نویسنده: جینگ ژائو ， Zengchan Zhou ， Yunlong BU و غیره. منبع رسانه ： فناوری مهندسی کشاورزی (باغبانی گلخانه ای)

کارخانه گیاهی برای اجرای کنترل با دقت بالا از عوامل محیطی در این مرکز ، صنعت مدرن ، بیوتکنولوژی ، هیدروپونیک مواد مغذی و فناوری اطلاعات را ترکیب می کند. کاملاً محصور شده است ، نیازهای کم در محیط اطراف دارد ، دوره برداشت گیاه را کوتاه می کند ، باعث صرفه جویی در آب و کود می شود و با استفاده از مزایای تولید غیر آزمایشی و بدون تخلیه زباله ، واحد کاربری استفاده از زمین 40 تا 108 برابر از آن است تولید میدان باز در میان آنها ، منبع نور مصنوعی هوشمند و تنظیم محیط سبک آن نقش تعیین کننده ای در کارآیی تولید آن ایفا می کند.

به عنوان یک عامل مهم محیطی فیزیکی ، نور نقش مهمی در تنظیم رشد گیاه و متابولیسم مادی دارد. "یکی از ویژگی های اصلی کارخانه گیاه ، منبع کامل نور مصنوعی است و تحقق تنظیم هوشمند محیط نور" به یک اجماع عمومی در صنعت تبدیل شده است.

نیاز گیاهان به نور

نور تنها منبع انرژی فتوسنتز گیاهی است. شدت نور ، کیفیت نور (طیف) و تغییرات دوره ای نور تأثیر عمیقی بر رشد و توسعه محصولات زراعی دارد که از این میان شدت نور بیشترین تأثیر را در فتوسنتز گیاهی دارد.

■ شدت نور

شدت نور می تواند مورفولوژی محصولات زراعی مانند گلدهی ، طول داخلی ، ضخامت ساقه و اندازه و ضخامت برگ را تغییر دهد. الزامات گیاهان برای شدت نور را می توان به گیاهان سبک ، دوست داشتن متوسط ​​و با تحمل کم نور تقسیم کرد. سبزیجات عمدتاً گیاهان دوست داشتنی هستند و نقاط جبران نور آنها و نقاط اشباع نور نسبتاً زیاد است. در کارخانه های کارخانه نور مصنوعی ، الزامات مربوط به محصولات زراعی برای شدت نور مبنای مهمی برای انتخاب منابع نور مصنوعی است. درک نیازهای نور گیاهان مختلف برای طراحی منابع نور مصنوعی مهم است ، بهبود عملکرد تولید سیستم بسیار ضروری است.

■ کیفیت نور

توزیع کیفیت نور (طیفی) همچنین تأثیر مهمی در فتوسنتز گیاهی و مورفوژنز دارد (شکل 1). نور بخشی از تابش است و تابش موج الکترومغناطیسی است. امواج الکترومغناطیسی دارای خصوصیات موج و خصوصیات کوانتومی (ذرات) هستند. کوانتومی از نور در میدان باغبانی فوتون نامیده می شود. تابش با دامنه طول موج 800 ~ 800 نانومتر از نظر فیزیولوژیکی فعال گیاهان نامیده می شود. و تابش با دامنه طول موج از 400 ~ 700 نانومتر ، اشعه فتوسنتزی فعال (PAR) گیاهان نامیده می شود.

کلروفیل و کاروتن دو رنگدانه مهم در فتوسنتز گیاهی هستند. شکل 2 طیف جذب طیفی هر رنگدانه فتوسنتزی را نشان می دهد ، که در آن طیف جذب کلروفیل در نوارهای قرمز و آبی متمرکز شده است. سیستم روشنایی مبتنی بر نیازهای طیفی محصولات زراعی برای مکمل نور مصنوعی است ، به طوری که برای ترویج فتوسنتز گیاهان.

