Údar: Jing Zhao, Zengchan Zhou, Yunlong Bu, srl. Foinse na Meán: Teicneolaíocht Innealtóireachta Talmhaíochta (gairneoireacht cheaptha teasa)

Comhcheanglaíonn an mhonarcha plandaí tionscal nua-aimseartha, biteicneolaíocht, hidreapónaic chothaitheach agus teicneolaíocht faisnéise chun rialú ardchruinnis ar fhachtóirí comhshaoil ​​a chur i bhfeidhm san áis. Tá sé lánfhálaithe, tá ceanglais ísle aige ar an timpeallacht máguaird, giorraíonn sé tréimhse fómhair na bplandaí, sábhálann sé uisce agus leasachán, agus leis na buntáistí a bhaineann le táirgeadh gan lotnaidicídí agus gan aon urscaoileadh dramhaíola, tá éifeachtúlacht úsáide talún an aonaid 40 go 108 uair níos airde ná éifeachtúlacht táirgthe réimse oscailte. Ina measc, tá ról cinntitheach ag an bhfoinse solais shaorga chliste agus a rialáil timpeallachta solais ina héifeachtúlacht táirgthe.

Mar fhachtóir comhshaoil ​​fisiceach tábhachtach, tá ról lárnach ag solas i rialáil fhás plandaí agus meitibileacht ábhair. Tá comhthuiscint ghinearálta sa tionscal anois ann go bhfuil “ceann de phríomhghnéithe mhonarcha plandaí an fhoinse solais shaorga iomlán agus go bhfuil rialáil chliste ar an timpeallacht solais i bhfeidhm”.

Riachtanas na bplandaí le haghaidh solais

Is é solas an t-aon fhoinse fuinnimh le haghaidh fótaisintéise plandaí. Bíonn tionchar mór ag déine solais, cáilíocht solais (speictream) agus athruithe tréimhsiúla solais ar fhás agus ar fhorbairt barra, agus ina measc sin bíonn an tionchar is mó ag déine solais ar fhótaisintéis plandaí.

■ Déine solais

Is féidir le déine an tsolais moirfeolaíocht barra a athrú, amhail bláthanna, fad na n-internóidí, tiús an ghais, agus méid agus tiús na nduilleog. Is féidir riachtanais plandaí maidir le déine solais a roinnt ina bplandaí a bhfuil grá acu don solas, plandaí a bhfuil grá meánach acu don solas, agus plandaí nach bhfuil mórán solais acu. Is plandaí iad glasraí den chuid is mó a bhfuil grá acu don solas, agus tá a bpointí cúitimh solais agus a bpointí sáithiúcháin solais sách ard. I monarchana plandaí solais shaorga, is bunús tábhachtach iad riachtanais ábhartha na mbarr maidir le déine solais chun foinsí solais shaorga a roghnú. Tá sé tábhachtach tuiscint a fháil ar riachtanais solais plandaí éagsúla chun foinsí solais shaorga a dhearadh, agus tá sé thar a bheith riachtanach feidhmíocht táirgthe an chórais a fheabhsú.

■ Cáilíocht solais

Tá tionchar tábhachtach ag dáileadh cháilíocht an tsolais (speictreach) ar fhótaisintéis agus ar mhórfóiginéis plandaí freisin (Fíor 1). Is cuid den radaíocht é solas, agus is tonn leictreamaighnéadach í an radaíocht. Tá tréithe tonnta agus tréithe candamacha (cáithníní) ag tonnta leictreamaighnéadacha. Tugtar fótón ar chandam an tsolais sa réimse gairneoireachta. Tugtar radaíocht fhiseolaíoch ghníomhach plandaí ar radaíocht le raon tonnfhaid 300~800nm; agus tugtar radaíocht fhótaisintéiseach ghníomhach (PAR) plandaí ar radaíocht le raon tonnfhaid 400~700nm.

Is iad clóraifill agus carotéiní an dá líocha is tábhachtaí i bhfótaisintéis plandaí. Taispeánann Fíor 2 speictream ionsúcháin speictreach gach líocha fótaisintéiseacha, ina bhfuil speictream ionsúcháin an chlóraifill comhchruinnithe sna bandaí dearga agus gorma. Tá an córas soilsithe bunaithe ar riachtanais speictreacha barra chun solas a fhorlíonadh go saorga, chun fótaisintéis plandaí a chur chun cinn.

