistema di luce supplementu per cumpiendu a dumanda di luce di e piante.In generale, u sistema di luce supplementaria include equipaghji di luce supplementari, circuiti è u so sistema di cuntrollu.I fonti di luce supplementarii includenu principalmente parechji tippi cumuni, cum'è lampade incandescenti, lampade fluorescenti, lampade à alogenuri metallici, lampade di sodiu d'alta pressione è LED.A causa di a bassa efficienza elettrica è otticu di lampi incandescent, bassa efficienza energetica fotosintetica è altri difetti, hè stata eliminata da u mercatu, cusì questu articulu ùn face micca un analisi detallatu.

■ Lampada fluorescente
Lampi fluoriscenti appartenenu à u tipu di lampi di scaricamentu di gasu di bassa pressione.U tubu di vetru hè chinu di vapore di mercuriu o gasu inerte, è u muru internu di u tubu hè ricopertu di polvere fluorescente.U culore di luce varieghja cù u materiale fluorescente rivestitu in u tubu.Lampi fluorescenti anu un bonu rendimentu spettrali, alta efficienza luminosa, bassa putenza, vita più longa (12000h) cumparatu cù lampade incandescenti, è costu relativamente bassu.Perchè u lume fluoriscente stessu emette menu calore, pò esse vicinu à e piante per l'illuminazione è hè adattatu per u cultivo tridimensionale.In ogni casu, u layout spettrali di a lampa fluorescente hè irragionevule.U metudu più cumuni in u mondu hè di aghjunghje riflettori per maximizà i cumpunenti di a fonte di luce efficace di i culturi in l'area di cultivo.Cumpagnia giapponese adv-agri hà ancu sviluppatu un novu tipu di fonte di luce supplementaria HEFL.HEFL appartene veramente à a categuria di lampade fluorescenti.Hè u termu generale per lampade fluorescenti à catodu friddu (CCFL) è lampade fluorescenti di l'elettrodu esternu (EEFL), è hè una lampada fluorescente di l'elettrodu mistu.U tubu HEFL hè summamente magre, cù un diametru di solu circa 4 mm, è a lunghezza pò esse aghjustata da 450 mm à 1200 mm secondu i bisogni di cultivazioni.Hè una versione mejorata di a lampada fluorescente convenzionale.

■ Lampada à ioduri di metallu
A lampa d'alogenuri di metallu hè una lampada di scaricamentu d'alta intensità chì pò eccitare diverse elementi per pruduce diverse lunghezze d'onda aghjunghjendu diversi alogenuri di metalli (bromuru di stagnu, ioduru di sodiu, etc.) in u tubu di scaricamentu nantu à a basa di una lampada di mercuriu d'alta pressione.I lampi alogeni anu una alta efficienza luminosa, un altu putere, un bonu culore di luce, una longa vita è un grande spettru.In ogni casu, perchè l'efficienza luminosa hè più bassu di quella di lampade di sodiu d'alta pressione, è a vita hè più corta di quella di lampade di sodiu d'alta pressione, hè attualmente aduprata solu in uni pochi di fabbriche di pianta.

■ Lampada di sodiu à alta pressione
Lampi di sodiu d'alta pressione appartenenu à u tipu di lampi di scaricamentu di gas d'alta pressione.A lampa di sodiu d'alta pressione hè una lampada d'alta efficienza in u quale u vapore di sodiu d'alta pressione hè pienu in u tubu di scaricamentu, è aghjunghjenu una piccula quantità di xenon (Xe) è l'halogenu di mercuriu metallicu.Perchè i lampi di sodiu d'alta pressione anu una alta efficienza di cunversione elettro-ottica cù costi di fabricazione più bassi, i lampi di sodiu d'alta pressione sò attualmente i più utilizati in l'applicazioni di luce supplementaria in strutture agricole.Tuttavia, per via di i difetti di efficienza fotosintetica bassa in u so spettru, anu i difetti di efficienza energetica bassa.Per d 'altra banda, i cumpunenti spettrali emessi da lampi di sodiu d'alta pressione sò principarmenti cuncentrati in a fascia di luce gialla-aranciu, chì ùn manca l'spettri rossi è blu necessarii per a crescita di e piante.

■ Diode emettitore di luce
Cum'è una nova generazione di fonti di luce, i diodi emettitori di luce (LED) anu parechji vantaghji, cum'è una efficienza di cunversione elettro-ottica più alta, un spettru regulabile è una alta efficienza fotosintetica.U LED pò emette luce monocromatica necessaria per a crescita di e piante.In cunfrontu cù lampade fluorescenti ordinarie è altre fonti di luce supplementari, u LED hà i vantaghji di risparmiu d'energia, prutezzione di l'ambiente, longa vita, luce monocromatica, fonte di luce fredda è cusì.Cù l'ulteriore migliuramentu di l'efficienza elettro-ottica di i LED è a riduzzione di i costi causati da l'effettu di scala, i sistemi di illuminazione LED cresceranu diventeranu l'equipaggiu mainstream per supplementà a luce in e instalazioni agriculi.In u risultatu, i luci di crescita LED sò stati applicati annantu à 99,9% di fabbriche di piante.

