Penulis: Jing Zhao，Zengchan Zhou，Yunlong Bu,dll.Sumber Media：Teknologi Rekayasa Pertanian (hortikultura rumah kaca)

Pabrik pabrik menggabungkan industri modern, bioteknologi, hidroponik nutrisi, dan teknologi informasi untuk menerapkan kontrol presisi tinggi terhadap faktor lingkungan di fasilitas tersebut.Itu sepenuhnya tertutup, memiliki persyaratan rendah pada lingkungan sekitar, mempersingkat masa panen tanaman, menghemat air dan pupuk, dan dengan keunggulan produksi non-pestisida dan tidak ada pembuangan limbah, efisiensi penggunaan lahan unit adalah 40 hingga 108 kali lipat dari itu. produksi lapangan terbuka.Diantaranya, sumber cahaya buatan yang cerdas dan pengaturan lingkungan cahayanya memainkan peran yang menentukan dalam efisiensi produksinya.

Sebagai faktor lingkungan fisik yang penting, cahaya memainkan peran kunci dalam mengatur pertumbuhan tanaman dan metabolisme bahan."Salah satu fitur utama dari pabrik pabrik adalah sumber cahaya buatan penuh dan realisasi regulasi cerdas dari lingkungan cahaya" telah menjadi konsensus umum di industri.

Kebutuhan tanaman akan cahaya

Cahaya adalah satu-satunya sumber energi fotosintesis tumbuhan.Intensitas cahaya, kualitas cahaya (spektrum) dan perubahan cahaya secara periodik memiliki pengaruh besar pada pertumbuhan dan perkembangan tanaman, di antaranya intensitas cahaya memiliki dampak terbesar pada fotosintesis tanaman.

■ Intensitas cahaya

Intensitas cahaya dapat mengubah morfologi tanaman, seperti pembungaan, panjang ruas, tebal batang, serta ukuran dan tebal daun.Persyaratan tanaman untuk intensitas cahaya dapat dibagi menjadi tanaman yang menyukai cahaya, tanaman yang menyukai cahaya sedang, dan tanaman yang tahan cahaya rendah.Sayuran sebagian besar adalah tanaman yang menyukai cahaya, dan titik kompensasi cahaya serta titik saturasi cahayanya relatif tinggi.Di pabrik tanaman cahaya buatan, persyaratan tanaman yang relevan untuk intensitas cahaya merupakan dasar penting untuk memilih sumber cahaya buatan.Memahami persyaratan cahaya dari berbagai pabrik penting untuk merancang sumber cahaya buatan, Hal ini sangat diperlukan untuk meningkatkan kinerja produksi sistem.

■ Kualitas ringan

Distribusi kualitas cahaya (spektral) juga memiliki pengaruh penting pada fotosintesis tanaman dan morfogenesis (Gambar 1).Cahaya adalah bagian dari radiasi, dan radiasi adalah gelombang elektromagnetik.Gelombang elektromagnetik memiliki sifat gelombang dan sifat kuantum (partikel).Kuantum cahaya disebut foton di bidang hortikultura.Radiasi dengan rentang panjang gelombang 300~800nm ​​disebut radiasi tanaman yang aktif secara fisiologis;dan radiasi dengan kisaran panjang gelombang 400~700nm disebut radiasi aktif fotosintesis (PAR) tumbuhan.

Klorofil dan karoten adalah dua pigmen terpenting dalam fotosintesis tanaman.Gambar 2 menunjukkan spektrum serapan spektral dari masing-masing pigmen fotosintetik, dimana spektrum serapan klorofil terkonsentrasi pada pita merah dan biru.Sistem pencahayaan didasarkan pada kebutuhan spektral tanaman untuk menambah cahaya secara artifisial, sehingga dapat mempromosikan fotosintesis tanaman.