■ PhotoPeriod
رابطه بین فتوسنتز و فوتومورفوژنز گیاهان و طول روز (یا زمان فوتوپریود) به عنوان نوری گیاهان نامیده می شود. نورپردازی با ساعات نور ارتباط نزدیکی دارد ، که به زمان تابش محصول توسط نور اشاره دارد. محصولات مختلف به تعداد مشخصی از ساعت نور نیاز دارند تا بتوانند نورپردازی را برای شکوفه و میوه به دست آورند. با توجه به نورپردازی های مختلف ، می توان آن را به محصولات زراعی طولانی مانند کلم و غیره تقسیم کرد که در مرحله خاصی از رشد آن به بیش از 12-14 ساعت نیاز دارند. محصولات کوتاه مدت ، مانند پیاز ، سویا و غیره ، به کمتر از 12-14 ساعت روشنایی نیاز دارند. محصولات زراعی متوسط ​​مانند خیار ، گوجه فرنگی ، فلفل و غیره می توانند در زیر نور آفتاب طولانی تر یا کوتاه تر میوه ها را شکوفا کرده و میوه بگیرند.
در میان سه عنصر محیط ، شدت نور مبنای مهمی برای انتخاب منابع نور مصنوعی است. در حال حاضر ، روش های زیادی برای بیان شدت نور وجود دارد ، عمدتا از جمله سه مورد زیر.
（1） روشنایی به چگالی سطح شار درخشان (شار درخشان در هر واحد) که در هواپیمای روشن شده ، در لوکس (LX) دریافت می شود ، اشاره دارد.

（2） تابش فعال فتوسنتزی ، واحد ： w/m²。

（3） چگالی شار فوتون از نظر فتوسنتزی مؤثر PPFD یا PPF تعداد تابش های مؤثر فتوسنتزی است که از طریق واحد واحد و واحد واحد می رسد یا عبور می کند ، واحد ： μmol/(m² · s) - به شدت به شدت نور 400 700 700 نانومتر اشاره می کند به طور مستقیم با فتوسنتز مرتبط است. همچنین متداول ترین شاخص شدت نور در زمینه تولید گیاهان است.

تجزیه و تحلیل منبع نور از سیستم نور مکمل معمولی
مکمل نور مصنوعی افزایش شدت نور در منطقه مورد نظر یا افزایش زمان نور با نصب یک سیستم نوری مکمل برای تحقق تقاضای نور گیاهان است. به طور کلی ، سیستم نور تکمیلی شامل تجهیزات نوری تکمیلی ، مدارها و سیستم کنترل آن است. منابع نوری تکمیلی عمدتاً شامل چندین نوع رایج مانند لامپ های رشته ای ، لامپ های فلورسنت ، لامپ های هالید فلزی ، لامپ های سدیم با فشار بالا و LED ها هستند. با توجه به راندمان الکتریکی و نوری کم لامپهای رشته ای ، بهره وری کم انرژی فتوسنتزی و سایر کاستی ها ، توسط بازار از بین رفته است ، بنابراین این مقاله تجزیه و تحلیل مفصلی را انجام نمی دهد.

Lamp چراغ فلورسنت
لامپ های فلورسنت متعلق به نوع لامپ های تخلیه گاز کم فشار است. لوله شیشه ای پر از بخار جیوه یا گاز بی اثر است و دیواره داخلی لوله با پودر فلورسنت پوشانده شده است. رنگ نور با مواد فلورسنت پوشانده شده در لوله متفاوت است. لامپ های فلورسنت عملکرد طیفی خوبی ، راندمان درخشان بالا ، قدرت کم ، عمر طولانی تر (12000 ساعت) در مقایسه با لامپ های رشته ای و هزینه نسبتاً کم دارند. از آنجا که لامپ فلورسنت خود گرمای کمتری ساطع می کند ، می تواند برای روشنایی نزدیک به گیاهان باشد و برای کشت سه بعدی مناسب است. با این حال ، طرح طیفی لامپ فلورسنت غیر منطقی است. متداول ترین روش در جهان اضافه کردن بازتابنده ها برای به حداکثر رساندن اجزای منبع نور مؤثر محصولات زراعی در منطقه کشت است. شرکت Adv-Agri ژاپنی همچنین نوع جدیدی از منبع نور تکمیلی HEFL را توسعه داده است. HEFL در واقع متعلق به دسته لامپ های فلورسنت است. این اصطلاح کلی برای لامپ های فلورسنت کاتد سرد (CCFL) و لامپ های فلورسنت الکترود خارجی (EEFL) است و یک لامپ فلورسنت الکترود مخلوط است. لوله HEFL بسیار نازک است و قطر آن فقط در حدود 4 میلی متر است و طول را می توان با توجه به نیازهای کشت از 450 میلی متر به 1200 میلی متر تنظیم کرد. این یک نسخه بهبود یافته از لامپ فلورسنت معمولی است.