Per mezu di paraguni, e caratteristiche di e diverse fonti di luce supplementari ponu esse chjaramente capite, cum'è mostra in a Tabella 1.

Dispositivu di illuminazione mobile
L'intensità di a luce hè strettamente ligata à u crescita di i culturi.A cultura tridimensionale hè spessu usata in fabbriche di piante.In ogni casu, per via di a limitazione di a struttura di e racks di cultivazioni, a distribuzione irregulare di a luce è a temperatura trà e racks affettanu u rendiment di i culturi è u periodu di cugliera ùn serà micca sincronizatu.Una sucietà in Pechino hà sviluppatu cù successu un dispositivu supplementu di luce di elevazione manuale (apparecchiatura di illuminazione HPS è lampada di illuminazione LED di crescita) in 2010. U principiu hè di rotà l'arburu di trasmissione è u bobinatore fissatu nantu à questu scuzzulate u manicu per rotà a bobina di film. per ghjunghje à u scopu di retracting è unwind a corda di filu.A corda di filu di a luce di crescita hè cunnessa cù a rota di l'avvolgimentu di l'elevatore per mezu di parechje serie di roti inverte, in modu di ottene l'effettu di aghjustà l'altezza di a luce di crescita.In u 2017, a cumpagnia sopra citata hà cuncepitu è ​​​​sviluppatu un novu dispositivu di supplementu di luce mobile, chì pò aghjustà automaticamente l'altezza di supplementu di luce in tempu reale secondu i bisogni di crescita di culturi.U dispusitivu di aghjustamentu hè avà stallatu nantu à u rack di cultivazioni tridimensionale di a fonte di luce di 3 strati.A capa superiore di u dispusitivu hè u nivellu cù a megliu cundizione di luce, cusì hè equipatu cù lampade di sodiu d'alta pressione;a capa media è a capa di fondu sò dotati di luci di crescita LED è un sistema di regulazione di elevazione.Pò aghjustà automaticamente l'altezza di a luce di crescita per furnisce un ambiente di illuminazione adattatu per i culturi.

In cunfrontu cù u dispositivu di supplementu di luce mobile adattatu per a cultivazione tridimensionale, l'Olanda hà sviluppatu un dispositivu di luce supplementu di luce LED mobile horizontale.Per evità l'influenza di l'ombra di a luce di crescita nantu à a crescita di e piante in u sole, u sistema di luce di crescita pò esse spinta à i dui lati di u supportu attraversu u slide telescopicu in a direzzione horizontale, in modu chì u sole hè cumplettamente. irradiate nantu à e piante;in i ghjorni nuvolati è chiuvuti senza u sole, Push the grow light system à u mità di u bracket per fà a luce di u crescente sistema di light light in uniformly fill the plants;move u sistema di crescita di luce in orizzontale attraversu u slide nantu à u supportu, evite u disassemblamentu frequente è a rimozione di u sistema di crescita di luce, è riduce l'intensità di u travagliu di l'impiegati, migliurà cusì efficacemente l'efficienza di u travagliu.

Idee di disignu di u sistema tipicu di crescita di luce
Ùn hè micca difficiule di vede da u disignu di u dispositivu supplementu di illuminazione mobile chì u disignu di u sistema di illuminazione supplementaria di a fabbrica di a pianta generalmente piglia l'intensità di luce, a qualità di a luce è i paràmetri di fotoperiodu di e diverse periodi di crescita di culturi cum'è u cuntenutu core di u disignu. , s'appoghjanu nantu à u sistema di cuntrollu intelligente per implementà, ghjunghje à u scopu ultimu di risparmiu d'energia è altu rendiment.

