Ùghdar: Jing Zhao, Zengchan Zhou, Yunlong Bu, msaa. Meadhanan Stòrais: Teicneòlas Innleadaireachd Àiteachais (gàrradaireachd taigh-glainne)

Bidh am factaraidh planntrais a’ cothlamadh gnìomhachas an latha an-diugh, bith-theicneòlas, hydroponics beathachaidh agus teicneòlas fiosrachaidh gus smachd àrd-chruinneas a chuir an gnìomh air factaran àrainneachdail san goireas. Tha e làn dùinte, tha riatanasan ìosal aige air an àrainneachd mun cuairt, tha e a’ giorrachadh ùine buain planntrais, a’ sàbhaladh uisge agus todhar, agus leis na buannachdan bho bhith a’ dèanamh cinneasachadh gun phuinnseanan-bhiastagan agus gun sgaoileadh sgudail, tha èifeachdas cleachdadh fearainn an aonaid 40 gu 108 uiread nas àirde na cinneasachadh achaidh fosgailte. Nam measg, tha an stòr solais fuadain tuigseach agus riaghladh an àrainneachd solais aige a’ cluich pàirt chinnteach na èifeachdas cinneasachaidh.

Mar fheart cudromach san àrainneachd fiosaigeach, tha solas a’ cluich pàirt chudromach ann a bhith a’ riaghladh fàs lusan agus metabolism stuthan. Tha “Is e aon de na prìomh fheartan aig factaraidh lusan an stòr solais fuadain iomlan agus tha riaghladh tuigseach air an àrainneachd solais” air a thighinn gu bhith na cho-aontachd choitcheann sa ghnìomhachas.

Feum lusan airson solas

’S e solas an aon stòr lùtha airson foto-co-chur planntrais. Tha buaidh mhòr aig dian solais, càileachd solais (speactram) agus atharrachaidhean cunbhalach ann an solas air fàs is leasachadh bhàrr, agus am measg sin tha dian solais aig a bheil a’ bhuaidh as motha air foto-co-chur planntrais.

■ Dian solais

Faodaidh dian an t-solais cruth-eòlas bàrr atharrachadh, leithid flùrachadh, fad an eadar-noda, tighead a’ ghas, agus meud is tighead nan duilleagan. Faodar riatanasan lusan airson dian solais a roinn ann an lusan a tha dèidheil air solas, lusan a tha meadhanach dèidheil air solas, agus lusan nach eil fulangach ri solas gu leòr. Tha glasraich sa mhòr-chuid nan lusan a tha dèidheil air solas, agus tha na puingean dìolaidh solais agus na puingean sàthaidh solais aca an ìre mhath àrd. Ann am factaraidhean planntrais solais fuadain, tha na riatanasan buntainneach a th’ aig bàrr airson dian solais na bhunait chudromach airson stòran solais fuadain a thaghadh. Tha tuigse air riatanasan solais diofar lusan cudromach airson stòran solais fuadain a dhealbhadh, agus tha e air leth riatanach coileanadh cinneasachaidh an t-siostaim a leasachadh.

■ Càileachd solais

Tha buaidh chudromach aig sgaoileadh càileachd an t-solais (speactarail) air foto-cho-chur agus morfogenesis lusan cuideachd (Figear 1). Tha solas na phàirt de rèididheachd, agus tha rèididheachd na tonn electromagnetic. Tha feartan tonn agus feartan cuantamach (mìrean) aig tonnan electromagnetic. Canar foton ri cuantam an t-solais ann an raon gàirnealaireachd. Canar rèididheachd gnìomhach gu fiseòlasach lusan ri rèididheachd le raon tonn-fhaid de 300 ~ 800nm; agus canar rèididheachd gnìomhach gu foto-cho-chur (PAR) lusan ri rèididheachd le raon tonn-fhaid de 400 ~ 700nm.