lamp لامپ هالید فلزی
لامپ هالید فلزی یک لامپ تخلیه با شدت بالا است که می تواند با افزودن هالیدهای مختلف فلزی (برمید قلع ، یدید سدیم و غیره) در لوله تخلیه بر اساس یک لامپ جیوه پر فشار ، عناصر مختلفی را برای تولید طول موج های مختلف تحریک کند. لامپ های هالوژن دارای راندمان درخشان بالا ، قدرت بالا ، رنگ نور خوب ، عمر طولانی و طیف بزرگ هستند. با این حال ، از آنجا که راندمان درخشان پایین تر از لامپ های سدیم با فشار بالا است ، و طول عمر از لامپ های سدیم با فشار بالا کوتاه تر است ، در حال حاضر فقط در چند کارخانه گیاهی استفاده می شود.

Lamp لامپ سدیم با فشار بالا
لامپ های سدیم با فشار بالا متعلق به نوع لامپ های تخلیه گاز با فشار بالا هستند. لامپ سدیم با فشار بالا یک لامپ با راندمان بالا است که در آن بخار سدیم با فشار بالا در لوله تخلیه پر می شود و مقدار کمی زنون (XE) و هالید فلزی جیوه اضافه می شود. از آنجا که لامپ های سدیم با فشار بالا دارای راندمان تبدیل الکترو نوری بالا با هزینه های تولید پایین تر هستند ، لامپ های سدیم با فشار بالا در حال حاضر بیشترین استفاده را در استفاده از نور تکمیلی در امکانات کشاورزی دارند. با این حال ، با توجه به کاستی های کمترین بهره وری فتوسنتزی در طیف آنها ، آنها کاستی های بهره وری کم انرژی را دارند. از طرف دیگر ، اجزای طیفی ساطع شده توسط لامپ های سدیم با فشار بالا عمدتاً در باند نور زرد-نارنجی متمرکز شده اند ، که فاقد طیف قرمز و آبی لازم برای رشد گیاه هستند.

■ دیود ساطع کننده نور
به عنوان نسل جدیدی از منابع نوری ، دیودهای دارای تابش نور (LED) دارای مزایای بسیاری از جمله راندمان تبدیل الکترو نوری بالاتر ، طیف قابل تنظیم و راندمان فتوسنتزی بالا هستند. LED می تواند نور تک رنگ مورد نیاز برای رشد گیاه را ساطع کند. در مقایسه با لامپ های فلورسنت معمولی و سایر منابع نوری تکمیلی ، LED مزایای صرفه جویی در مصرف انرژی ، حفاظت از محیط زیست ، عمر طولانی ، نور تک رنگ ، منبع نور سرد و غیره را دارد. با بهبود بیشتر بهره وری الکترو نوری LED ها و کاهش هزینه های ناشی از اثر مقیاس ، سیستم های روشنایی رشد LED به تجهیزات اصلی برای مکمل نور در امکانات کشاورزی تبدیل می شوند. در نتیجه ، چراغ های رشد LED بیش از 99.9 ٪ کارخانه های گیاهی اعمال شده است.

از طریق مقایسه ، ویژگی های منابع نوری تکمیلی مختلف را می توان به وضوح درک کرد ، همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است.