Attualmente, u disignu è a custruzzione di luce supplementaria per i vegetali foglia hè maturatu gradualmente.Per esempiu, ligumi foglia pò esse divisu in quattru tappe: a tappa di a piantina, a mità di crescita, a crescita tardiva è a tappa finale;I frutti-legumi ponu esse divisi in u stadiu di a piantina, u stadiu di crescita vegetativa, u stadiu di fioritura è u stadiu di cugliera.Da l'attributi di l'intensità luminosa supplementaria, l'intensità luminosa in u stadiu di a piantina deve esse ligeramente più bassu, à 60 ~ 200 μmol/(m²·s), è poi aumentà gradualmente.I vegetali à foglia ponu ghjunghje sin'à 100 ~ 200 μmol / (m²·s), è i frutti di frutta ponu ghjunghje sin'à 300 ~ 500 μmol / (m²·s) per assicurà e esigenze di intensità luminosa di a fotosintesi di a pianta in ogni periodu di crescita è cumpiendu i bisogni di altu rendiment;In quantu à a qualità di luce, u rapportu di rossu à blu hè assai impurtante.Per aumentà a qualità di e piantini è impedisce a crescita eccessiva in u stadiu di a piantina, u rapportu di u rossu à u turchinu hè generalmente stabilitu à un livellu bassu [(1 ~ 2): 1], è poi ridutta gradualmente per risponde à i bisogni di a pianta. morfologia ligera.U rapportu di u rossu à u blu à i vegetali frondosi pò esse stabilitu à (3 ~ 6): 1.Per u fotoperiodu, simili à l'intensità luminosa, deve esse mostra una tendenza di crescita cù l'estensione di u periodu di crescita, perchè i vegetali foglie anu più tempu fotosinteticu per a fotosintesi.U disignu supplementu di luce di frutti è ligumi serà più cumplicatu.In più di e liggi di basa sopra citati, duvemu fucalizza nantu à l'ambientazione di u fotoperiodu durante u periodu di fioritura, è a fioritura è u fruttu di ligumi deve esse prumuvutu, per ùn avè micca u focu.

Hè vale a dì chì a formula di luce deve include u trattamentu finale per i paràmetri di l'ambiente luminoso.Per esempiu, supplementation light cuntinuu pò migliurà assai u pruduzzione è a qualità di piantini hydroponic foglia vegetale, o aduprà trattamentu UV à migliurà significativamente sprouts è ligumi foglia (in particulare Foglie viole è lettuce foglia rossa) qualità nutrizionale.

In più di l'ottimisazione di a supplementazione di luce per i culturi selezziunati, u sistema di cuntrollu di a fonte di luce di alcune fabbriche di piante di luce artificiale hà ancu sviluppatu rapidamente in l'ultimi anni.Stu sistema di cuntrollu hè generalmente basatu nantu à a struttura B / S.U cuntrollu remoto è u cuntrollu automaticu di fatturi ambientali cum'è a temperatura, l'umidità, a luce è a cuncentrazione di CO2 durante a crescita di i culturi sò realizati attraversu WIFI, è à u stessu tempu, un metudu di produzzione chì ùn hè micca limitatu da e cundizioni esterni hè realizatu.Stu tipu di sistema di luci supplementarii intelligenti usa l'illuminazione LED di crescita cum'è fonte di luce supplementaria, cumminata cù un sistema di cuntrollu intelligente remoto, pò risponde à i bisogni di l'illuminazione di a lunghezza d'onda di a pianta, hè particularmente adattatu per l'ambiente di coltivazione di piante cuntrullati da a luce, è pò risponde bè à a dumanda di u mercatu. .

Osservazioni cuncludenti
I fabbrichi di a pianta sò cunsiderati cum'è un modu impurtante per risolve i prublemi di risorsa mundiale, di pupulazione è di l'ambiente in u XXI seculu, è un modu impurtante per ottene l'autosufficienza alimentaria in i futuri prughjetti high-tech.Cum'è un novu tipu di metudu di produzzione agricula, e fabbriche di e piante sò sempre in u stadiu di apprendimentu è di crescita, è più attente è ricerca sò necessarie.Questu articulu descrive e caratteristiche è i vantaghji di i metudi di illuminazione supplementari cumuni in e fabbriche di e piante, è introduce l'idee di cuncepimentu di sistemi di illuminazione supplementari tipici di culturi.Ùn hè micca difficiule di truvà per mezu di paraguni, per affruntà a luce bassa causata da u clima severu, cum'è nuvole è nebbia cuntinuu, è per assicurà a produzzione alta è stabile di culturi di facilità, l'equipaggiu di fonte di luce LED Grow hè più in linea cù u sviluppu attuale. tendenzi.

A direzzione futura di u sviluppu di e fabbriche di e piante deve fucalizza nantu à novi sensori d'alta precisione, low-cost, cuntrullabili remotamente, sistemi di illuminazione di spettru regulable è sistemi di cuntrollu espertu.À u listessu tempu, i futuri fabbriche di pianta cuntinueghjanu à sviluppà versu low-cost, intelligente è auto-adattivu.L'usu è a popularizazione di e fonti di luce LED di crescita furnisce una garanzia per un cuntrollu ambientale d'alta precisione di e fabbriche di piante.A regulazione di l'ambiente di a luce LED hè un prucessu cumplessu chì implica una regulazione cumpleta di a qualità di a luce, l'intensità di a luce è u fotoperiodu.Esperti pertinenti è studiosi anu bisognu di fà una ricerca approfondita, prumove l'illuminazione supplementaria LED in fabbriche di piante di luce artificiale.