■ fotoperiode
Hubungan antara fotosintesis dan fotomorfogenesis tanaman dan panjang hari (atau waktu penyinaran) disebut fotoperioditas tanaman.Fotoperioditas terkait erat dengan jam cahaya, yang mengacu pada waktu tanaman disinari oleh cahaya.Tanaman yang berbeda membutuhkan sejumlah jam cahaya untuk menyelesaikan penyinaran untuk berbunga dan berbuah.Menurut penyinaran yang berbeda, dapat dibagi menjadi tanaman hari panjang, seperti kubis, dll., yang membutuhkan lebih dari 12-14 jam cahaya pada tahap tertentu pertumbuhannya;tanaman hari pendek, seperti bawang merah, kedelai, dll., membutuhkan kurang dari 12-14 jam jam penerangan;tanaman dengan sinar matahari sedang, seperti mentimun, tomat, paprika, dll., dapat mekar dan berbuah di bawah sinar matahari yang lebih panjang atau lebih pendek.
Di antara ketiga elemen lingkungan, intensitas cahaya merupakan dasar penting untuk memilih sumber cahaya buatan.Saat ini, ada banyak cara untuk menyatakan intensitas cahaya, terutama tiga cara berikut.
（1）Iluminasi mengacu pada kepadatan permukaan fluks bercahaya (fluks bercahaya per satuan luas) yang diterima pada bidang yang diterangi, dalam lux (lx).

（2）Radiasi aktif fotosintesis, PAR，Unit：W/m²。

（3） PPFD atau PPF densitas fluks foton yang efektif secara fotosintesis adalah jumlah radiasi efektif fotosintesis yang mencapai atau melewati satuan waktu dan satuan luas, satuan：μmol/(m²·s)。Terutama mengacu pada intensitas cahaya 400~700nm berhubungan langsung dengan fotosintesis.Ini juga merupakan indikator intensitas cahaya yang paling umum digunakan di bidang produksi tanaman.

Analisis sumber cahaya dari sistem lampu tambahan tipikal
Suplemen cahaya buatan adalah untuk meningkatkan intensitas cahaya di area target atau memperpanjang waktu pencahayaan dengan memasang sistem lampu tambahan untuk memenuhi kebutuhan cahaya tanaman.Secara umum, sistem lampu tambahan mencakup peralatan lampu tambahan, sirkuit, dan sistem kontrolnya.Sumber cahaya tambahan terutama mencakup beberapa jenis umum seperti lampu pijar, lampu fluoresen, lampu halida logam, lampu natrium bertekanan tinggi, dan LED.Karena efisiensi listrik dan optik lampu pijar yang rendah, efisiensi energi fotosintesis yang rendah, dan kekurangan lainnya, telah dihilangkan oleh pasar, jadi artikel ini tidak membuat analisis terperinci.

■ Lampu neon
Lampu neon termasuk jenis lampu pelepasan gas bertekanan rendah.Tabung gelas diisi dengan uap merkuri atau gas lembam, dan dinding bagian dalam tabung dilapisi dengan bubuk fluoresen.Warna cahaya bervariasi dengan bahan fluoresen yang dilapisi tabung.Lampu neon memiliki kinerja spektral yang baik, efisiensi pencahayaan tinggi, daya rendah, masa pakai lebih lama (12000 jam) dibandingkan dengan lampu pijar, dan biaya yang relatif rendah.Karena lampu fluoresen itu sendiri memancarkan lebih sedikit panas, maka dapat dekat dengan tanaman untuk penerangan dan cocok untuk budidaya tiga dimensi.Namun, tata letak spektral lampu neon tidak masuk akal.Metode yang paling umum di dunia adalah menambahkan reflektor untuk memaksimalkan komponen sumber cahaya yang efektif dari tanaman di area budidaya.Perusahaan adv-agri Jepang juga telah mengembangkan jenis baru HEFL sumber cahaya tambahan.HEFL sebenarnya termasuk dalam kategori lampu neon.Ini adalah istilah umum untuk lampu neon katoda dingin (CCFL) dan lampu neon elektroda eksternal (EEFL), dan merupakan lampu neon elektroda campuran.Tabung HEFL sangat tipis, dengan diameter hanya sekitar 4mm, dan panjangnya dapat disesuaikan dari 450mm hingga 1200mm sesuai kebutuhan budidaya.Ini adalah versi perbaikan dari lampu neon konvensional.