■ fótachréimhse
Tugtar fótothréimhseachas plandaí ar an ngaol idir fótaisintéis agus fótamorfóigineas plandaí agus fad an lae (nó am fótothréimhse). Tá dlúthbhaint ag an bhfótaothréimhse leis na huaireanta solais, rud a thagraíonn don am a bhíonn an barr ionradaithe ag solas. Éilíonn barra éagsúla líon áirithe uaireanta solais chun an fótothréimhse a chríochnú le bláthú agus toradh a thabhairt. De réir na bhfótaothréimhsí éagsúla, is féidir é a roinnt ina bharra lae fada, amhail cabáiste, etc., a bhfuil níos mó ná 12-14 uair an chloig solais ag teastáil uathu ag céim áirithe dá bhfás; teastaíonn níos lú ná 12-14 uair an chloig soilsithe uathu do bharra gearrlae, amhail oinniúin, pónairí soighe, etc.; is féidir le barra meánghrianacha, amhail cúcamair, trátaí, piobair, etc., bláthú agus toradh a thabhairt faoi sholas na gréine níos faide nó níos giorra.
I measc na dtrí ghné den chomhshaol, is bunús tábhachtach é déine solais chun foinsí solais shaorga a roghnú. Faoi láthair, tá go leor bealaí ann chun déine solais a chur in iúl, agus na trí cinn seo a leanas san áireamh go príomha.
(1) Tagraíonn soilsiú do dhlús dromchla an tsolais lonrúil (an tsolais lonrúil in aghaidh an aonaid achair) a fhaightear ar an bplána soilsithe, i lux (lx).

(2) Radaíocht fhótaisintéiseach ghníomhach, PAR, Aonad: W/m².

(3) Is éard atá i dlús flosc fótóin atá éifeachtach ó thaobh fótaisintéise de (PPFD nó PPF) ná líon na radaíochta atá éifeachtach ó thaobh fótaisintéise de a shroicheann nó a théann tríd an aonad ama agus an t-aonad achar, aonad: μmol/(m²·s). Tagraíonn sé go príomha do dhéine solais 400~700nm a bhaineann go díreach le fótaisintéis. Is é an táscaire déine solais is coitianta a úsáidtear i réimse na táirgeachta plandaí freisin.

Anailís foinse solais ar chóras solais fhorlíontach tipiciúil
Is éard atá i gceist le forlíonadh solais shaorga ná déine an tsolais sa limistéar sprice a mhéadú nó an t-am solais a shíneadh trí chóras solais fhorlíontach a shuiteáil chun freastal ar éileamh solais plandaí. Go ginearálta, áirítear leis an gcóras solais fhorlíontach trealamh solais fhorlíontach, ciorcaid agus a chóras rialaithe. Áirítear leis na foinsí solais fhorlíontacha roinnt cineálacha coitianta den chuid is mó amhail lampaí gealbhruthacha, lampaí fluaraiseacha, lampaí halide miotail, lampaí sóidiam ardbhrú agus LEDanna. Mar gheall ar éifeachtúlacht íseal leictreach agus optúil lampaí gealbhruthacha, éifeachtúlacht íseal fuinnimh fótaisintéiseach agus easnaimh eile, tá siad curtha as an margadh, mar sin ní dhéantar anailís mhionsonraithe san alt seo.

■ Lampa fluaraiseach
Baineann lampaí fluaraiseacha leis an gcineál lampaí urscaoilte gáis ísealbhrú. Líontar an feadán gloine le gal mearcair nó gás támh, agus tá balla istigh an fheadáin brataithe le púdar fluaraiseach. Athraíonn dath an tsolais leis an ábhar fluaraiseach atá brataithe sa fheadán. Tá feidhmíocht speictreach mhaith, éifeachtúlacht lonrúil ard, cumhacht íseal, saolré níos faide (12000h) ag lampaí fluaraiseacha i gcomparáid le lampaí gealbhruthacha, agus costas réasúnta íseal. Toisc go n-astaíonn an lampa fluaraiseach féin níos lú teasa, is féidir é a bheith gar do na plandaí le haghaidh soilsithe agus tá sé oiriúnach le haghaidh saothrú tríthoiseach. Mar sin féin, tá leagan amach speictreach an lampa fluaraiseach míréasúnta. Is é an modh is coitianta ar domhan ná frithchaiteoirí a chur leis chun comhpháirteanna foinse solais na mbarr sa limistéar saothraithe a uasmhéadú. D'fhorbair cuideachta Seapánach adv-agri cineál nua foinse solais fhorlíontach HEFL freisin. Baineann HEFL i ndáiríre leis an gcatagóir lampaí fluaraiseacha. Is é an téarma ginearálta do lampaí fluaraiseacha catóide fuar (CCFL) agus lampaí fluaraiseacha leictreoid sheachtrach (EEFL), agus is lampa fluaraiseach leictreoid mheasctha é. Tá an feadán HEFL thar a bheith tanaí, le trastomhas de thart ar 4mm amháin, agus is féidir an fad a choigeartú ó 450mm go 1200mm de réir riachtanais an tsaothraithe. Is leagan feabhsaithe é den lampa fluaraiseach traidisiúnta.

