Auctor: Jing Zhao, Zengchan Zhou, Yunlong Bu, et cetera. Fons Mediae: Technologia Ingeniaria Agriculturae (horticultura tepidaria)

Officina plantarum industriam hodiernam, biotechnologiam, hydroponicam nutrimentorum et technologiam informationis coniungit ut moderationem factorum ambientalium summae praecisionis in aedificio efficiat. Plane clausa est, requisita exigua in ambitu circumstante habet, tempus messis plantarum abbreviat, aquam et stercus conservat, et cum commodis productionis sine pesticidis et nullae emissionis vastorum, efficientia usus terrae unitatis quadragesima ad centum octo vicibus maior est quam productio in agro aperto. Inter haec, fons lucis artificialis intelligens et eius moderatio lucis ambitus partes decisivas in efficientia productionis agunt.

Lux, ut factor physicus magni momenti in ambitu, partes primas agit in moderando incrementum plantarum et metabolismum materiarum. "Una ex praecipuis proprietatibus officinae plantarum est fons lucis artificialis plenus et effectio moderationis intelligentis ambitus lucis" consensus generalis in industria factus est.

Necessitas lucis plantarum

Lux sola fons energiae photosyntheseos plantarum est. Intensitas lucis, qualitas lucis (spectrum) et mutationes periodicae lucis magnum momentum habent in incrementum et evolutionem frugum, inter quas intensitas lucis maximum momentum in photosynthesis plantarum habet.

■ Intensitas lucis

Intensitas lucis morphologiam frugum mutare potest, ut puta florescentiam, longitudinem internodii, crassitudinem caulis, magnitudinem crassitudinemque foliorum. Requisita plantarum pro intensitate lucis dividi possunt in plantas lucis amantes, lucem mediocriter amantes, et lucem parvam tolerantes. Olera plerumque sunt plantae lucis amantes, et puncta compensationis lucis et puncta saturationis lucis relative alta sunt. In officinis plantarum lucis artificialis, requisita pertinentia frugum pro intensitate lucis fundamentum magni momenti sunt ad fontes lucis artificialis eligendos. Intellectus requisitorum lucis diversarum plantarum magni momenti est ad fontes lucis artificialis designandos, et pernecessarium est efficaciam productionis systematis emendare.

■ Qualitas lucis

Distributio qualitatis lucis (spectralis) etiam magnum momentum habet in photosynthesis et morphogenesis plantarum (Figura 1). Lux pars radiationis est, radiatio autem unda electromagnetica est. Undae electromagneticae et proprietates undarum et proprietates quanticae (particularum) habent. Quantum lucis in agro horticulturae photon appellatur. Radiatio cum ambitu longitudinis undae 300~800nm ​​radiatio physiologice activa plantarum appellatur; et radiatio cum ambitu longitudinis undae 400~700nm radiatio photosynthetice activa (PAR) plantarum appellatur.

Chlorophyllum et carotena duo pigmenta maximi momenti in photosynthesi plantarum sunt. Figura 2 spectrum absorptionis spectralis cuiusque pigmenti photosynthetici ostendit, in quo spectrum absorptionis chlorophylli in fasciis rubris et caeruleis concentratur. Systema illuminationis in necessitatibus spectralibus frugum fundatur ad lucem artificialiter supplendam, ita ut photosynthesis plantarum promoveatur.

■ photoperiodus
Nexus inter photosynthesin et photomorphogenesin plantarum et longitudinem diei (vel tempus photoperiodi) photoperioditas plantarum appellatur. Photoperioditas arcte cum horis lucis coniungitur, quae ad tempus quo seges lumine irradiatur referuntur. Diversae seges certum numerum horarum lucis requirunt ad photoperiodum complendum ut floreant et fructus ferant. Secundum diversa photoperioda, dividi possunt in seges diei longi, ut brassica, etc., quae plus quam 12-14 horas lucis in certo stadio crescentiae requirunt; seges diei brevis, ut cepae, soiae, etc., minus quam 12-14 horas illuminationis requirunt; seges solis medii, ut cucumeres, lycopersica, piperes, etc., sub sole diuturniore vel breviori florere et fructus ferre possunt.
Inter tria elementa ambitus, intensitas lucis est fundamentum magni momenti ad eligendas fontes lucis artificialis. Hodie, multae sunt rationes exprimendi intensitatem lucis, inter quas praecipue hae tres sequentes numerantur.
(1) Illuminatio densitatem superficialem fluxus luminosi (fluxus luminosus per unitatem areae) in plano illuminato recepti, in lux (lx) significat.

