Автор: Цзин Чжао, Цзэнчан Чжоу, Юньлун Бу һ.б. Чыганак: Авыл хуҗалыгы инженериясе технологиясе (теплица бакчачылыгы)

Завод заманча сәнәгать, биотехнология, туклыклы гидропоника һәм мәгълүмати технологияләрне берләштереп, объектта әйләнә-тирә мохит факторларын югары төгәллек белән контрольдә тота. Ул тулысынча ябык, әйләнә-тирә мохиткә түбән таләпләр куя, үсемлек җыю вакытын кыскарта, су һәм ашламаларны экономияли, пестицидларсыз җитештерү һәм калдыклар чыгару өстенлекләре белән җир берәмлекләрен куллану нәтиҗәлелеге ачык кыр җитештерүенә караганда 40-108 тапкыр югарырак. Алар арасында акыллы ясалма яктылык чыганагы һәм аның яктылык мохитен көйләүе җитештерү нәтиҗәлелегендә хәлиткеч роль уйный.

Мөһим физик әйләнә-тирә мохит факторы буларак, яктылык үсемлекләр үсешен һәм матдәләр алмашын көйләүдә төп роль уйный. "Үсемлек фабрикасының төп үзенчәлекләренең берсе - тулы ясалма яктылык чыганагы һәм яктылык мохитен акыллы көйләүне гамәлгә ашыру" тармакта гомуми фикергә әйләнде.

Үсемлекләрнең яктылыкка ихтыяҗы

Яктылык - үсемлек фотосинтезының бердәнбер энергия чыганагы. Яктылык интенсивлыгы, яктылык сыйфаты (спектр) һәм яктылыкның периодик үзгәрешләре культураларның үсешенә һәм үсешенә тирән йогынты ясый, шул исәптән яктылык интенсивлыгы үсемлек фотосинтезына иң зур йогынты ясый.

■ Яктылык интенсивлыгы

Яктылык интенсивлыгы культураларның морфологиясен, мәсәлән, чәчәк ату, төенара озынлык, сабак калынлыгы, яфракларның зурлыгы һәм калынлыгын үзгәртә ала. Үсемлекләрнең яктылык интенсивлыгына таләпләрен яктылык яратучы, уртача яктылык яратучы һәм аз яктылыкка чыдам үсемлекләргә бүлеп була. Яшелчәләр, нигездә, яктылык яратучы үсемлекләр, һәм аларның яктылыкны компенсацияләү нокталары һәм яктылыкның туендыру нокталары чагыштырмача югары. Ясалма яктылык заводларында культураларның яктылык интенсивлыгына тиешле таләпләре ясалма яктылык чыганакларын сайлау өчен мөһим нигез булып тора. Төрле үсемлекләрнең яктылыкка таләпләрен аңлау ясалма яктылык чыганакларын проектлау өчен мөһим. Системаның җитештерү эшчәнлеген яхшырту бик мөһим.

■ Яктылык сыйфаты

Яктылык сыйфаты (спектраль) таралышы үсемлек фотосинтезына һәм морфогенезына да мөһим йогынты ясый (1 нче рәсем). Яктылык нурланышның бер өлеше, ә нурланыш - электромагнит дулкын. Электромагнит дулкыннарның дулкын үзенчәлекләре һәм квант (кисәкчә) үзенчәлекләре бар. Бакчачылык өлкәсендә яктылык квантлары фотон дип атала. 300 ~ 800 нм дулкын озынлыгы диапазонындагы нурланыш үсемлекләрнең физиологик яктан актив нурланышы дип атала; ә 400 ~ 700 нм дулкын озынлыгы диапазонындагы нурланыш үсемлекләрнең фотосинтетик яктан актив нурланышы (PAR) дип атала.

