著者：Jing Zhao、Zengchan Zhou、Yunlong buなど。ソースメディア：農業工学技術（温室園芸栽培）

プラントファクトリーは、近代的な産業、バイオテクノロジー、栄養水力発電、情報技術を組み合わせて、施設内の環境要因の高精度制御を実施しています。それは完全に密閉されており、周囲の環境では低い要件があり、植物の収穫期間を短縮し、水と肥料を節約し、非農薬生産の利点と廃棄物の排出なしで、ユニットの土地利用効率はその40〜108倍です。オープンフィールド生産の。その中で、インテリジェントな人工光源とその光環境規制は、その生産効率に決定的な役割を果たしています。

重要な物理的環境要因として、光は植物の成長と材料代謝の調節において重要な役割を果たします。 「植物工場の主な特徴の1つは、完全な人工光源であり、光環境のインテリジェントな規制の実現」が業界で一般的なコンセンサスとなっています。

植物の光の必要性

光は、植物の光合成の唯一のエネルギー源です。光の強度、光の品質（スペクトル）、および光の周期的な変化は、作物の成長と発達に大きな影響を及ぼし、その中で光強度が植物の光合成に最も大きな影響を与えます。

■ 光強度

光の強度は、開花、節間の長さ、茎の厚さ、葉のサイズや厚さなど、作物の形態を変える可能性があります。光強度のための植物の要件は、光を好む、中灯を愛する、低光耐性植物に分けることができます。野菜は主に軽い植物であり、その光補償ポイントと光飽和点は比較的高いです。人工光植物工場では、光強度のための作物の関連要件は、人工光源を選択するための重要な基礎です。さまざまな植物の光要件を理解することは、人工光源を設計するために重要であり、システムの生産性能を改善することが非常に必要です。

■ 軽い品質

光品質（スペクトル）分布は、植物の光合成と形態形成にも重要な影響を及ぼします（図1）。光は放射線の一部であり、放射線は電磁波です。電磁波には、波の特性と量子（粒子）特性があります。光の量は、園芸分野の光子と呼ばれます。 300〜800nmの波長範囲の放射は、植物の生理学的に活性な放射と呼ばれます。 400〜700nmの波長範囲の放射は、植物の光合成的に活性な放射線（PAR）と呼ばれます。

クロロフィルとカロテンは、植物の光合成における2つの最も重要な色素です。図2は、クロロフィル吸収スペクトルが赤と青のバンドに集中している各光合成色素のスペクトル吸収スペクトルを示しています。照明システムは、植物の光合成を促進するために、人為的に光を補うための作物のスペクトルニーズに基づいています。

■光周期
植物の光合成と光動力形成と日の長さ（または光周期時間）の関係は、植物の光周期性と呼ばれます。光周期は光時間に密接に関連しており、これは作物に光によって照射される時間を指します。作物ごとに、光周期を完成させて実を結ぶために、一定の時間数の光が必要です。さまざまな光周期によると、キャベツなどの長年の作物に分けることができます。この作物は、成長の特定の段階で12〜14時間以上の光時間を必要とします。玉ねぎ、大豆などの短い日数は、12〜14時間未満の照明時間を必要とします。キュウリ、トマト、ピーマンなどの中産の作物は、より長いまたは短い日光の下で咲き、実を結ぶことができます。
環境の3つの要素の中で、光強度は人工光源を選択するための重要な基礎です。現在、主に次の3つを含む光強度を表現する多くの方法があります。
（1）照明とは、ルクス（LX）の照らされた平面で受信した光磁束（単位面積あたりの光束）の表面密度を指します。

（2）光合成的に活性な放射、PAR、ユニット：w/m²。

（3）光合成的に有効な光子流束密度PPFDまたはPPFは、単位時間と単位面積に到達または通過する光合成的に有効な放射の数です。光合成に直接関連しています。また、植物生産の分野で最も一般的に使用される光強度インジケーターでもあります。

典型的な補足光システムの光源分析
人工光のサプリメントは、ターゲットエリアの光強度を高めるか、植物の光需要を満たすためにサプリメント光システムを設置することにより、軽時間を延長することです。一般的に言えば、補足光システムには、補足光機器、回路、およびその制御システムが含まれています。補足光源には、主に白熱灯、蛍光灯、金属ハロゲン化物ランプ、高圧ナトリウムランプ、LEDなど、いくつかの一般的なタイプが含まれています。白熱灯の電気的および光学的効率が低いため、光合成エネルギー効率が低く、その他の欠点があるため、市場によって排除されているため、この記事では詳細な分析は行われません。