دستگاه روشنایی موبایل
شدت نور از نزدیک با رشد محصولات زراعی ارتباط دارد. کشت سه بعدی اغلب در کارخانه های گیاهی استفاده می شود. با این حال ، با توجه به محدودیت ساختار قفسه های کشت ، توزیع ناهموار نور و دما بین قفسه ها بر عملکرد محصولات زراعی تأثیر می گذارد و دوره برداشت هماهنگ نخواهد شد. یک شرکت در پکن با موفقیت در سال 2010 یک دستگاه مکمل چراغ بلند کردن دستی (فیکسچر روشنایی HPS و LED رشد روشنایی) را با موفقیت تهیه کرده است. اصل این است که شافت درایو را بچرخانید و بادگیر روی آن با تکان دادن دسته برای چرخش حلقه فیلم کوچک بر روی آن ثابت شود. برای دستیابی به هدف عقب نشینی و باز کردن طناب سیم. طناب سیم چراغ رشد با چرخ سیم پیچ آسانسور از طریق مجموعه های مختلف چرخ های معکوس وصل می شود ، به طوری که برای دستیابی به تأثیر تنظیم ارتفاع نور رشد. در سال 2017 ، شرکت فوق الذکر یک دستگاه مکمل نور موبایل جدید را طراحی و توسعه داد که می تواند به طور خودکار ارتفاع مکمل نور را در زمان واقعی با توجه به نیازهای رشد محصول تنظیم کند. دستگاه تنظیم هم اکنون روی قفسه کشت سه بعدی از نوع بلند کردن منبع چراغ 3 لایه نصب شده است. لایه بالایی دستگاه ، سطح با بهترین شرایط نور است ، بنابراین مجهز به لامپ های سدیم با فشار بالا است. لایه میانی و لایه پایین مجهز به چراغ های رشد LED و یک سیستم تنظیم بلند کردن است. این می تواند به طور خودکار ارتفاع نور رشد را تنظیم کند تا یک محیط روشنایی مناسب برای محصولات زراعی فراهم شود.

در مقایسه با دستگاه مکمل نور موبایل متناسب با کشت سه بعدی ، هلند یک دستگاه نوری نور مکمل چراغ رشد افقی LED ایجاد کرده است. به منظور جلوگیری از تأثیر سایه نور رشد بر رشد گیاهان در آفتاب ، سیستم نور رشد را می توان از طریق اسلاید تلسکوپی در جهت افقی به هر دو طرف براکت سوق داد تا خورشید به طور کامل باشد تابش شده بر روی گیاهان ؛ در روزهای ابری و بارانی بدون نور خورشید ، سیستم رشد نور را به وسط براکت فشار دهید تا نور سیستم رشد نور به طور مساوی گیاهان را پر کند. سیستم رشد نور را به صورت افقی از طریق اسلاید روی براکت حرکت دهید ، از جداسازی مکرر و حذف سیستم نور رشد خودداری کنید و شدت نیروی کار کارمندان را کاهش دهید ، بنابراین به طور موثری باعث بهبود کارآیی کار می شود.

ایده های طراحی سیستم نور معمولی
از طراحی دستگاه مکمل روشنایی موبایل دشوار نیست که طراحی سیستم روشنایی تکمیلی کارخانه گیاه معمولاً شدت نور ، کیفیت نور و پارامترهای نوری دوره های رشد محصول مختلف را به عنوان محتوای اصلی طراحی می گیرد ، با تکیه بر سیستم کنترل هوشمند برای اجرای ، دستیابی به هدف نهایی صرفه جویی در مصرف انرژی و عملکرد بالا.

در حال حاضر ، طراحی و ساخت نور مکمل برای سبزیجات برگ به تدریج بالغ شده است. به عنوان مثال ، سبزیجات برگ دار را می توان به چهار مرحله تقسیم کرد: مرحله نهال ، رشد میانی ، اواخر رشد و مرحله پایان. گیاهان گیاهی میوه ای را می توان به مرحله نهال ، مرحله رشد رویشی ، مرحله گلدهی و مرحله برداشت تقسیم کرد. از ویژگی های شدت نور تکمیلی ، شدت نور در مرحله نهال باید کمی پایین تر باشد ، در 60 ~ 200 میکرومول/(m² · ثانیه) ، و سپس به تدریج افزایش می یابد. سبزیجات برگ دار می توانند تا 200 ~ 200 میکرومول/(متر مربع) برسند ، و سبزیجات میوه می توانند به 300 ~ 500 میکرومول/(m² · ثانیه) برسند تا از نیازهای شدت نور فتوسنتز گیاهی در هر دوره رشد اطمینان حاصل کند و نیازهای آن را برطرف کند. بازده بالا ؛ از نظر کیفیت نور ، نسبت قرمز به آبی بسیار مهم است. به منظور افزایش کیفیت نهال ها و جلوگیری از رشد بیش از حد در مرحله نهال ، نسبت قرمز به آبی به طور کلی در سطح پایین قرار می گیرد [(2 ~ 2): 1] ، و سپس به تدریج کاهش می یابد تا نیازهای گیاه را برآورده سازد. مورفولوژی سبک. نسبت سبزیجات قرمز به آبی به برگ را می توان روی (6 ~ 6) تنظیم کرد: 1. برای فوتوپریود ، مشابه شدت نور ، باید با گسترش دوره رشد ، روند افزایش را نشان دهد ، به طوری که سبزیجات برگ دار زمان فتوسنتزی بیشتری برای فتوسنتز دارند. طراحی مکمل سبک میوه ها و سبزیجات پیچیده تر خواهد بود. علاوه بر قوانین اساسی فوق الذکر ، ما باید در طول دوره گلدهی روی تنظیم نورپردازی متمرکز شویم و گل و ثمرات سبزیجات باید ترویج شود تا آتش سوزی نشود.