’S e clòrophyll agus carotenes an dà dhath as cudromaiche ann am foto-cho-chur lusan. Tha Figear 2 a’ sealltainn speactram gabhail speactram gach dath foto-cho-chur, anns a bheil speactram gabhail clòrophyll dùmhail anns na còmhlain dearga is gorma. Tha an siostam solais stèidhichte air feumalachdan speactram bàrr gus solas a neartachadh gu saorga, gus foto-cho-chur lusan adhartachadh.

■ ùine-solais
Canar foto-ùineachadh lusan ris a’ cheangal eadar foto-cho-chur agus fotomorfogenesis lusan agus fad an latha (no ùine foto-ùine). Tha an foto-ùineachadh ceangailte gu dlùth ris na h-uairean solais, a tha a’ toirt iomradh air an ùine a tha am bàrr air a rèididheachd le solas. Feumaidh diofar bhàrr àireamh shònraichte de dh’uairean solais gus an foto-ùine a chrìochnachadh gus flùrachadh agus toradh a thoirt. A rèir nan diofar foto-ùineachan, faodar a roinn ann am bàrr fad-latha, leithid càl, msaa., a dh’ fheumas barrachd air 12-14 uairean solais aig ìre sònraichte den fhàs aige; feumaidh bàrr geàrr-latha, leithid uinneanan, pònairean soighe, msaa., nas lugha na 12-14 uairean solais; faodaidh bàrr meadhanach-grèine, leithid cucumbers, tomatoan, piopairean, msaa., flùrachadh agus toradh a thoirt fo sholas na grèine nas fhaide no nas giorra.
Am measg nan trì eileamaidean den àrainneachd, tha dian solais na bhunait chudromach airson stòran solais fuadain a thaghadh. An-dràsta, tha iomadh dòigh ann air dian solais a chur an cèill, nam measg na trì a leanas sa mhòr-chuid.
(1) Tha soillseachadh a’ toirt iomradh air dùmhlachd uachdar an t-sruth solais (sruth solais gach aonad farsaingeachd) a gheibhear air a’ phlèana shoillsichte, ann an lux (lx).

(2) Rèididheachd gnìomhach foto-shintéiseach, PAR, Aonad: W/m².

(3) Is e dùmhlachd sruth foton èifeachdach a thaobh foto-cho-chur (PPFD no PPF) an àireamh de rèididheachd èifeachdach a thaobh foto-cho-chur a ruigeas no a thèid troimhe aonad ùine agus aonad farsaingeachd, aonad: μmol/(m²·s). Tha e a’ toirt iomradh sa mhòr-chuid air dian solais 400~700nm a tha dìreach co-cheangailte ri foto-cho-chur. ’S e cuideachd an comharra dian solais as cumanta a thathas a’ cleachdadh ann an raon cinneasachadh lusan.

Mion-sgrùdadh stòr solais air siostam solais leasachail àbhaisteach
’S e adhbhar solais fuadain neart an t-solais a mheudachadh san raon targaid no an ùine solais a leudachadh le bhith a’ stàladh siostam solais fuadain gus coinneachadh ri iarrtas solais lusan. San fharsaingeachd, tha uidheamachd solais fuadain, cuairtean agus an siostam smachd aige anns an t-siostam solais fuadain. Tha grunn sheòrsaichean cumanta leithid lampaichean gealbhruthach, lampaichean fluorescent, lampaichean halide meatailt, lampaichean sodium àrd-bhruthadh agus LEDs nam measg nan stòran solais fuadain. Air sgàth èifeachdas dealain is optigeach ìosal lampaichean gealbhruthach, èifeachdas lùtha foto-cho-chur ìosal agus easbhaidhean eile, chaidh a thoirt air falbh leis a’ mhargaidh, agus mar sin chan eil mion-sgrùdadh mionaideach ga dhèanamh san artaigil seo.