■ Lampu halida logam
Lampu halida logam adalah lampu pelepasan intensitas tinggi yang dapat membangkitkan elemen yang berbeda untuk menghasilkan panjang gelombang yang berbeda dengan menambahkan berbagai halida logam (timah bromida, natrium iodida, dll.) ke dalam tabung pelepasan berdasarkan lampu merkuri bertekanan tinggi.Lampu halogen memiliki efisiensi bercahaya tinggi, daya tinggi, warna cahaya bagus, umur panjang, dan spektrum besar.Namun, karena efisiensi bercahaya lebih rendah daripada lampu natrium bertekanan tinggi, dan masa pakainya lebih pendek daripada lampu natrium bertekanan tinggi, saat ini hanya digunakan di beberapa pabrik pabrik.

■ Lampu natrium tekanan tinggi
Lampu natrium bertekanan tinggi termasuk dalam jenis lampu pelepasan gas bertekanan tinggi.Lampu natrium bertekanan tinggi adalah lampu efisiensi tinggi di mana uap natrium bertekanan tinggi diisi ke dalam tabung pelepasan, dan ditambahkan sejumlah kecil xenon (Xe) dan logam merkuri halida.Karena lampu natrium bertekanan tinggi memiliki efisiensi konversi elektro-optik yang tinggi dengan biaya produksi yang lebih rendah, lampu natrium bertekanan tinggi saat ini paling banyak digunakan dalam aplikasi lampu tambahan di fasilitas pertanian.Namun, karena kekurangan efisiensi fotosintesis yang rendah dalam spektrumnya, mereka memiliki kekurangan efisiensi energi yang rendah.Di sisi lain, komponen spektral yang dipancarkan oleh lampu natrium bertekanan tinggi terutama terkonsentrasi pada pita cahaya kuning-oranye, yang tidak memiliki spektrum merah dan biru yang diperlukan untuk pertumbuhan tanaman.

■ Dioda pemancar cahaya
Sebagai sumber cahaya generasi baru, dioda pemancar cahaya (LED) memiliki banyak keunggulan seperti efisiensi konversi elektro-optik yang lebih tinggi, spektrum yang dapat disesuaikan, dan efisiensi fotosintesis yang tinggi.LED dapat memancarkan cahaya monokromatik yang dibutuhkan untuk pertumbuhan tanaman.Dibandingkan dengan lampu neon biasa dan sumber cahaya tambahan lainnya, LED memiliki keunggulan hemat energi, perlindungan lingkungan, umur panjang, cahaya monokromatik, sumber cahaya dingin dan sebagainya.Dengan peningkatan lebih lanjut dari efisiensi elektro-optik LED dan pengurangan biaya yang disebabkan oleh efek skala, sistem pencahayaan tumbuh LED akan menjadi peralatan utama untuk melengkapi cahaya di fasilitas pertanian.Hasilnya, lampu pertumbuhan LED telah diterapkan di lebih dari 99,9% pabrik tanaman.

Melalui perbandingan, karakteristik sumber cahaya tambahan yang berbeda dapat dipahami dengan jelas, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.