Хлорофилл һәм каротиннар үсемлек фотосинтезындагы иң мөһим ике пигмент. 2 нче рәсемдә һәр фотосинтетик пигментның спектраль сеңдерү спектры күрсәтелгән, анда хлорофилл сеңдерү спектры кызыл һәм зәңгәр полосаларда тупланган. Яктырту системасы үсемлекләрнең фотосинтезын стимуллаштыру өчен яктылыкны ясалма рәвештә тулыландыру өчен культураларның спектраль ихтыяҗларына нигезләнгән.

■ фотопериод
Фотосинтез һәм үсемлекләрнең фотоморфогенезы һәм көн озынлыгы (яки фотопериод вакыты) арасындагы бәйләнеш үсемлекләрнең фотопериодлылыгы дип атала. Фотопериодлылык яктылык сәгатьләре белән тыгыз бәйләнгән, ул культураның яктылык белән нурландырылу вакытын аңлата. Төрле культуралар чәчәк ату һәм җимеш бирү өчен фотопериодны тәмамлау өчен билгеле бер сәгать яктылык таләп итә. Төрле фотопериодларга карап, аны озын көн культураларына, мәсәлән, кәбестә һ.б. бүлеп була, алар үсешнең билгеле бер этабында 12-14 сәгатьтән артык яктылык сәгатьләрен таләп итә; кыска көн культуралары, мәсәлән, суган, соя һ.б., 12-14 сәгатьтән азрак яктырту сәгатьләрен таләп итә; уртача кояшлы культуралар, мәсәлән, кыяр, помидор, борыч һ.б., озынрак яки кыскарак кояш нурлары астында чәчәк ата һәм җимеш бирә ала.
Әйләнә-тирә мохитнең өч элементы арасында яктылык интенсивлыгы ясалма яктылык чыганакларын сайлау өчен мөһим нигез булып тора. Хәзерге вакытта яктылык интенсивлыгын күрсәтүнең күп ысуллары бар, нигездә түбәндәге өч ысулны үз эченә ала.
(1) Яктырту дип яктыртылган яссылыкта алынган яктылык агымының (мәйдан берәмлекләренә яктылык агымы) өслек тыгызлыгын атыйлар, люкс (люкс).

(2) Фотосинтетик актив нурланыш, PAR, Берәмлек: Вт/м².

(3) Фотосинтетик яктан нәтиҗәле фотон агымы тыгызлыгы PPFD яки PPF - вакыт берәмлегенә һәм мәйдан берәмлегенә барып җитә торган яки үтеп керә торган фотосинтетик яктан нәтиҗәле нурланыш саны, берәмлек: мкмоль/(м²·с). Нигездә, фотосинтез белән турыдан-туры бәйле 400 ~ 700 нм яктылык интенсивлыгын күрсәтә. Ул шулай ук ​​үсемлек җитештерү өлкәсендә иң еш кулланыла торган яктылык интенсивлыгы күрсәткече.

Гадәти өстәмә яктылык системасының яктылык чыганагын анализлау
Ясалма яктылык өстәмәсе - максатлы зонадагы яктылык интенсивлыгын арттыру яки үсемлекләрнең яктылыкка ихтыяҗын канәгатьләндерү өчен өстәмә яктылык системасы урнаштыру юлы белән яктылык вакытын озайту. Гомумән алганда, өстәмә яктылык системасы өстәмә яктылык җиһазларын, схемаларны һәм аның белән идарә итү системасын үз эченә ала. Өстәмә яктылык чыганакларына, нигездә, кыздыру лампалары, флуоресцент лампалар, металл галогенид лампалар, югары басымлы натрий лампалары һәм светодиодлар кебек берничә киң таралган төр керә. Кыздыру лампаларының түбән электр һәм оптик нәтиҗәлелеге, түбән фотосинтетик энергия нәтиҗәлелеге һәм башка җитешсезлекләр аркасында, базар тарафыннан ул бетерелгән, шуңа күрә бу мәкаләдә җентекле анализ ясалмаган.

