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植物工廠光環境調控的必要性

產品介(jie)紹(shao)

人工光植物栽(zai)培(pei)發展曆程與電光源(yuan)革(ge)新及人類對(dui)植物光(guang)生物學(xue)認(ren)識進(jin)程密(mi)切(qie)相(xiang)關。自20世紀(ji)80年(nian)代(dai)以來(lai),LED半(ban)導體光源技術(shu)快(kuai)速(su)發展(zhan)為(wei)光質(zhi)生物學的研究提供了(le)工具,助(zhu)推了ED作為人(ren)工光源進行植物培養的(de)進程(cheng)。目(mu)前,作(zuo)為設施園藝(yi)的最高形(xing)式(shi),基(ji)於植物生物學需求(qiu)特性實施高精(jing)度環(huan)境(jing)智(zhi)能控製的LED光源植物工廠快速發(fa)展。

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智能型植物工廠生產(chan)運(yun)行不僅要求環境因(yin)子控(kong)製、水(shui)肥(fei)供(gong)給(gei)與(yu)調配(pei)控製的自動化,也需要(yao)在育苗、移(yi)栽、采收(shou)等生(sheng)產環節實(shi)現(xian)自(zi)動(dong)化(hua)操(cao)作,減少(shao)人為活(huo)動對生產空間(jian)的幹(gan)擾與汙(wu)染。植物工廠運行及生產的智能(neng)化管理與控製都需要消(xiao)耗電(dian)能。人工光植物工廠(chang)的能耗(hao)構(gou)成包括光源、空調(diao)、泵動係統(tong)、氣動係(xi)統、檢測控製(zhi)係統等(deng)。

植物工廠光環境調控的必要性插圖1

就人工光植物工廠而(er)言,能耗最大的是(shi)光照(zhao)係統,占(zhan)總(zong)能耗的60%以上;其(qi)次(ci)是空調係統,占30%以上,其餘管(guan)控係統消耗能源相對較少。目前,運行能耗成(cheng)本(ben)已成為植物工廠運行成本的構成主(zhu)體,是植物工廠運行(xing)成本居高不下(xia)的重要原(yuan)因。因此,減少光照係統的能耗,已(yi)成為植物工廠節(jie)能增(zeng)效的主要途徑(jing)。

光合作用的過程

植物工廠的生產核心是植物按照人的食物需求快速生長,獲得優質農產品。故此(ci),一切關(guan)係到植物健康和(he)生產效率(lv)的環境因子、營養(yang)因素和管理要素都(dou)需(xu)實施(shi)控製。光作為環境信號(hao)和光合作用的能量的唯一來源,是設(she)施植物生長(zhang)發育和產量品(pin)質形成的必需環境要素(su)。

植物工廠光環境調控的必要性插圖3

自然(ran)界中,太陽(yang)光照隨地理(li)緯度、季節和天氣(qi)狀況的不同(tong)而變(bian)化,高緯度地區(qu)以及(ji)其他(ta)大多(duo)數(shu)地區冬(dong)春(chun)季節因連陰天、雨(yu)雪霧(wu)和霾(mai)天(tian)氣,以及大(da)氣汙染和浮(fu)塵(chen)等因素的影響(xiang),光照時間不夠、光照強度不足和光質欠缺(que)現象嚴重,嚴重影響作物尤其是設施園(yuan)藝作物的生長發育和優質高(gao)效(xiao)生產。

機械化農場

同時,在高緯度地(di)區光照時間不足(zu)、低緯度(du)地區因陰雨天氣導致(zhi)弱光寡(gua)照等現象致使日光溫室、塑(su)料大棚等設施內(nei)光環境(光強、光質和光周(zhou)期(qi))不能滿足設施作物的生長發育(yu)與產量品質形成的需求,限(xian)製了設施園藝生產潛力。另外,人工光栽培規模大幅增加(jia)。很顯(xian)然,適宜(yi)的人工光環境調控在設施園藝優(you)質、高產、生態、安(an)全(quan)生產中具(ju)有不(bu)可或缺的作用(yong)。

隻有(you)根(gen)據(ju)設施植物的光生物學需求,設置人工光環境及管理策略(lve),進行動態智能化管理,才(cai)能讓(rang)設施園藝徹(che)底擺脫自然條(tiao)件(jian)的製約(yue),實現人為操控。同時,傳統人工光源光譜能量(liang)分(fen)布(bu)固定,無法(fa)凋(diao)控,僅能控製光強和光周期,光合有效輻(fu)射比例(li)小(xiao),無(wu)效熱(re)輻射較(jiao)多,光效低,耗能高,造成設施園藝生產能耗居(ju)高不下,亟待解決。

設施農業生產對人工照明的需求逐年提升,人工補光與光環境精準調控已經成為決定設施農業產量品質及生產效率的重要技術。長期以(yi)來,由於(yu)設施園藝整體環控性能差,光環境調控也(ye)是生產短板(ban)。另外(wai),植物光生物學,特(te)別是植物光質生物學規(gui)律(lv)不清(qing)晰(xi),無法製定(ding)節能高效的光環境調控策(ce)略,也阻礙(ai)了農業照明(ming)的發展。最後,傳統電光源可控性差,無法按(an)照植物的需求進行光質、光強和光周期的調控,難(nan)以滿足農業照明的實踐(jian)和按需照明的環保(bao)理念。農業照明具有領域多、生物原理與調控指(zhi)標複雜(za)、燈(deng)具專(zhuan)業(ye)性強、控製係統精準(zhun)等特點。

隨著(zhu)高精度環境控製型設施園藝形式植物工廠的發展,以及半導體光源LED的技(ji)術成熟化和進步為人工光環境調控逐(zhu)步(bu)走向實踐提供了契機,按照植物光生物學要求,按需供光,分段(duan)管理,智能化管控,最(zui)大程度地提高了光環境調控的生物效益,為應對弱光寡照脅迫,調節植物生長發育和產量品質形成提供了新的有效手段。

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