■ Lampa halaíde miotail
Is lampa urscaoilte ard-déine í an lampa halaigine miotail ar féidir léi eilimintí éagsúla a spreagadh chun tonnfhaid éagsúla a tháirgeadh trí halaigídí miotail éagsúla (bróimíd stáin, iaidíd sóidiam, srl.) a chur leis an bhfeadán urscaoilte bunaithe ar lampa mearcair ardbhrú. Tá éifeachtúlacht lonrúil ard, ardchumhacht, dea-dath solais, saolré fada, agus speictream mór ag lampaí halaigine. Mar sin féin, toisc go bhfuil an éifeachtúlacht lonrúil níos ísle ná lampaí sóidiam ardbhrú, agus go bhfuil an saolré níos giorra ná lampaí sóidiam ardbhrú, ní úsáidtear í faoi láthair ach i roinnt monarchana plandaí.

■ Lampa sóidiam ardbhrú
Baineann lampaí sóidiam ardbhrú leis an gcineál lampaí urscaoilte gáis ardbhrú. Is lampa ardéifeachtúlachta í an lampa sóidiam ardbhrú ina líontar gal sóidiam ardbhrú isteach sa fheadán urscaoilte, agus cuirtear méid beag xeanóin (Xe) agus halaíd miotail mearcair leis. Ós rud é go bhfuil éifeachtúlacht chomhshó leictrea-optúil ard ag lampaí sóidiam ardbhrú le costais déantúsaíochta níos ísle, is iad lampaí sóidiam ardbhrú na cinn is mó a úsáidtear faoi láthair i bhfeidhmiú solais fhorlíontaigh in áiseanna talmhaíochta. Mar sin féin, mar gheall ar easnaimh íseal-éifeachtúlachta fótaisintéise ina speictream, tá easnaimh íseal-éifeachtúlachta fuinnimh acu. Ar an láimh eile, tá na comhpháirteanna speictreacha a astaítear ó lampaí sóidiam ardbhrú dírithe den chuid is mó sa bhanda solais buí-oráiste, nach bhfuil na speictrim dearga agus gorma atá riachtanach le haghaidh fás plandaí ann.

■ Dé-óid astaithe solais
Mar ghlúin nua foinsí solais, tá go leor buntáistí ag dé-óidí astaithe solais (LEDanna) amhail éifeachtúlacht chomhshó leictrea-optúil níos airde, speictream inchoigeartaithe, agus éifeachtúlacht ard fótaisintéiseach. Is féidir le LED solas monacrómatach a astú atá riachtanach le haghaidh fás plandaí. I gcomparáid le lampaí fluaraiseacha gnáth agus foinsí solais breise eile, tá buntáistí ag LED maidir le coigilt fuinnimh, cosaint an chomhshaoil, saolré fada, solas monacrómatach, foinse solais fuar agus mar sin de. Le feabhas breise ar éifeachtúlacht leictrea-optúil LEDanna agus laghdú ar chostais de bharr éifeacht an scála, beidh córais soilsithe fáis LED mar an trealamh príomhshrutha chun solas a fhorlíonadh in áiseanna talmhaíochta. Mar thoradh air sin, tá soilse fáis LED i bhfeidhm i níos mó ná 99.9% de mhonarchana plandaí.

Trí chomparáid, is féidir tréithe foinsí solais fhorlíontacha éagsúla a thuiscint go soiléir, mar a thaispeántar i dTábla 1.