■ Флуоресцент лампа
Флуоресцент лампалар түбән басымлы газ разряд лампалары төренә керә. Пыяла трубка терекөмеш пары яки инерт газ белән тутырылган, ә трубканың эчке стенасы флуоресцент порошок белән капланган. Яктылык төсе трубкада капланган флуоресцент материалга карап үзгәрә. Флуоресцент лампалар яхшы спектраль күрсәткечләргә, югары яктылык нәтиҗәлелегенә, түбән куәткә, кыздыру лампалары белән чагыштырганда озаграк хезмәт итү вакытына (12000 сәгать) һәм чагыштырмача арзан бәягә ия. Флуоресцент лампа үзе азрак җылылык чыгарганлыктан, ул яктырту өчен үсемлекләргә якын була ала һәм өч үлчәмле үстерү өчен яраклы. Ләкин флуоресцент лампаның спектраль урнашуы акылга сыймаслык. Дөньяда иң киң таралган ысул - үстерү зонасындагы культураларның яктылык чыганагы компонентларын нәтиҗәле куллану өчен чагылдыргычлар өстәү. Япониянең adv-agri компаниясе шулай ук ​​яңа төр өстәмә яктылык чыганагы HEFL эшләде. HEFL чынлыкта флуоресцент лампалар категориясенә карый. Бу салкын катодлы флуоресцент лампалар (CCFL) һәм тышкы электродлы флуоресцент лампалар (EEFL) өчен гомуми термин һәм катнаш электродлы флуоресцент лампа. HEFL трубкасы бик нечкә, диаметры нибары 4 мм, ә озынлыгын үстерү ихтыяҗларына карап 450 мм дан 1200 мм га кадәр көйләргә мөмкин. Бу гадәти люминесцент лампаның яхшыртылган версиясе.

■ Металл галогенид лампасы
Металл галогенид лампасы - югары интенсивлы разряд лампасы, ул югары басымлы терекөмеш лампасы нигезендә разряд трубкасына төрле металл галогенидларын (калай бромиды, натрий йодиды һ.б.) өстәп, төрле элементларны кузгатып, төрле дулкын озынлыкларын барлыкка китерә ала. Галоген лампалар югары яктылык нәтиҗәлелегенә, югары куәткә, яхшы яктылык төсенә, озын гомерлелеккә һәм зур спектрга ия. Ләкин, яктылык нәтиҗәлелеге югары басымлы натрий лампаларына караганда түбәнрәк, ә гомер озынлыгы югары басымлы натрий лампаларына караганда кыскарак булганлыктан, ул хәзерге вакытта берничә завод заводында гына кулланыла.

■ Югары басымлы натрий лампасы
Югары басымлы натрий лампалары югары басымлы газ разрядлы лампалар төренә керә. Югары басымлы натрий лампасы - разряд трубкасына югары басымлы натрий пары тутырылган һәм аз күләмдә ксенон (Xe) һәм терекөмеш металл галогениды өстәлгән югары нәтиҗәле лампа. Югары басымлы натрий лампалары югары электрооптик үзгәртү нәтиҗәлелегенә һәм түбән җитештерү чыгымнарына ия булганлыктан, югары басымлы натрий лампалары хәзерге вакытта авыл хуҗалыгы корылмаларында өстәмә яктылык куллануда иң киң кулланыла. Ләкин, аларның спектрындагы түбән фотосинтетик нәтиҗәлелек җитешсезлекләре аркасында, аларның түбән энергия нәтиҗәлелеге җитешсезлекләре бар. Икенче яктан, югары басымлы натрий лампалары чыгарган спектр компонентлары, нигездә, үсемлекләр үсеше өчен кирәкле кызыл һәм зәңгәр спектрлар булмаган сары-кызгылт сары яктылык полосасында тупланган.