■ Lampa fluaraiseach
Buinidh lampaichean fluaraiseach don t-seòrsa lampaichean sgaoilidh gas ìosal-bhruthadh. Tha an tiùb glainne air a lìonadh le ceò mearcair no gas neo-ghnìomhach, agus tha balla a-staigh an tiùba còmhdaichte le pùdar fluaraiseach. Bidh dath an t-solais ag atharrachadh a rèir an stuth fluaraiseach a tha còmhdaichte anns an tiùb. Tha deagh choileanadh speactram aig lampaichean fluaraiseach, èifeachdas solais àrd, cumhachd ìosal, beatha nas fhaide (12000h) an taca ri lampaichean gealbhruthach, agus cosgais an ìre mhath ìosal. Leis gu bheil an lampa fluaraiseach fhèin a’ leigeil a-mach nas lugha de theas, faodaidh e a bhith faisg air na lusan airson solais agus tha e freagarrach airson àiteachadh trì-thaobhach. Ach, tha cruth speactram an lampa fluaraiseach mì-reusanta. Is e an dòigh as cumanta san t-saoghal meòrachadh a chur ris gus na pàirtean stòr solais as èifeachdaiche de na bàrr san raon àiteachaidh a mheudachadh. Tha companaidh adv-agri Iapanach cuideachd air seòrsa ùr de stòr solais a bharrachd HEFL a leasachadh. Gu dearbh, buinidh HEFL don roinn de lampaichean fluaraiseach. Is e an teirm choitcheann airson lampaichean fluaraiseach catod fuar (CCFL) agus lampaichean fluaraiseach electrode taobh a-muigh (EEFL), agus tha e na lampa fluaraiseach electrode measgaichte. Tha an tiùb HEFL gu math tana, le trast-thomhas de dìreach mu 4mm, agus faodar an fhaid atharrachadh bho 450mm gu 1200mm a rèir feumalachdan an àiteachais. 'S e dreach leasaichte a th' ann den lampa fhlùraiseach àbhaisteach.

■ Lampa halide meatailt
’S e lampa sgaoilidh àrd-dian a th’ anns an lampa halide meatailt as urrainn diofar eileamaidean a bhrosnachadh gus diofar thonnan-fada a thoirt gu buil le bhith a’ cur diofar halidean meatailt (bromaid staoin, iodide sodium, msaa.) ris an tiùb sgaoilidh stèidhichte air lampa mearcair àrd-bhruthadh. Tha èifeachdas solais àrd, cumhachd àrd, deagh dhath solais, beatha fhada, agus speactram mòr aig lampaichean halaigin. Ach, leis gu bheil an èifeachdas solais nas ìsle na lampaichean sodium àrd-bhruthadh, agus gu bheil am beatha nas giorra na lampaichean sodium àrd-bhruthadh, chan eil e air a chleachdadh an-dràsta ach ann am beagan fhactaraidhean planntrais.

■ Lampa sodium àrd-bhruthadh
Buinidh lampaichean sodium àrd-bhruthadh don t-seòrsa lampaichean sgaoilidh gas àrd-bhruthadh. Tha an lampa sodium àrd-bhruthadh na lampa àrd-èifeachdais anns a bheil ceò sodium àrd-bhruthadh air a lìonadh anns an tiùb sgaoilidh, agus tha beagan de xenon (Xe) agus halide meatailt mearcair air an cur ris. Leis gu bheil èifeachdas tionndaidh electro-optigeach àrd aig lampaichean sodium àrd-bhruthadh le cosgaisean saothrachaidh nas ìsle, is e lampaichean sodium àrd-bhruthadh an fheadhainn as fharsainge a thathas a’ cleachdadh an-dràsta ann an cleachdadh solais a bharrachd ann an goireasan àiteachais. Ach, air sgàth easbhaidhean èifeachdais foto-cho-chur ìosal anns an speactram aca, tha easbhaidhean èifeachdais lùtha ìosal aca. Air an làimh eile, tha na co-phàirtean speactram a tha air an sgaoileadh le lampaichean sodium àrd-bhruthadh sa mhòr-chuid dùmhail anns a’ chòmhlan solais buidhe-orains, aig nach eil na speactra dearga is gorma a tha riatanach airson fàs planntrais.