Perangkat pencahayaan seluler
Intensitas cahaya berhubungan erat dengan pertumbuhan tanaman.Budidaya tiga dimensi sering digunakan di pabrik tanaman.Namun karena keterbatasan struktur rak budidaya, distribusi cahaya dan suhu yang tidak merata antar rak akan mempengaruhi hasil panen dan masa panen tidak akan sinkron.Sebuah perusahaan di Beijing telah berhasil mengembangkan perangkat suplemen cahaya pengangkat manual (perlengkapan pencahayaan HPS dan perlengkapan pencahayaan tumbuh LED) pada tahun 2010. Prinsipnya adalah memutar poros penggerak dan penggulung yang dipasang di atasnya dengan menggoyangkan pegangan untuk memutar gulungan film kecil untuk mencapai tujuan menarik dan melepas tali kawat.Tali kawat lampu tumbuh dihubungkan dengan roda linting lift melalui beberapa set roda pembalik, untuk mencapai efek menyesuaikan ketinggian lampu tumbuh.Pada tahun 2017, perusahaan yang disebutkan di atas merancang dan mengembangkan perangkat suplemen cahaya seluler baru, yang secara otomatis dapat menyesuaikan tinggi suplemen cahaya secara real time sesuai dengan kebutuhan pertumbuhan tanaman.Perangkat penyesuaian sekarang dipasang pada rak budidaya tiga dimensi tipe pengangkat sumber cahaya 3 lapis.Lapisan atas perangkat adalah level dengan kondisi cahaya terbaik, sehingga dilengkapi dengan lampu sodium bertekanan tinggi;lapisan tengah dan lapisan bawah dilengkapi dengan lampu tumbuh LED dan sistem penyesuaian pengangkatan.Itu dapat secara otomatis menyesuaikan ketinggian cahaya tumbuh untuk menyediakan lingkungan pencahayaan yang cocok untuk tanaman.

Dibandingkan dengan perangkat suplemen cahaya seluler yang disesuaikan untuk budidaya tiga dimensi, Belanda telah mengembangkan perangkat lampu suplemen cahaya tumbuh LED yang dapat dipindahkan secara horizontal.Untuk menghindari pengaruh bayangan grow light terhadap pertumbuhan tanaman di bawah sinar matahari, sistem grow light dapat didorong ke kedua sisi braket melalui slide teleskopik dengan arah horizontal, sehingga matahari sepenuhnya disinari pada tanaman;pada hari mendung dan hujan tanpa sinar matahari, Dorong sistem lampu tumbuh ke tengah braket agar cahaya sistem lampu tumbuh mengisi tanaman secara merata;pindahkan sistem lampu tumbuh secara horizontal melalui slide pada braket, hindari pembongkaran dan pelepasan sistem lampu tumbuh yang sering, dan kurangi intensitas tenaga kerja karyawan, sehingga secara efektif meningkatkan efisiensi kerja.

Ide desain dari sistem grow light yang khas
Tidak sulit untuk melihat dari desain perangkat pelengkap pencahayaan bergerak bahwa desain sistem pencahayaan pelengkap pabrik pabrik biasanya mengambil parameter intensitas cahaya, kualitas cahaya dan fotoperiode dari periode pertumbuhan tanaman yang berbeda sebagai konten inti dari desain. , mengandalkan sistem kontrol cerdas untuk diterapkan, mencapai tujuan akhir penghematan energi dan hasil tinggi.

Saat ini, desain dan konstruksi lampu tambahan untuk sayuran berdaun telah matang secara bertahap.Misalnya, sayuran berdaun dapat dibagi menjadi empat tahap: tahap pembibitan, pertumbuhan pertengahan, pertumbuhan akhir, dan tahap akhir;buah-sayuran dapat dibagi menjadi tahap pembibitan, tahap pertumbuhan vegetatif, tahap pembungaan, dan tahap panen.Dari atribut intensitas cahaya tambahan, intensitas cahaya pada tahap pembibitan harus sedikit lebih rendah, pada 60~200 μmol/(m²·s), dan kemudian meningkat secara bertahap.Sayuran berdaun dapat mencapai hingga 100~200 μmol/(m²·s), dan sayuran buah dapat mencapai 300~500 μmol/(m²·s) untuk memastikan kebutuhan intensitas cahaya fotosintesis tanaman di setiap periode pertumbuhan dan memenuhi kebutuhan hasil tinggi;Dalam hal kualitas cahaya, rasio merah ke biru sangat penting.Untuk meningkatkan kualitas bibit dan mencegah pertumbuhan berlebih pada tahap pembibitan, rasio merah ke biru umumnya ditetapkan pada tingkat rendah [(1~2):1], kemudian dikurangi secara bertahap untuk memenuhi kebutuhan tanaman. morfologi ringan.Rasio sayuran berdaun merah ke biru dapat diatur ke (3~6):1.Untuk penyinaran, mirip dengan intensitas cahaya, harus menunjukkan kecenderungan meningkat dengan perpanjangan periode pertumbuhan, sehingga sayuran berdaun memiliki waktu fotosintesis lebih banyak untuk fotosintesis.Desain suplemen buah dan sayur yang ringan akan lebih rumit.Selain hukum dasar yang disebutkan di atas, kita harus fokus pada pengaturan penyinaran selama periode pembungaan, dan pembungaan dan pembuahan sayuran harus dipromosikan, agar tidak menjadi bumerang.