■ Яктылык чыгаручы диод
Яңа буын яктылык чыганаклары буларак, яктылык чыгаручы диодлар (LED) югарырак электро-оптик үзгәртү нәтиҗәлелеге, көйләнерлек спектр һәм югары фотосинтетик нәтиҗәлелек кебек күп өстенлекләргә ия. LED үсемлекләр үсеше өчен кирәкле монохроматик яктылык чыгара ала. Гадәти флуоресцент лампалар һәм башка өстәмә яктылык чыганаклары белән чагыштырганда, LED энергияне саклау, әйләнә-тирә мохитне саклау, озак хезмәт итү, монохроматик яктылык, салкын яктылык чыганагы һ.б. өстенлекләргә ия. LEDларның электро-оптик нәтиҗәлелеге тагын да яхшыру һәм масштаб эффекты аркасында чыгымнарны киметү белән, LED үсү яктырту системалары авыл хуҗалыгы корылмаларында яктылыкны тулыландыру өчен төп җиһазга әйләнәчәк. Нәтиҗәдә, LED үсү яктырткычлары заводларның 99,9% тан артыгында кулланылган.

Чагыштыру аша төрле өстәмә яктылык чыганакларының үзенчәлекләрен ачык аңларга мөмкин, 1 нче таблицада күрсәтелгәнчә.

Күчмә яктырту җайланмасы
Яктылыкның интенсивлыгы культуралар үсеше белән тыгыз бәйләнгән. Өч үлчәмле үстерү еш кына үсемлек заводларында кулланыла. Ләкин, үстерү стеллажлары структурасының чикләнгәнлеге аркасында, стеллажлар арасында яктылык һәм температураның тигез булмавы культураларның уңышына тәэсир итәчәк һәм уңыш җыю чоры синхронлаштырылмаячак. Пекиндагы бер компания 2010 елда кул белән күтәрелә торган яктылык өстәмә җайланмасын (HPS яктырту җайланмасы һәм LED үстерү яктырту җайланмасы) уңышлы эшләп чыгарды. Принцип - йөртүче валын һәм аңа беркетелгән роликны әйләндерү, тотканы селкетеп, кечкенә пленка катушкасын әйләндерү, чыбык арканны тартып алу һәм чыгару максатына ирешү. Үсеш чыбыгының чыбык арканы элеваторның ролик тәгәрмәче белән берничә кире тәгәрмәчләр җыелмасы аша тоташтырылган, шуның белән үстерү чыбыгының биеклеген көйләү эффектына ирешү өчен. 2017 елда югарыда телгә алынган компания яңа мобиль яктылык өстәмә җайланмасын эшләде һәм эшләде, ул яктылык өстәмә биеклеген культуралар үсеше ихтыяҗларына туры китереп реаль вакыт режимында автоматик рәвештә көйли ала. Көйләү җайланмасы хәзер 3 катламлы яктылык чыганагы күтәрү тибындагы өч үлчәмле үстерү стеллажына урнаштырылган. Җайланманың өске катламы иң яхшы яктылык шартлары булган дәрәҗә, шуңа күрә ул югары басымлы натрий лампалары белән җиһазландырылган; урта һәм аскы катламнар LED үстерү лампалары һәм күтәрү көйләү системасы белән җиһазландырылган. Ул культуралар өчен яраклы яктырту мохите булдыру өчен үстерү лампасының биеклеген автоматик рәвештә көйли ала.