(2) Radiatio photosynthetice activa, PAR, Unitas: W/m².

(3) Densitas fluxus photonorum photosynthetice efficacium (PPFD vel PPF) est numerus radiationis photosynthetice efficacis quae unitatem temporis et unitatem areae attingit vel pertransit, unitas: μmol/(m²·s). Praecipue ad intensitatem lucis 400~700nm directe ad photosynthesis pertinentis refertur. Etiam est index intensionis lucis frequentissime adhibitus in agro productionis plantarum.

Analysis fontis lucis systematis lucis supplementarii typici
Supplementum luminis artificialis est ad augendam intensitatem luminis in area designata vel ad tempus luminis extendendum per institutionem systematis luminis supplementarii ad implendam necessitatem luminis plantarum. Generaliter loquendo, systema luminis supplementarii comprehendit apparatum luminis supplementarii, circuitus et systema moderationis eorum. Fontes luminis supplementarii praecipue includunt plures genera communia, ut lucernas incandescentes, lucernas fluorescentes, lucernas halogenidarum metallicarum, lucernas natrii altae pressionis et lucernas LED. Propter humilem efficientiam electricam et opticam lucernarum incandescentium, humilem efficientiam energiae photosyntheticae et alia defectus, a foro eliminata sunt, itaque hic articulus analysin accuratam non facit.

■ Lucerna fluorescens
Lampades fluorescentes ad genus lampadum gasis pressionis humilis pertinent. Tubus vitreus vapore mercurii vel gase inerti repletus est, et paries interior tubi pulvere fluorescenti obducitur. Color lucis variat secundum materiam fluorescentem in tubo obductam. Lampades fluorescentes bonam efficaciam spectralem, altam efficaciam luminosam, potentiam humilem, vitam longiorem (12000h) comparatae cum lampadibus incandescentibus, et sumptum relative humilem habent. Quia ipsa lampas fluorescens minus caloris emittit, prope plantas ad illuminandum esse potest et ad culturam tridimensionalem apta est. Attamen dispositio spectralis lampadis fluorescentis irrationalis est. Methodus frequentissima in mundo est reflectores addere ad componentes fontis lucis efficaces frugum in area culturae amplificandos. Societas Iaponica adv-agri etiam novum genus fontis lucis supplementaris HEFL elaboravit. HEFL revera ad categoriam lampadum fluorescentium pertinet. Terminus generalis est pro lampadibus fluorescentibus cathodicis frigidi (CCFL) et lampadibus fluorescentibus electrodi externi (EEFL), et est lampas fluorescens electrodi mixti. Tubus HEFL tenuissimus est, diametro tantum circiter 4 mm, cuius longitudo a 450 mm ad 1200 mm secundum necessitates culturae aptari potest. Est versio emendata lampadis fluorescentis conventionalis.

■ Lampas halogenidarum metallicarum
Lampas halogenidarum metallicarum est lampas exonerationis altae intensitatis quae, additis variis halogenidis metallicis (bromidum stanneum, iodidum natrii, etc.) in tubo exonerationis, elementa diversa excitare potest ad producendas longitudines undarum diversas. Lampades halogenae habent efficaciam luminosam magnam, potentiam magnam, colorem lucis bonum, vitam longam, et spectrum amplum. Sed quia efficacia luminosa minor est quam lampadum natrii altae pressionis, et vita brevior quam lampadum natrii altae pressionis, nunc tantum in paucis officinis fabricarum adhibetur.

■ Lampas natrii altae pressionis
Lampades sodii altae pressionis ad genus lampadum gasis exonerationis altae pressionis pertinent. Lampades sodii altae pressionis est lampades altae efficientiae in qua vapor sodii altae pressionis in tubo exonerationis impletur, et parva quantitas xenonis (Xe) et halogenidi metallici mercurii additur. Quia lampades sodii altae pressionis magnam efficientiam conversionis electro-opticae cum sumptibus fabricationis minoribus habent, lampades sodii altae pressionis nunc latissime in applicatione luminis supplementarii in aedificiis agriculturae adhibentur. Tamen, propter defectus humilis efficientiae photosyntheticae in spectro suo, defectus humilis efficientiae energiae habent. Contra, componentes spectrales a lampadibus sodii altae pressionis emissae praecipue in fascia lucis flavo-aurantiacae concentrantur, quae spectra rubra et caerulea necessaria ad incrementum plantarum desunt.

