Müəllif: Jing Zhao, Zengchan Zhou, Yunlong Bu və s. Mənbə Media: Kənd Təsərrüfatı Mühəndisliyi Texnologiyası (istixana bağçılığı)

Zavod müasir sənaye, biotexnologiya, qida hidroponikası və informasiya texnologiyalarını birləşdirərək müəssisədə ətraf mühit amillərinin yüksək dəqiqliklə idarə olunmasını həyata keçirir. Tamamilə qapalıdır, ətraf mühitə aşağı tələblər qoyur, bitki yığımı müddətini qısaldır, suya və gübrəyə qənaət edir, pestisidsiz istehsalın və tullantıların atılmamasının üstünlükləri ilə vahid torpaq istifadəsinin səmərəliliyi açıq sahədəki istehsaldan 40-108 dəfə çoxdur. Bunların arasında ağıllı süni işıq mənbəyi və onun işıq mühitinin tənzimlənməsi onun istehsal səmərəliliyində həlledici rol oynayır.

İşıq, vacib fiziki ətraf mühit amili kimi, bitki böyüməsinin və material mübadiləsinin tənzimlənməsində əsas rol oynayır. "Bitki fabrikinin əsas xüsusiyyətlərindən biri tam süni işıq mənbəyi və işıq mühitinin ağıllı tənzimlənməsinin həyata keçirilməsidir" sənayedə ümumi bir fikir halına gəlmişdir.

Bitkilərin işığa ehtiyacı

İşıq bitki fotosintezinin yeganə enerji mənbəyidir. İşığın intensivliyi, işığın keyfiyyəti (spektri) və işığın dövri dəyişiklikləri bitkilərin böyüməsinə və inkişafına dərin təsir göstərir ki, bunlar arasında işığın intensivliyi bitki fotosintezinə ən böyük təsir göstərir.

■ İşıq intensivliyi

İşığın intensivliyi bitkilərin morfologiyasını, məsələn, çiçəkləmə, düyünlərarası uzunluğu, gövdə qalınlığı, yarpaq ölçüsü və qalınlığını dəyişdirə bilər. Bitkilərin işığın intensivliyinə olan tələbləri işığı sevən, orta dərəcədə işığı sevən və az işığa davamlı bitkilərə bölünə bilər. Tərəvəzlər əsasən işığı sevən bitkilərdir və onların işığın kompensasiya nöqtələri və işığın doyma nöqtələri nisbətən yüksəkdir. Süni işıqlandırma zavodlarında bitkilərin işığın intensivliyinə olan müvafiq tələbləri süni işıq mənbələrinin seçilməsi üçün vacib əsasdır. Müxtəlif bitkilərin işıq tələblərini anlamaq süni işıq mənbələrinin dizaynı üçün vacibdir. Sistemin istehsal göstəricilərini yaxşılaşdırmaq son dərəcə vacibdir.

■ İşıq keyfiyyəti

İşığın keyfiyyətinin (spektral) paylanması da bitki fotosintezinə və morfogenezə mühüm təsir göstərir (Şəkil 1). İşıq şüalanmanın bir hissəsidir, şüalanma isə elektromaqnit dalğasıdır. Elektromaqnit dalğaları dalğa xüsusiyyətlərinə və kvant (hissəcik) xüsusiyyətlərinə malikdir. Bağçılıq sahəsində işığın kvantı foton adlanır. 300-800 nm dalğa uzunluğu diapazonuna malik şüalanma bitkilərin fizioloji cəhətdən aktiv şüalanması; 400-700 nm dalğa uzunluğu diapazonuna malik şüalanma isə bitkilərin fotosintetik cəhətdən aktiv şüalanması (PAR) adlanır.

Xlorofil və karotenlər bitki fotosintezində ən vacib iki piqmentdir. Şəkil 2-də hər bir fotosintetik piqmentin spektral udma spektri göstərilir, burada xlorofil udma spektri qırmızı və mavi zolaqlarda cəmləşmişdir. İşıqlandırma sistemi bitkilərin fotosintezini təşviq etmək üçün bitkilərin işığı süni şəkildə artırmaq üçün spektral ehtiyaclarına əsaslanır.