Perlu disebutkan bahwa formula cahaya harus mencakup perawatan akhir untuk pengaturan lingkungan cahaya.Misalnya, suplementasi cahaya terus menerus dapat sangat meningkatkan hasil dan kualitas bibit sayuran berdaun hidroponik, atau menggunakan perawatan UV untuk secara signifikan meningkatkan kualitas gizi kecambah dan sayuran berdaun (terutama daun ungu dan daun selada merah).

Selain mengoptimalkan suplementasi cahaya untuk tanaman tertentu, sistem kontrol sumber cahaya dari beberapa pabrik tanaman cahaya buatan juga telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir.Sistem kontrol ini umumnya didasarkan pada struktur B/S.Remote control dan kontrol otomatis dari faktor lingkungan seperti suhu, kelembaban, cahaya, dan konsentrasi CO2 selama pertumbuhan tanaman direalisasikan melalui WIFI, dan pada saat yang sama, metode produksi yang tidak dibatasi oleh kondisi eksternal direalisasikan.Sistem lampu tambahan cerdas semacam ini menggunakan perlengkapan lampu tumbuh LED sebagai sumber cahaya tambahan, dikombinasikan dengan sistem kontrol cerdas jarak jauh, dapat memenuhi kebutuhan penerangan panjang gelombang tanaman, sangat cocok untuk lingkungan budidaya tanaman yang dikendalikan cahaya, dan dapat memenuhi permintaan pasar dengan baik. .

Kata penutup
Pabrik tanaman dianggap sebagai cara penting untuk memecahkan masalah sumber daya dunia, populasi dan lingkungan di abad ke-21, dan cara penting untuk mencapai swasembada pangan dalam proyek teknologi tinggi di masa depan.Sebagai jenis baru dari metode produksi pertanian, pabrik tanaman masih dalam tahap pembelajaran dan pertumbuhan, dan diperlukan lebih banyak perhatian dan penelitian.Artikel ini menjelaskan karakteristik dan keunggulan metode pencahayaan tambahan yang umum di pabrik tanaman, dan memperkenalkan ide desain sistem pencahayaan tambahan tanaman yang khas.Tidak sulit untuk menemukan melalui perbandingan, untuk mengatasi cahaya redup yang disebabkan oleh cuaca buruk seperti mendung dan kabut terus menerus dan untuk memastikan produksi tanaman fasilitas yang tinggi dan stabil, peralatan sumber cahaya LED Grow paling sesuai dengan perkembangan saat ini tren.

Arah pengembangan pabrik pabrik di masa mendatang harus berfokus pada sensor baru dengan presisi tinggi, berbiaya rendah, sistem perangkat pencahayaan spektrum yang dapat dikontrol dari jarak jauh, dan sistem kontrol pakar.Pada saat yang sama, pabrik-pabrik pabrik masa depan akan terus berkembang ke arah berbiaya rendah, cerdas, dan mampu menyesuaikan diri.Penggunaan dan mempopulerkan sumber cahaya tumbuh LED memberikan jaminan untuk kontrol lingkungan presisi tinggi dari pabrik pabrik.Pengaturan lingkungan lampu LED adalah proses kompleks yang melibatkan pengaturan kualitas cahaya, intensitas cahaya, dan penyinaran yang komprehensif.Pakar dan cendekiawan terkait perlu melakukan penelitian mendalam, mempromosikan pencahayaan tambahan LED di pabrik pabrik lampu buatan.