■ Dioda electroluminescens
Diodae electroluminescentes (LED), ut nova generatio fontium lucis, multa commoda habent, ut maiorem efficientiam conversionis electro-opticae, spectrum adaptabile, et magnam efficientiam photosyntheticam. LED lucem monochromaticam emittere potest, quae ad incrementum plantarum necessaria est. Comparata cum lampadibus fluorescentibus ordinariis aliisque fontibus lucis supplementariis, LED commoda habet conservationis energiae, tutelae ambitus, longae vitae, lucis monochromaticae, fontis lucis frigidae, et cetera. Cum ulteriore emendatione efficientiae electro-opticae LED et reductione sumptuum ab effectu scalae orta, systemata illuminationis crescentis LED instrumentum principale ad lucem supplendam in aedificiis agriculturae fient. Propterea, lumina crescentiae LED in plus quam 99.9% officinarum plantarum iam adhibita sunt.

Per comparationem, proprietates diversarum fontium lucis supplementariarum clare intelligi possunt, ut in Tabula 1 demonstratur.

Instrumentum illuminationis mobile
Intensitas lucis arcte cum incremento frugum coniungitur. Cultura tridimensionalis saepe in officinis plantarum adhibetur. Attamen, propter limitationem structurae pluteorum culturae, inaequalis distributio lucis et temperaturae inter pluteos proventum frugum afficiet et tempus messis non synchronizatur. Societas Pechinensis feliciter instrumentum manuale elevationis luminis supplementi (luminarium HPS et luminarium LED culturae) anno 2010 elaboravit. Principium est axem impulsorium et involventem ei fixum rotare manubrio agitando ut parva pelliculae volvatur ad finem retrahendi et evolvendi funis metallici assequendum. Funis metallicus lucis culturae cum rota convolvente elevatoris per plures series rotarum reversibilium connectitur, ut effectus aptandi altitudinem lucis culturae efficiatur. Anno 2017, societas supradicta novum instrumentum mobile supplementi luminis designavit et elaboravit, quod altitudinem supplementi luminis tempore reali automatice aptare potest secundum necessitates crescentiae frugum. Instrumentum aptationis nunc in pluteo culturae tridimensionali elevationis fontis luminis trium stratorum installatur. Superius instrumenti stratum est planum cum optima condicione lucis, itaque lampadibus sodii altae pressionis instructum est; medium stratum et inferius luminibus crescentibus LED et systemate elevationis aptandi instructae sunt. Automate altitudinem lucis crescentis aptare potest ut ambitum lucis aptum plantis praebeat.

Comparata cum mobili supplemento luminis ad culturam tridimensionalem aptato, Nederlandia supplementum luminis crescentis LED horizontaliter mobilem excogitavit. Ne umbra luminis crescentis in incrementum plantarum in sole vim habeat, systema luminis crescentis per cursorem telescopicum horizontaliter ad utramque partem fulcri impelli potest, ita ut sol plantas plene irradiet; diebus nubilosis et pluviosis sine sole, systema luminis crescentis ad medium fulcri impelle ut lux systematis luminis crescentis plantas aequaliter impleat; systema luminis crescentis horizontaliter per cursorem in fulcro move, ne frequentes systematis luminis crescentis disiungantur et removeantur, et intensitatem laboris operariorum minue, ita efficaciam operis efficaciter augendo.

Ideae designandi systema typicum lucis crescentis
Non difficile est ex consilio instrumenti illuminationis mobilis supplementaris perspicere consilium systematis illuminationis supplementaris officinae plantarum plerumque intensitatem luminis, qualitatem luminis, et parametros photoperiodi diversorum temporum crescentiae segetis ut materiam centralem designii sumere, fretus systemate moderationis intelligenti ad effectum adipiscendo, finem ultimum conservationis energiae et magni proventus assequendo.