■ fotoperiod
Fotosintez və bitkilərin fotomorfogenezi ilə gündüzün uzunluğu (və ya fotoperiod vaxtı) arasındakı əlaqə bitkilərin fotoperiodluğu adlanır. Fotoperiodluq işıq saatları ilə sıx bağlıdır ki, bu da məhsulun işıqla şüalanması müddətinə aiddir. Müxtəlif bitkilərin çiçəklənməsi və meyvə verməsi üçün fotoperiodu tamamlamaq üçün müəyyən sayda işıq saatı tələb olunur. Müxtəlif fotoperiodlara görə, onu böyüməsinin müəyyən mərhələsində 12-14 saatdan çox işıq saatı tələb edən kələm və s. kimi uzun gündüz bitkilərinə bölmək olar; soğan, soya və s. kimi qısa gündüz bitkiləri 12-14 saatdan az işıq saatı tələb edir; xiyar, pomidor, bibər və s. kimi orta günəşli bitkilər daha uzun və ya qısa günəş işığı altında çiçəklənə və meyvə verə bilər.
Ətraf mühitin üç elementi arasında işıq intensivliyi süni işıq mənbələrinin seçilməsi üçün vacib əsasdır. Hazırda işıq intensivliyini ifadə etməyin bir çox yolu var, əsasən aşağıdakı üçü.
(1) İşıqlandırma, işıqlandırılmış müstəvidə qəbul edilən işıq axınının (vahid sahəyə düşən işıq axını) səth sıxlığına, lüks (lüks) ilə ifadə olunur.

（2）Fotosintetik cəhətdən aktiv şüalanma, PAR, Vahid：W/m²。

（3）Fotosintez baxımından effektiv foton axını sıxlığı PPFD və ya PPF, vahid vaxta və vahid sahəyə çatan və ya keçən fotosintez baxımından effektiv şüalanmanın sayıdır, vahid：μmol/(m²·s). Əsasən fotosintezlə birbaşa əlaqəli 400~700nm işıq intensivliyinə aiddir. Həmçinin bitki istehsalı sahəsində ən çox istifadə edilən işıq intensivliyi göstəricisidir.

Tipik əlavə işıq sisteminin işıq mənbəyi təhlili
Süni işıq əlavəsi, hədəf sahədə işıq intensivliyini artırmaq və ya bitkilərin işıq tələbatını ödəmək üçün əlavə işıq sistemi quraşdırmaqla işıq müddətini uzatmaqdır. Ümumiyyətlə, əlavə işıq sistemi əlavə işıq avadanlıqlarını, dövrələri və onun idarəetmə sistemini əhatə edir. Əlavə işıq mənbələrinə əsasən közərmə lampaları, flüoresan lampalar, metal halid lampaları, yüksək təzyiqli natrium lampalar və LED-lər kimi bir neçə ümumi növ daxildir. Közərmə lampalarının aşağı elektrik və optik səmərəliliyi, aşağı fotosintetik enerji səmərəliliyi və digər çatışmazlıqlar səbəbindən bazar tərəfindən aradan qaldırılıb, buna görə də bu məqalədə ətraflı təhlil aparılmayıb.

■ Floresan lampa
Floresan lampaları aşağı təzyiqli qaz boşaltma lampaları növünə aiddir. Şüşə boru civə buxarı və ya inert qazla doldurulur və borunun daxili divarı flüoresan toz ilə örtülmüşdür. İşıq rəngi boruda örtülmüş flüoresan materialdan asılı olaraq dəyişir. Flüoresan lampalar yaxşı spektral performansa, yüksək işıq səmərəliliyinə, aşağı gücə, közərmə lampaları ilə müqayisədə daha uzun ömürlüyə (12000 saat) və nisbətən aşağı qiymətə malikdir. Flüoresan lampanın özü daha az istilik yaydığı üçün işıqlandırma üçün bitkilərə yaxın ola bilər və üçölçülü becərmə üçün uyğundur. Lakin, flüoresan lampanın spektral düzülüşü ağlabatan deyil. Dünyada ən çox yayılmış üsul becərmə sahəsindəki bitkilərin effektiv işıq mənbəyi komponentlərini maksimum dərəcədə artırmaq üçün reflektorlar əlavə etməkdir. Yaponiyanın adv-agri şirkəti həmçinin yeni bir növ əlavə işıq mənbəyi HEFL hazırlamışdır. HEFL əslində flüoresan lampalar kateqoriyasına aiddir. Bu, soyuq katod flüoresan lampaları (CCFL) və xarici elektrod flüoresan lampaları (EEFL) üçün ümumi termindir və qarışıq elektrod flüoresan lampadır. HEFL borusu olduqca nazikdir, diametri cəmi 4 mm-dir və uzunluğu becərmə ehtiyaclarına uyğun olaraq 450 mm-dən 1200 mm-ə qədər tənzimlənə bilər. Bu, ənənəvi flüoresan lampanın təkmilləşdirilmiş versiyasıdır.