■ Diode a’ leigeil a-mach solais
Mar ghinealach ùr de stòran solais, tha mòran bhuannachdan aig diodes a tha a’ leigeil a-mach solas (LEDs) leithid èifeachdas tionndaidh electro-optaigeach nas àirde, speactram atharrachail, agus èifeachdas àrd foto-cho-chur. Faodaidh LED solas aon-dathach a leigeil a-mach a tha a dhìth airson fàs lusan. An coimeas ri lampaichean fluaraiseach àbhaisteach agus stòran solais eile, tha buannachdan aig LED leithid sàbhaladh lùtha, dìon na h-àrainneachd, beatha fhada, solas aon-dathach, stòr solais fuar agus mar sin air adhart. Le leasachadh a bharrachd air èifeachdas electro-optaigeach LEDs agus lùghdachadh chosgaisean air adhbhrachadh le buaidh sgèile, bidh siostaman solais fàis LED gu bhith mar an uidheamachd prìomh-shruthach airson solas a bharrachd ann an goireasan àiteachais. Mar thoradh air an sin, tha solais fàis LED air an cleachdadh ann an còrr air 99.9% de fhactaraidhean planntrais.

Tro choimeas, faodar feartan diofar thùsan solais a bharrachd a thuigsinn gu soilleir, mar a chithear ann an Clàr 1.

Inneal solais gluasadach
Tha dian an t-solais ceangailte gu dlùth ri fàs bhàrr. Bithear a’ cleachdadh àiteach trì-thaobhach gu tric ann am factaraidhean planntrais. Ach, air sgàth cuingealachadh structar nan racaichean àiteach, bheir an sgaoileadh neo-chothromach de sholas agus teòthachd eadar na racaichean buaidh air toradh a’ bhàrr agus cha bhith an ùine buain sioncronaichte. Tha companaidh ann am Beijing air inneal togail solais làimhe (inneal-solais HPS agus inneal-solais fàs LED) a leasachadh gu soirbheachail ann an 2010. Is e am prionnsapal an t-seafta dràibhidh agus an inneal-luaidhe a tha ceangailte ris a thionndadh le bhith a’ crathadh an làmh gus an ruidhle film bheag a thionndadh gus adhbhar an ròpa uèir a tharraing air ais agus a leigeil ma sgaoil a choileanadh. Tha ròpa uèir an t-solais fhàs ceangailte ri cuibhle lùbach an àrdaichear tro iomadh seata de chuibhlichean tionndaidh, gus buaidh atharrachadh àirde an t-solais fhàs a choileanadh. Ann an 2017, dhealbhaich agus leasaich a’ chompanaidh a chaidh ainmeachadh gu h-àrd inneal togail solais gluasadach ùr, as urrainn àirde an t-solais atharrachadh gu fèin-ghluasadach ann an àm fìor a rèir feumalachdan fàs bàrr. Tha an inneal atharrachaidh a-nis air a chuir a-steach air an raca àiteach trì-thaobhach seòrsa togail stòr solais 3-sreath. ’S e an ìre as àirde den inneal an ìre leis an t-suidheachadh solais as fheàrr, agus mar sin tha lampaichean sodium àrd-bhruthadh ann; tha solais fàis LED agus siostam atharrachaidh togail anns an ìre mheadhanach agus anns an ìre as ìsle. ​​Faodaidh e àirde an t-solais fàis atharrachadh gu fèin-ghluasadach gus àrainneachd solais iomchaidh a thoirt seachad airson nam bàrr.