Өч үлчәмле үстерү өчен махсуслаштырылган күчмә яктылык өстәмә җайланмасы белән чагыштырганда, Нидерландлар горизонталь хәрәкәтләнә торган LED үсеш яктылык өстәмә яктырту җайланмасын эшләделәр. Кояшта үсемлекләр үсешенә үсеш яктылык күләгәсенең йогынтысын булдырмас өчен, үсеш яктылык системасын телескопик слайд аша горизонталь юнәлештә кронштейнның ике ягына да этәрергә мөмкин, шулай итеп кояш үсемлекләргә тулысынча нурланачак; кояш нуры булмаган болытлы һәм яңгырлы көннәрдә, үсеш яктылык системасының яктылыгы үсемлекләрне тигез тутыру өчен, үсеш яктылык системасын кронштейнның уртасына этәрегез; үсеш яктылык системасын кронштейндагы слайд аша горизонталь рәвештә күчерегез, үсеш яктылык системасын еш сүтеп һәм алып ташлаудан сакланыгыз, һәм хезмәткәрләрнең хезмәт интенсивлыгын киметегез, шуның белән эш нәтиҗәлелеген нәтиҗәлерәк яхшыртыгыз.

Гадәти үсеш яктырту системасының дизайн идеяләре
Күчмә яктырту өстәмә җайланмасы проектыннан шуны күрү кыен түгел: үсемлек заводының өстәмә яктырту системасы проектында гадәттә төрле культура үсеш чорларының яктылык интенсивлыгы, яктылык сыйфаты һәм фотопериод параметрлары төп эчтәлек итеп алына, акыллы идарә итү системасына таяна, энергияне саклау һәм югары уңыш алу максатына ирешелә.

Хәзерге вакытта яфраклы яшелчәләр өчен өстәмә яктылыкны проектлау һәм төзү әкренләп өлгерде. Мәсәлән, яфраклы яшелчәләрне дүрт этапка бүлеп була: үсенте стадиясе, үсешнең урта этабы, үсешнең соңгы этабы һәм ахыргы этап; җиләк-җимешләрне үсенте стадиясенә, вегетатив үсеш стадиясенә, чәчәк ату стадиясенә һәм уңыш җыю стадиясенә бүлеп була. Өстәмә яктылык интенсивлыгы үзенчәлекләреннән чыгып, үсенте стадиясендә яктылык интенсивлыгы бераз түбәнрәк, 60 ~ 200 мкмоль/(м²·с) булырга тиеш, аннары әкренләп арта. Яфраклы яшелчәләр 100 ~ 200 мкмоль/(м²·с) га кадәр җитә ала, ә җиләк-җимеш 300 ~ 500 мкмоль/(м²·с) га кадәр җитә ала, бу һәр үсеш чорында үсемлек фотосинтезының яктылык интенсивлыгы таләпләрен тәэмин итү һәм югары уңыш ихтыяҗларын канәгатьләндерү өчен кирәк; яктылык сыйфаты ягыннан кызыл һәм зәңгәр төс нисбәте бик мөһим. Үсентеләрнең сыйфатын арттыру һәм үсенте стадиясендә артык үсешне булдырмас өчен, кызылның зәңгәргә нисбәте гадәттә түбән дәрәҗәдә билгеләнә [(1~2:1], аннары үсемлекләрнең яктылык морфологиясе ихтыяҗларын канәгатьләндерү өчен әкренләп кими. Кызылның зәңгәргә яфраклы яшелчәләргә нисбәтен (3~6):1 итеп билгеләргә мөмкин. Фотопериод өчен, яктылык интенсивлыгына охшаш рәвештә, ул үсеш чоры озайган саен арту тенденциясен күрсәтергә тиеш, шуңа күрә яфраклы яшелчәләрнең фотосинтез өчен фотосинтез вакыты күбрәк була. Җиләк-җимеш һәм яшелчәләрнең яктылык өстәмәсе дизайны катлаулырак булачак. Югарыда телгә алынган төп законнардан тыш, без чәчәк ату чорында фотопериод урнашуына игътибар итәргә тиеш, һәм яшелчәләрнең чәчәк атуын һәм җимеш бирүен стимуллаштырырга кирәк, кире нәтиҗә бирмәс өчен.