■ Metal halid lampası
Metal halid lampası, yüksək təzyiqli civə lampası əsasında müxtəlif metal halidləri (qalay bromid, natrium yodid və s.) boşaltma borusuna əlavə etməklə müxtəlif elementləri həyəcanlandıraraq fərqli dalğa uzunluqları yarada bilən yüksək intensivlikli boşaltma lampasıdır. Halojen lampalar yüksək işıq səmərəliliyinə, yüksək gücə, yaxşı işıq rənginə, uzun ömürlülüyə və geniş spektrə malikdir. Lakin, işıq səmərəliliyi yüksək təzyiqli natrium lampalardan daha aşağı və ömrü yüksək təzyiqli natrium lampalardan daha qısa olduğundan, hazırda yalnız bir neçə zavod fabrikində istifadə olunur.

■ Yüksək təzyiqli natrium lampa
Yüksək təzyiqli natrium lampaları yüksək təzyiqli qaz boşaltma lampaları növünə aiddir. Yüksək təzyiqli natrium lampası, yüksək təzyiqli natrium buxarının boşaltma borusuna doldurulduğu və az miqdarda ksenon (Xe) və civə metal halidinin əlavə edildiyi yüksək səmərəlilikli bir lampadır. Yüksək təzyiqli natrium lampaları yüksək elektro-optik çevrilmə səmərəliliyinə və daha aşağı istehsal xərclərinə malik olduğundan, yüksək təzyiqli natrium lampaları hazırda kənd təsərrüfatı müəssisələrində əlavə işığın tətbiqində ən çox istifadə olunur. Lakin, spektrlərindəki aşağı fotosintetik səmərəliliyin çatışmazlıqlarına görə, aşağı enerji səmərəliliyi çatışmazlıqlarına malikdirlər. Digər tərəfdən, yüksək təzyiqli natrium lampalarının yaydığı spektral komponentlər əsasən bitki böyüməsi üçün lazım olan qırmızı və mavi spektrlərdən məhrum olan sarı-narıncı işıq zolağında cəmləşmişdir.

■ İşıq saçan diod
Yeni nəsil işıq mənbələri kimi, işıq yayan diodlar (LED) daha yüksək elektro-optik çevrilmə səmərəliliyi, tənzimlənən spektr və yüksək fotosintetik səmərəlilik kimi bir çox üstünlüklərə malikdir. LED bitki böyüməsi üçün lazım olan monoxromatik işıq yaymağa qadirdir. Adi flüoresan lampalar və digər əlavə işıq mənbələri ilə müqayisədə LED enerjiyə qənaət, ətraf mühitin qorunması, uzun ömür, monoxromatik işıq, soyuq işıq mənbəyi və s. kimi üstünlüklərə malikdir. LED-lərin elektro-optik səmərəliliyinin daha da yaxşılaşdırılması və miqyas effektinin yaratdığı xərclərin azalması ilə LED böyümə işıqlandırma sistemləri kənd təsərrüfatı müəssisələrində işığı tamamlamaq üçün əsas avadanlıq halına gələcək. Nəticədə, LED böyümə işıqları bitki fabriklərinin 99,9%-dən çoxunda tətbiq olunub.

Cədvəl 1-də göstərildiyi kimi, müqayisə yolu ilə müxtəlif əlavə işıq mənbələrinin xüsusiyyətləri aydın şəkildə başa düşülə bilər.

Mobil işıqlandırma cihazı
İşığın intensivliyi bitkilərin böyüməsi ilə sıx bağlıdır. Üçölçülü becərmə tez-tez bitki fabriklərində istifadə olunur. Lakin, becərmə dayaqlarının strukturunun məhdudluğu səbəbindən dayaqlar arasında işığın və temperaturun qeyri-bərabər paylanması məhsulların məhsuldarlığına təsir edəcək və yığım dövrü sinxronlaşdırılmayacaq. Pekindəki bir şirkət 2010-cu ildə əl ilə qaldırıcı işıq əlavə cihazı (HPS işıqlandırma qurğusu və LED böyümə işıqlandırma qurğusu) uğurla hazırlamışdır. Prinsip, tel ipi geri çəkmək və açmaq məqsədinə çatmaq üçün kiçik film çarxını fırlatmaq üçün sapı silkələməklə sürücü şaftını və ona bərkidilmiş sarğı fırlatmaqdır. Böyümə işığının tel ipi böyümə işığının hündürlüyünü tənzimləmək effektinə nail olmaq üçün bir neçə geri dönən təkər dəsti vasitəsilə liftin sarğı çarxına birləşdirilir. 2017-ci ildə yuxarıda adı çəkilən şirkət, məhsulun böyümə ehtiyaclarına uyğun olaraq işıq əlavəsinin hündürlüyünü real vaxt rejimində avtomatik olaraq tənzimləyə bilən yeni bir mobil işıq əlavə cihazı hazırlamış və inkişaf etdirmişdir. Tənzimləmə cihazı artıq 3 qatlı işıq mənbəyi qaldırıcı tipli üçölçülü becərmə dayağına quraşdırılmışdır. Cihazın üst təbəqəsi ən yaxşı işıqlandırma şəraitinə malik səviyyədir, ona görə də yüksək təzyiqli natrium lampalarla təchiz olunub; orta təbəqə və alt təbəqə LED becərmə işıqları və qaldırma tənzimləmə sistemi ilə təchiz olunub. Məhsullar üçün uyğun işıqlandırma mühiti təmin etmək üçün becərmə işığının hündürlüyünü avtomatik olaraq tənzimləyə bilər.