An coimeas ris an inneal solais gluasadach a tha freagarrach airson àiteach trì-thaobhach, tha an Òlaind air inneal solais fàs LED gluasadach a leasachadh a tha so-ghluasadach gu còmhnard. Gus buaidh sgàil an t-solais fhàs air fàs lusan sa ghrèin a sheachnadh, faodar an siostam solais fhàs a phutadh gu gach taobh den bhreic tron ​​t-sleamhnag teileasgopach san t-slighe chòmhnard, gus am bi a’ ghrian air a lasadh gu h-iomlan air na lusan; air làithean sgòthach is fliuch às aonais solas na grèine, brùth an siostam solais fhàs gu meadhan a’ bhreic gus am bi solas an t-siostaim solais fhàs a’ lìonadh nan lusan gu cothromach; gluais an siostam solais fhàs gu còmhnard tron ​​t-sleamhnag air a’ bhreic, seachain dì-chruinneachadh is toirt air falbh tric an t-siostam solais fhàs, agus lughdaich dian saothair luchd-obrach, agus mar sin a’ leasachadh èifeachdas obrach gu h-èifeachdach.

Beachdan dealbhaidh airson siostam solais fàis àbhaisteach
Chan eil e doirbh fhaicinn bho dhealbhadh an inneil solais gluasadach a bharrachd gu bheil dealbhadh siostam solais a bharrachd factaraidh a’ phlannt mar as trice a’ gabhail dian solais, càileachd solais agus paramadairean ùine-solais diofar amannan fàis bàrr mar phrìomh shusbaint an dealbhaidh, an urra ris an t-siostam smachd tuigseach gus a bhuileachadh, a’ coileanadh an amas mu dheireadh de shàbhaladh lùtha agus toradh àrd.

An-dràsta, tha dealbhadh is togail solais a bharrachd airson glasraich duilleach air a bhith mean air mhean aibidh. Mar eisimpleir, faodar glasraich duilleach a roinn ann an ceithir ìrean: ìre sìol-chraobhan, meadhan-fhàs, fàs fadalach, agus ìre deireannach; faodar glasraich-mheasan a roinn ann an ìre sìol-chraobhan, ìre fàis fàsmhorachd, ìre flùraidh, agus ìre buain. Bho bhuadhan dian solais a bharrachd, bu chòir dian an t-solais aig ìre an t-sìl-chraobhan a bhith beagan nas ìsle, aig 60 ~ 200 μmol / (m²·s), agus an uairsin àrdachadh mean air mhean. Faodaidh glasraich duilleach ruighinn suas ri 100 ~ 200 μmol / (m²·s), agus faodaidh glasraich mheasan ruighinn 300 ~ 500 μmol / (m²·s) gus dèanamh cinnteach à riatanasan dian solais foto-co-chur planntrais anns gach ùine fàis agus gus coinneachadh ri feumalachdan toradh àrd; A thaobh càileachd solais, tha an co-mheas de dhearg gu gorm glè chudromach. Gus càileachd nan sìol-chraobhan a mheudachadh agus casg a chur air cus fàs aig ìre an t-sìl-chraobhan, mar as trice bidh an co-mheas dearg ri gorm air a shuidheachadh aig ìre ìosal [(1~2):1], agus an uairsin air a lughdachadh mean air mhean gus coinneachadh ri feumalachdan morf-eòlas solais planntrais. Faodar an co-mheas dearg ri gorm ri glasraich duilleach a shuidheachadh gu (3~6):1. Airson an ùine-solais, coltach ri dian an t-solais, bu chòir dha gluasad a nochdadh a bhith ag àrdachadh le leudachadh na h-ùine fàis, gus am bi barrachd ùine aig glasraich duilleach airson foto-cho-chur. Bidh dealbhadh stuthan cur-ris solais mheasan is ghlasraich nas iom-fhillte. A bharrachd air na laghan bunaiteach a chaidh ainmeachadh gu h-àrd, bu chòir dhuinn fòcas a chuir air suidheachadh na h-ùine-solais rè na h-ùine flùraidh, agus feumar flùrachadh is toradh ghlasraich adhartachadh, gus nach dèan e cron air ais.