Gléas soilsithe soghluaiste
Tá dlúthbhaint ag déine an tsolais le fás barra. Is minic a úsáidtear saothrú tríthoiseach i monarchana plandaí. Mar sin féin, mar gheall ar theorainn struchtúr na racaí saothraithe, beidh tionchar ag an dáileadh míchothrom solais agus teochta idir na racaí ar thoradh na mbarr agus ní bheidh an tréimhse fómhair sioncrónaithe. D'éirigh le cuideachta i mBéising gléas forlíonta solais ardaithe láimhe (daingneán soilsithe HPS agus daingneán soilsithe fáis LED) a fhorbairt go rathúil in 2010. Is é an prionsabal ná an seafta tiomána agus an foirceannadh atá socraithe air a rothlú tríd an láimhseáil a chroitheadh ​​chun an ríl scannáin bheag a rothlú chun cuspóir an rópa sreinge a tharraingt siar agus a dhíluchtú a bhaint amach. Tá rópa sreinge an tsolais fáis ceangailte le roth foirceannadh an ardaitheora trí shraitheanna iolracha de rothaí aisiompaithe, chun éifeacht choigeartú airde an tsolais fáis a bhaint amach. In 2017, dhear agus d'fhorbair an chuideachta thuasluaite gléas forlíonta solais soghluaiste nua, ar féidir leis airde an fhorlíonta solais a choigeartú go huathoibríoch i bhfíor-am de réir riachtanais fáis barra. Tá an gléas coigeartaithe suiteáilte anois ar an raca saothraithe tríthoiseach cineál ardaithe foinse solais 3-chiseal. Is é an ciseal uachtarach den fheiste an leibhéal leis an riocht solais is fearr, mar sin tá lampaí sóidiam ardbhrú feistithe ann; tá soilse fáis LED agus córas coigeartaithe ardaithe feistithe sa chiseal lár agus sa chiseal bun. Is féidir leis airde an tsolais fáis a choigeartú go huathoibríoch chun timpeallacht soilsithe oiriúnach a sholáthar do na barra.

I gcomparáid leis an bhfeiste forlíonta solais shoghluaiste atá saincheaptha le haghaidh saothrú tríthoiseach, d'fhorbair an Ísiltír feiste solais forlíonta solais fáis LED atá sochorraithe go cothrománach. Chun tionchar scáth an tsolais fáis ar fhás plandaí sa ghrian a sheachaint, is féidir an córas solais fáis a bhrú go dtí an dá thaobh den lúibín tríd an sleamhnán teileascópach sa treo cothrománach, ionas go mbeidh an ghrian ag teacht go hiomlán ar na plandaí; ar laethanta scamallacha agus báistí gan solas na gréine, brúigh an córas solais fáis go lár an lúibín chun solas an chórais solais fáis a líonadh go cothrom ar na plandaí; bog an córas solais fáis go cothrománach tríd an sleamhnán ar an lúibín, seachnaítear díchóimeáil agus baint go minic an chórais solais fáis, agus laghdaítear déine saothair na bhfostaithe, rud a fheabhsaíonn éifeachtúlacht oibre go héifeachtach.

Smaointe dearaidh maidir le córas solais fáis tipiciúil
Níl sé deacair a fheiceáil ó dhearadh an fheiste fhorlíontaigh soilsithe soghluaiste go nglacann dearadh chóras soilsithe fhorlíontaigh mhonarcha an ghléasra déine solais, cáilíocht solais agus paraiméadair fhóta-thréimhse tréimhsí fáis barr éagsúla mar phríomhábhar an dearaidh, ag brath ar an gcóras rialaithe cliste chun é a chur i bhfeidhm, ag baint amach an sprioc deiridh maidir le coigilt fuinnimh agus toradh ard.

Faoi láthair, tá dearadh agus tógáil solais fhorlíontaigh do ghlasraí duilleacha ag aibiú de réir a chéile. Mar shampla, is féidir glasraí duilleacha a roinnt ina cheithre chéim: céim na síológ, céim lárfáis, céim dhéanach fáis, agus céim dheiridh; is féidir glasraí torthaí a roinnt ina gcéim síológ, céim fáis fásúil, céim bláthanna, agus céim an fhómhair. Ó thréithe déine solais fhorlíontaigh, ba cheart go mbeadh déine an tsolais i gcéim na síológ beagán níos ísle, ag 60~200 μmol/(m²·s), agus ansin méadú de réir a chéile. Is féidir le glasraí duilleacha suas le 100~200 μmol/(m²·s) a bhaint amach, agus is féidir le glasraí torthaí 300~500 μmol/(m²·s) a bhaint amach chun riachtanais déine solais fótaisintéise plandaí a chinntiú i ngach tréimhse fáis agus riachtanais ardtoraidh a chomhlíonadh; Maidir le cáilíocht solais, tá an cóimheas dearg go gorm an-tábhachtach. Chun cáilíocht na síológ a mhéadú agus fás iomarcach a chosc i gcéim na síológ, socraítear an cóimheas dearg go gorm ag leibhéal íseal de ghnáth [(1~2):1], agus ansin laghdaítear de réir a chéile é chun freastal ar riachtanais mhórfhoirmiú solais na bplandaí. Is féidir an cóimheas dearg go gorm le glasraí duilleacha a shocrú go (3~6):1. Maidir leis an bhfóta-thréimhse, cosúil le déine an tsolais, ba cheart go léireodh sé treocht mhéadaitheach de réir mar a shíneann an tréimhse fáis, ionas go mbeidh níos mó ama fótaisintéise ag glasraí duilleacha le haghaidh fótaisintéise. Beidh dearadh forlíonta solais torthaí agus glasraí níos casta. Chomh maith leis na dlíthe bunúsacha thuasluaite, ba cheart dúinn díriú ar shocrú na fóta-thréimhse le linn na tréimhse bláthanna, agus ní mór bláthanna agus torthúlacht glasraí a chur chun cinn, ionas nach dtarlóidh drochthionchar.