شایان ذکر است که فرمول نور باید شامل درمان نهایی برای تنظیمات محیط نوری باشد. به عنوان مثال ، مکمل نوری مداوم می تواند عملکرد و کیفیت نهال های گیاهی برگ هیدروپونیک را تا حد زیادی بهبود بخشد ، یا از درمان UV برای بهبود چشمگیر جوانه ها و سبزیجات برگ (مخصوصاً برگهای بنفش و کاهو برگ قرمز) استفاده کند.

علاوه بر بهینه سازی مکمل های نوری برای محصولات منتخب ، سیستم کنترل منبع نور برخی از کارخانه های گیاهی با نور مصنوعی نیز در سالهای اخیر به سرعت توسعه یافته است. این سیستم کنترل به طور کلی مبتنی بر ساختار B/S است. کنترل از راه دور و کنترل خودکار عوامل محیطی مانند دما ، رطوبت ، نور و غلظت CO2 در طول رشد محصولات زراعی از طریق WiFi تحقق می یابد و در عین حال ، یک روش تولید که محدود به شرایط خارجی نیست ، تحقق می یابد. این نوع سیستم نور مکمل هوشمند از فیکسچر رشد LED به عنوان منبع نور تکمیلی ، همراه با سیستم کنترل هوشمند از راه دور ، می تواند نیازهای روشنایی طول موج گیاه را برآورده کند ، به ویژه برای محیط کشت گیاهان کنترل شده مناسب است و می تواند به خوبی تقاضای بازار را برآورده کند. بشر

نتیجه گیری اظهارات
کارخانه های گیاهی یک روش مهم برای حل منابع جهانی ، جمعیت و مشکلات زیست محیطی در قرن بیست و یکم و یک روش مهم برای دستیابی به خودکفایی مواد غذایی در پروژه های پیشرفته آینده به حساب می آیند. به عنوان یک نوع جدید از روش تولید کشاورزی ، کارخانه های گیاهی هنوز در مرحله یادگیری و رشد هستند و توجه و تحقیقات بیشتری لازم است. در این مقاله ویژگی ها و مزایای روشهای روشنایی تکمیلی مشترک در کارخانه های گیاهی شرح داده شده و ایده های طراحی سیستم های روشنایی مکمل زراعی معمولی را معرفی می کند. پیدا کردن از طریق مقایسه ، دشوار نیست ، به منظور مقابله با نور کم ناشی از هوای شدید مانند ابری و مهیج مداوم و اطمینان از تولید زیاد و پایدار محصولات زراعی ، LED تجهیزات منبع نور بیشتر مطابق با توسعه فعلی است روند

جهت توسعه آینده کارخانه های گیاهی باید روی سنسورهای با دقت بالا ، کم هزینه ، سیستم های دستگاه روشنایی طیف قابل تنظیم و قابل تنظیم و سیستم های کنترل تخصصی متمرکز شود. در عین حال ، کارخانه های گیاهان آینده همچنان به سمت کم هزینه ، باهوش و خود سازگار هستند. استفاده و محبوبیت منابع نوری رشد LED تضمین کننده کنترل محیطی با دقت بالا کارخانه های گیاهی است. تنظیم محیط نور LED یک فرآیند پیچیده است که شامل تنظیم جامع کیفیت نور ، شدت نور و نورپردازی است. کارشناسان و محققان مرتبط باید تحقیقات عمیق انجام دهند و روشنایی تکمیلی LED را در کارخانه های گیاهی با نور مصنوعی ترویج می کنند.