Is fhiach a ràdh gum bu chòir don fhoirmle solais an làimhseachadh deireannach a ghabhail a-steach airson suidheachaidhean àrainneachd solais. Mar eisimpleir, faodaidh cur-ris solais leantainneach toradh agus càileachd sìol-chraobhan glasraich duilleach hydroponic a leasachadh gu mòr, no làimhseachadh UV a chleachdadh gus càileachd beathachaidh sprouts agus glasraich duilleach (gu sònraichte duilleagan purpaidh agus leitis duilleach dearg) a leasachadh gu mòr.

A bharrachd air a bhith a’ dèanamh an fheum as fheàrr de sholas a bharrachd airson bàrr taghte, tha siostam smachd stòr solais cuid de fhactaraidhean planntrais solais fuadain air leasachadh gu luath anns na bliadhnachan mu dheireadh. Tha an siostam smachd seo stèidhichte sa chumantas air structar B/S. Tha smachd iomallach agus smachd fèin-ghluasadach air factaran àrainneachdail leithid teòthachd, taiseachd, solas, agus dùmhlachd CO2 rè fàs bàrr air an coileanadh tro WIFI, agus aig an aon àm, tha dòigh cinneasachaidh nach eil air a chuingealachadh le suidheachaidhean taobh a-muigh air a choileanadh. Bidh an seòrsa siostam solais leasachail tuigseach seo a’ cleachdadh inneal solais fàis LED mar stòr solais leasachail, còmhla ri siostam smachd tuigseach iomallach, faodaidh e coinneachadh ri feumalachdan soillseachadh tonn-fhaid planntrais, tha e gu sònraichte freagarrach airson àrainneachd àiteachaidh planntrais fo smachd solais, agus faodaidh e coinneachadh gu math ri iarrtas a’ mhargaidh.

Beachdan deireannach
Thathas den bheachd gur e factaraidhean planntrais dòigh chudromach air fuasgladh fhaighinn air duilgheadasan ghoireasan, sluaigh agus àrainneachd an t-saoghail san 21mh linn, agus dòigh chudromach air fèin-sheasmhachd bìdh a choileanadh ann am pròiseactan àrd-theicneòlais san àm ri teachd. Mar sheòrsa ùr de dhòigh cinneasachaidh àiteachais, tha factaraidhean planntrais fhathast aig ìre ionnsachaidh is fàis, agus tha feum air barrachd aire agus rannsachaidh. Tha an artaigil seo a’ toirt cunntas air feartan agus buannachdan dhòighean solais cumanta a bharrachd ann am factaraidhean planntrais, agus a’ toirt a-steach beachdan dealbhaidh siostaman solais àbhaisteach bàrr. Chan eil e doirbh a lorg tro choimeas, gus dèiligeadh ris an t-solas ìosal air adhbhrachadh le droch shìde leithid sgòthach leantainneach agus ceò agus gus dèanamh cinnteach à cinneasachadh àrd is seasmhach de bhàrr goireasan, tha uidheamachd stòr solais LED Grow as motha a rèir gluasadan leasachaidh gnàthach.

Bu chòir stiùireadh leasachaidh san àm ri teachd airson factaraidhean planntrais a bhith ag amas air mothachairean ùra àrd-chruinneas, cosg-ìseal, siostaman innealan solais speactram a ghabhas smachdachadh air astar agus atharrachail, agus siostaman smachd eòlach. Aig an aon àm, cumaidh factaraidhean planntrais san àm ri teachd orra a’ leasachadh a dh’ionnsaigh cosgais ìseal, tuigseach agus fèin-atharrachail. Tha cleachdadh agus fàs stòran solais fàis LED a’ toirt gealladh airson smachd àrainneachdail àrd-chruinneas air factaraidhean planntrais. Tha riaghladh àrainneachd solais LED na phròiseas iom-fhillte anns a bheil riaghladh coileanta air càileachd solais, dian solais agus ùine-solais. Feumaidh eòlaichean agus sgoilearan buntainneach rannsachadh domhainn a dhèanamh, a’ brosnachadh solais a bharrachd LED ann am factaraidhean planntrais solais fuadain.