Üçölçülü becərmə üçün hazırlanmış mobil işıq əlavə cihazı ilə müqayisədə, Hollandiya üfüqi hərəkətli LED böyümə işığı əlavə işıq cihazı hazırlamışdır. Günəşdə bitkilərin böyüməsinə böyümə işığının kölgəsinin təsirinin qarşısını almaq üçün böyümə işığı sistemi teleskopik sürüşmə vasitəsilə üfüqi istiqamətdə mötərizənin hər iki tərəfinə itələnə bilər ki, günəş bitkilərə tam şüalansın; günəş işığı olmayan buludlu və yağışlı günlərdə böyümə işığı sisteminin işığının bitkiləri bərabər şəkildə doldurması üçün böyümə işığı sistemini mötərizənin ortasına itələyin; böyümə işığı sistemini mötərizənin üzərindəki sürüşmə vasitəsilə üfüqi şəkildə hərəkət etdirin, böyümə işığı sisteminin tez-tez sökülməsindən və çıxarılmasından çəkinin və işçilərin əmək intensivliyini azaldın, beləliklə iş səmərəliliyini effektiv şəkildə artırın.

Tipik böyümə işıqlandırma sisteminin dizayn ideyaları
Mobil işıqlandırma əlavə cihazının dizaynından görmək çətin deyil ki, bitki fabrikinin əlavə işıqlandırma sisteminin dizaynı adətən müxtəlif məhsul böyümə dövrlərinin işıq intensivliyini, işıq keyfiyyətini və fotoperiodun parametrlərini dizaynın əsas məzmunu kimi qəbul edir, ağıllı idarəetmə sisteminə əsaslanaraq enerjiyə qənaət və yüksək məhsuldarlıq kimi əsas məqsədə çatır.

Hazırda yarpaqlı tərəvəzlər üçün əlavə işığın dizaynı və qurulması tədricən yetkinləşmişdir. Məsələn, yarpaqlı tərəvəzlər dörd mərhələyə bölünə bilər: şitil mərhələsi, orta böyümə, gec böyümə və son mərhələ; meyvə-tərəvəzlər şitil mərhələsi, vegetativ böyümə mərhələsi, çiçəkləmə mərhələsi və yığım mərhələsinə bölünə bilər. Əlavə işığın intensivliyinin xüsusiyyətlərinə görə, şitil mərhələsindəki işığın intensivliyi bir qədər aşağı, 60-200 μmol/(m²·s) olmalıdır və sonra tədricən artmalıdır. Hər böyümə dövründə bitki fotosintezinin işıq intensivliyi tələblərini təmin etmək və yüksək məhsuldarlıq ehtiyaclarını ödəmək üçün yarpaqlı tərəvəzlər 100-200 μmol/(m²·s)-ə, meyvə tərəvəzləri isə 300-500 μmol/(m²·s)-ə çata bilər; İşıq keyfiyyəti baxımından qırmızı ilə mavinin nisbəti çox vacibdir. Fidanların keyfiyyətini artırmaq və şitil mərhələsində həddindən artıq böyümənin qarşısını almaq üçün qırmızı ilə mavinin nisbəti ümumiyyətlə aşağı səviyyədə [(1~2:1] müəyyən edilir və sonra bitki işıq morfologiyasının ehtiyaclarını ödəmək üçün tədricən azaldılır. Qırmızı ilə mavinin yarpaqlı tərəvəzlərə nisbəti (3~6):1 olaraq təyin edilə bilər. Fotoperiod üçün, işıq intensivliyinə bənzər şəkildə, böyümə dövrünün uzanması ilə artma meyli göstərməlidir ki, yarpaqlı tərəvəzlər fotosintez üçün daha çox fotosintetik vaxta sahib olsunlar. Meyvə və tərəvəzlərin işıq əlavəsi dizaynı daha mürəkkəb olacaq. Yuxarıda qeyd olunan əsas qanunlara əlavə olaraq, çiçəkləmə dövründə fotoperiodun qurulmasına diqqət yetirməliyik və tərəvəzlərin çiçəklənməsi və meyvə verməsi təşviq edilməlidir ki, əks təsir göstərməsin.