Is fiú a lua gur cheart go mbeadh an chóireáil deiridh san áireamh sa fhoirmle solais le haghaidh timpeallachtaí solais. Mar shampla, is féidir le forlíonadh leanúnach solais feabhas mór a chur ar thoradh agus ar cháilíocht síológa glasraí duilleacha hidreapónacha, nó cóireáil UV a úsáid chun feabhas suntasach a chur ar cháilíocht chothaitheach péacáin agus glasraí duilleacha (go háirithe duilleoga corcra agus leitís duilleach dearg).

Chomh maith le forlíonta solais a bharrfheabhsú do bharra roghnaithe, tá córas rialaithe foinse solais roinnt monarchana plandaí solais shaorga forbartha go mear le blianta beaga anuas freisin. Tá an córas rialaithe seo bunaithe go ginearálta ar an struchtúr B/S. Baintear rialú cianda agus rialú uathoibríoch ar fhachtóirí comhshaoil ​​​​amhail teocht, taise, solas, agus tiúchan CO2 le linn fás barra trí WIFI, agus ag an am céanna, baintear amach modh táirgthe nach bhfuil srianta ag coinníollacha seachtracha. Úsáideann an cineál seo córais solais fhorlíontaigh chliste daingneán solais fáis LED mar fhoinse solais fhorlíontach, in éineacht le córas rialaithe cliste cianda, is féidir leis freastal ar riachtanais soilsithe tonnfhaid plandaí, tá sé oiriúnach go háirithe do thimpeallacht saothraithe plandaí atá rialaithe ag solas, agus is féidir leis freastal go maith ar éileamh an mhargaidh.

Ráitis chríochnaitheacha
Meastar gur bealach tábhachtach iad monarchana plandaí chun fadhbanna acmhainní, daonra agus comhshaoil ​​an domhain a réiteach sa 21ú haois, agus bealach tábhachtach chun féinleordhóthanacht bia a bhaint amach i dtionscadail ardteicneolaíochta amach anseo. Mar chineál nua modh táirgthe talmhaíochta, tá monarchana plandaí fós i gcéim na foghlama agus an fháis, agus tá gá le níos mó airde agus taighde. Déanann an t-alt seo cur síos ar shaintréithe agus buntáistí modhanna soilsithe forlíontacha coitianta i monarchana plandaí, agus tugtar isteach smaointe dearaidh maidir le córais soilsithe forlíontacha barr tipiciúla. Níl sé deacair a aimsiú trí chomparáid, chun déileáil leis an solas íseal de bharr drochaimsire amhail scamall agus ceo leanúnach agus chun táirgeadh ard agus cobhsaí barra áise a chinntiú, is é trealamh foinse solais LED Grow an ceann is mó atá i gcomhréir le treochtaí forbartha reatha.

Ba cheart go ndíreodh forbairt monarchana plandaí amach anseo ar braiteoirí nua ardchruinneas, ar chostas íseal, córais gléasanna soilsithe speictrim inchoigeartaithe atá inrialaithe go cianda agus ar chórais rialaithe saineolaithe. Ag an am céanna, leanfaidh monarchana plandaí amach anseo ag forbairt i dtreo córais ar chostas íseal, chliste agus féin-oiriúnaithe. Tugann úsáid agus tóiriú foinsí solais fáis LED ráthaíocht do rialú comhshaoil ​​ardchruinneas ar mhonarchana plandaí. Is próiseas casta é rialáil timpeallachta solais LED lena mbaineann rialáil chuimsitheach ar cháilíocht solais, déine solais agus fóta-thréimhse. Caithfidh saineolaithe agus scoláirí ábhartha taighde domhain a dhéanamh, ag cur soilsiú breise LED chun cinn i monarchana plandaí solais shaorga.