Шунысын да әйтергә кирәк, яктылык формуласы якты мохит шартларында соңгы эшкәртүне үз эченә алырга тиеш. Мәсәлән, өзлексез яктылык белән өстәмә куллану гидропоник яфраклы яшелчә үсентеләренең уңышын һәм сыйфатын сизелерлек яхшырта ала, яисә үсентеләрнең һәм яфраклы яшелчәләрнең (бигрәк тә шәмәхә төстәге яфраклар һәм кызыл яфраклы салат) туклыклылык сыйфатын сизелерлек яхшырту өчен ультрафиолет нурланышы белән эшкәртү куллана ала.

Сайланган культуралар өчен яктылык өстәмәләрен оптимальләштерүдән тыш, соңгы елларда кайбер ясалма яктылык үсемлек заводларының яктылык чыганагын контрольдә тоту системасы да тиз үсеш алды. Бу контрольдә тоту системасы, гадәттә, B/S структурасына нигезләнгән. Уңышлар үсеше вакытында температура, дымлылык, яктылык һәм CO2 концентрациясе кебек әйләнә-тирә мохит факторларын дистанцион идарә итү һәм автоматик контрольдә тоту WIFI аша гамәлгә ашырыла, һәм шул ук вакытта тышкы шартлар белән чикләнмәгән җитештерү ысулы гамәлгә ашырыла. Бу төр акыллы өстәмә яктылык системасы өстәмә яктылык чыганагы буларак LED үсү лампасын куллана, дистанцион акыллы идарә итү системасы белән берлектә, үсемлекләрнең дулкын озынлыгын яктырту ихтыяҗларын канәгатьләндерә ала, яктылык белән идарә ителә торган үсемлек үстерү мохите өчен аеруча яраклы һәм базар ихтыяҗларын яхшы канәгатьләндерә ала.

Йомгаклау сүзләре
Үсемлек заводлары XXI гасырда дөнья ресурслары, халык саны һәм әйләнә-тирә мохит проблемаларын хәл итүнең мөһим ысулы, һәм киләчәктә югары технологияле проектларда азык-төлек белән тәэмин итүнең мөһим ысулы дип санала. Авыл хуҗалыгы җитештерүенең яңа төре буларак, үсемлек заводлары әле дә өйрәнү һәм үсеш этабында, шуңа күрә күбрәк игътибар һәм тикшеренүләр кирәк. Бу мәкаләдә үсемлек заводларында киң таралган өстәмә яктырту ысулларының үзенчәлекләре һәм өстенлекләре сурәтләнә, шулай ук ​​типик культура өстәмә яктырту системаларының дизайн идеяләре белән таныштырыла. Чагыштыру аша табу кыен түгел, даими болытлы һәм томанлы кебек каты һава торышы аркасында килеп чыккан аз яктылык белән көрәшү һәм корылма культураларының югары һәм тотрыклы җитештерүен тәэмин итү өчен, LED Grow яктылык чыганагы җиһазлары хәзерге үсеш тенденцияләренә иң туры килә.

Завод заводларының киләчәк үсеш юнәлеше яңа югары төгәллекле, арзанлы сенсорларга, дистанцион идарә ителә торган, көйләнә торган спектрлы яктырту җайланмалары системаларына һәм эксперт контроль системаларына юнәлтелергә тиеш. Шул ук вакытта, киләчәк завод заводлары арзанлы, акыллы һәм үз-үзен җайлаштыра торган юнәлешкә таба үсешне дәвам итәчәк. LED үсү яктылык чыганакларын куллану һәм популярлаштыру завод заводларының югары төгәллекле әйләнә-тирә мохитне контрольдә тотуын гарантияли. LED яктылык мохитен көйләү - яктылык сыйфатын, яктылык интенсивлыгын һәм фотопериодны комплекслы көйләүне үз эченә алган катлаулы процесс. Тиешле белгечләр һәм галимнәр ясалма яктырту заводларында LED өстәмә яктыртуны алга этәрү өчен тирән тикшеренүләр үткәрергә тиеш.