Qeyd etmək lazımdır ki, işıq formuluna işıq mühiti üçün son müalicə daxil edilməlidir. Məsələn, davamlı işıq əlavəsi hidroponik yarpaqlı tərəvəz şitillərinin məhsuldarlığını və keyfiyyətini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər və ya cücərtilərin və yarpaqlı tərəvəzlərin (xüsusilə bənövşəyi yarpaqlar və qırmızı yarpaq kahı) qida keyfiyyətini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırmaq üçün UB müalicəsi istifadə edə bilər.

Seçilmiş bitkilər üçün işıq əlavələrini optimallaşdırmaqla yanaşı, son illərdə bəzi süni işıqlandırma bitki fabriklərinin işıq mənbəyi idarəetmə sistemi də sürətlə inkişaf etmişdir. Bu idarəetmə sistemi ümumiyyətlə B/S strukturuna əsaslanır. Bitkilərin böyüməsi zamanı temperatur, rütubət, işıq və CO2 konsentrasiyası kimi ətraf mühit amillərinin uzaqdan idarə olunması və avtomatik idarə olunması WIFI vasitəsilə həyata keçirilir və eyni zamanda xarici şəraitlə məhdudlaşmayan istehsal üsulu tətbiq olunur. Bu cür ağıllı əlavə işıq sistemi, LED böyümə işıq qurğusundan əlavə işıq mənbəyi kimi istifadə edir, uzaqdan ağıllı idarəetmə sistemi ilə birləşdirilir, bitki dalğa uzunluğu işıqlandırmasının ehtiyaclarını ödəyə bilər, xüsusilə işığa nəzarət edilən bitki becərmə mühiti üçün uyğundur və bazar tələbatını yaxşı ödəyə bilər.

Yekun qeydlər
Bitki fabrikləri 21-ci əsrdə dünya resursları, əhali və ətraf mühit problemlərini həll etməyin vacib yolu və gələcək yüksək texnologiyalı layihələrdə qida ilə özünütəmin etməyə nail olmağın vacib yolu hesab olunur. Yeni bir kənd təsərrüfatı istehsalı metodu növü olaraq, bitki fabrikləri hələ də öyrənmə və böyümə mərhələsindədir və daha çox diqqət və tədqiqat tələb olunur. Bu məqalədə bitki fabriklərində ümumi əlavə işıqlandırma metodlarının xüsusiyyətləri və üstünlükləri təsvir edilir və tipik bitki əlavə işıqlandırma sistemlərinin dizayn ideyaları təqdim olunur. Davamlı buludlu və dumanlı hava şəraitinin yaratdığı az işıqlandırma ilə mübarizə aparmaq və müəssisə bitkilərinin yüksək və sabit istehsalını təmin etmək üçün müqayisə yolu ilə tapmaq çətin deyil, LED Grow işıq mənbəyi avadanlıqları mövcud inkişaf tendensiyalarına ən uyğundur.

Bitki fabriklərinin gələcək inkişaf istiqaməti yeni yüksək dəqiqlikli, ucuz sensorlara, məsafədən idarə olunan, tənzimlənən spektrli işıqlandırma cihaz sistemlərinə və ekspert idarəetmə sistemlərinə yönəlməlidir. Eyni zamanda, gələcək bitki fabrikləri ucuz, ağıllı və özünə uyğunlaşan inkişafa doğru davam edəcək. LED böyümə işıq mənbələrinin istifadəsi və populyarlaşdırılması bitki fabriklərinin yüksək dəqiqlikli ətraf mühit nəzarəti üçün zəmanət verir. LED işıq mühitinin tənzimlənməsi işıq keyfiyyətinin, işıq intensivliyinin və fotoperiodun hərtərəfli tənzimlənməsini əhatə edən mürəkkəb bir prosesdir. Müvafiq mütəxəssislər və alimlər süni işıqlandırma zavodlarında LED əlavə işıqlandırmanı təşviq etmək üçün dərin tədqiqatlar aparmalıdırlar.