In praesenti, consilium et constructio luminis supplementarii pro oleribus foliosis paulatim maturavit. Exempli gratia, olera foliosa in quattuor stadia dividi possunt: ​​stadium plantulae, stadium medium incrementi, stadium serotinum incrementi, et stadium finalem; olera fructifera in stadium plantulae, stadium incrementi vegetativi, stadium florendi, et stadium messis dividi possunt. Ex proprietatibus intensionis luminis supplementarii, intensitas luminis in stadio plantulae paulo minor esse debet, ad 60~200 μmol/(m²·s), deinde gradatim augeri. Olera foliosa usque ad 100~200 μmol/(m²·s) attingere possunt, et olera fructifera ad 300~500 μmol/(m²·s) pervenire possunt ut requisita intensionis luminis photosyntheseos plantarum in unoquoque periodo incrementi confirmentur et necessitates magni proventus impleantur; Quod ad qualitatem luminis attinet, proportio rubri ad caeruleum magni momenti est. Ut qualitas plantularum augeatur et incrementum immodicum in statu plantulae prohibeatur, proportio rubri ad caeruleum plerumque ad gradum humilem statuitur [(1~2):1], deinde paulatim reducitur ut necessitatibus morphologiae lucis plantarum satisfaciat. Proportio rubri ad caeruleum ad olera foliosa ad (3~6):1 statui potest. Pro photoperiodo, simile intensitati lucis, inclinationem augendi cum extensione periodi crescentis ostendere debet, ut olera foliosa plus temporis photosynthetici ad photosynthesim habeant. Designatio supplementi lucis fructuum et olerum erit implicatior. Praeter leges fundamentales supra dictas, in constitutione photoperiodi tempore florendi intendere debemus, et florescentia atque fructificatio olerum promoveri debent, ne contra eas eveniat.

Notandum est formulam lucis curationem finalem pro condicionibus lucis includere debere. Exempli gratia, supplementum lucis continuum magnopere augere potest proventum et qualitatem plantularum foliorum olerum hydroponicorum, vel curatione UV utendo, qualitatem nutritionis germina et olerum foliorum (praesertim foliorum purpureorum et lactucae foliorum rubrorum) insigniter augere.

Praeter supplementum luminis pro selectis plantis optimizandum, systema moderationis fontis luminis quarundam officinarum lucis artificialis etiam celeriter evolutum est annis proximis. Hoc systema moderationis plerumque in structura B/S fundatur. Moderatio remota et automatica factorum ambitalium, ut temperaturae, humiditatis, lucis, et concentrationis CO2 durante incremento plantarum, per WIFI efficitur, et simul modus productionis qui non impeditur condicionibus externis efficitur. Hoc genus systematis luminis supplementarii intelligentis utens lumina LED crescentiae ut fonte luminis supplementarii, cum systemate moderationis remotae intelligentis coniunctum, necessitatibus illuminationis longitudinis undae plantarum satisfacere potest, praesertim aptum est ad ambitum culturae plantarum lumine moderatum, et bene postulationi mercatus satisfacere potest.

Conclusiones
Officinae plantarum pro via magni momenti ad solvenda problemata opum, populationis et ambitu mundi saeculi XXI habentur, necnon pro via ad autosufficientiam alimentariam in futuris inceptis technologiae provectae consequendam. Officinae plantarum, ut novum genus methodi productionis agriculturae, adhuc in stadio discendi et crescendi sunt, et plus attentionis et investigationis requiruntur. Hic articulus proprietates et commoda communium methodorum illuminationis supplementariae in officinis plantarum describit, et notiones designandi typicas systematum illuminationis supplementariae segetum introducit. Non difficile est per comparationem invenire, ut cum luce debili a tempestatibus asperis, ut nubilo et caligine continua, orta toleretur et ut productio segetum aedificiorum alta et stabilis fiat, apparatus fontis lucis LED Grow maxime congruit cum inclinationibus progressionis hodiernis.

Directio progressionis futurae officinarum plantarum in sensoria nova altae praecisionis et vilis pretii, systemata illuminationis spectri adaptabilis et remote moderabilia, et systemata moderationis peritorum intendere debet. Simul, officinae plantarum futurae versus sumptus vilis, intelligentiam, et sui ipsius adaptationem pergent evolvere. Usus et divulgatio fontium lucis crescentis LED cautionem praebent moderationis ambitus altae praecisionis officinarum plantarum. Moderatio ambitus lucis LED est processus complexus qui moderationem comprehensivam qualitatis lucis, intensitatis lucis, et photoperiodi complectitur. Periti et eruditi pertinentes investigationes profundas facere debent, promovendo illuminationem supplementariam LED in officinis plantarum lucis artificialis.