■蛍光ランプ
蛍光ランプは、低圧ガス排出ランプの種類に属します。ガラスチューブは水銀蒸気または不活性ガスで満たされ、チューブの内壁は蛍光粉末でコーティングされています。明るい色は、チューブにコーティングされた蛍光材料によって異なります。蛍光ランプは、良好なスペクトル性能、高発光効率、低電力、白熱灯と比較して長寿命（12000H）、比較的低コストを備えています。蛍光ランプ自体は熱が少ないため、照明のために植物に近づくことができ、3次元栽培に適しています。ただし、蛍光ランプのスペクトルレイアウトは不合理です。世界で最も一般的な方法は、栽培エリアの作物の効果的な光源成分を最大化するために反射器を追加することです。日本のAdv-Agri会社は、新しいタイプの補足光源HEFLも開発しました。 HEFLは、実際には蛍光ランプのカテゴリに属します。これは、コールドカソード蛍光ランプ（CCFL）および外部電極蛍光ランプ（EEFL）の一般的な用語であり、混合電極蛍光ランプです。 HEFLチューブは非常に薄く、直径は約4mmで、栽培のニーズに応じて長さは450mmから1200mmに調整できます。従来の蛍光ランプの改良バージョンです。

■メタルハロゲン化物ランプ
金属ハロゲン化物ランプは、高圧力水銀ランプに基づいて放電チューブにさまざまな金属製のハロゲン化物（ブリミドティン、ヨウ化ナトリウムなど）を加えることで、異なる元素を励起して異なる波長を生成するために異なる元素を励起できる高輝度排出ランプです。ハロゲンランプは、高発光効率、高出力、良い色、長寿命、大きなスペクトルを持っています。ただし、明るい効率は高圧ナトリウムランプの効率よりも低く、寿命は高圧ナトリウムランプの効率よりも短いため、現在、少数の植物工場でのみ使用されています。

■高圧ナトリウムランプ
高圧ナトリウムランプは、高圧ガス排出ランプの種類に属します。高圧ナトリウムランプは、高圧ナトリウム蒸気を排出管に満たす高効率ランプであり、少量のキセノン（XE）と水銀金属ハロゲン化物が加えられます。高圧ナトリウムランプは、製造コストが低いため、電気光学的変換効率が高いため、現在、高圧ナトリウムランプは農業施設での補足光の適用に最も広く使用されています。ただし、そのスペクトルの光合成効率が低いという欠点により、エネルギー効率が低いという欠点があります。一方、高圧ナトリウムランプによって放出されるスペクトル成分は、主に黄色オレンジ色のライトバンドに集中しており、植物の成長に必要な赤と青のスペクトルがありません。

■光発現ダイオード
新世代の光源として、光発光ダイオード（LED）には、より高い電気光学的変換効率、調整可能なスペクトル、高光合成効率など、多くの利点があります。 LEDは、植物の成長に必要な単色光を発することができます。通常の蛍光灯やその他の補足光源と比較して、LEDには省エネ、環境保護、長寿命、単色光、冷たい光源などの利点があります。 LEDの電気光学効率のさらなる改善とスケール効果によって引き起こされるコストの削減により、LED成長照明システムは農業施設の光を補うための主流の機器になります。その結果、LED Grow Lightsは99.9％の植物工場を超えて適用されています。

比較を通じて、表1に示すように、さまざまな補足光源の特性を明確に理解できます。

モバイル照明デバイス
光の強度は、作物の成長と密接に関連しています。植物工場では、3次元栽培がよく使用されます。ただし、栽培ラックの構造が制限されているため、ラック間の光と温度の不均一な分布は作物の収量に影響し、収穫期間は同期されません。北京の企業は、2010年に手動リフティングライトサプリメントデバイス（HPS照明器具とLED Grow照明器具）の開発に成功しました。原則は、ドライブシャフトとワインダーを回転させ、ハンドルを振って小さなフィルムリールを回転させることで固定することです。ワイヤーロープを撤回して巻き戻すという目的を達成するため。成長光のワイヤーロープは、成長光の高さを調整する効果を実現するために、複数の逆転ホイールのセットを介してエレベーターの曲がりくねったホイールに接続されています。 2017年、上記の会社は新しいモバイルライトサプリメントデバイスを設計および開発しました。これにより、作物の成長ニーズに応じてライトサプリメントの高さをリアルタイムで自動的に調整できます。調整デバイスは、3層の光源リフティングタイプの3次元栽培ラックに設置されています。デバイスの最上層は、最高の光条件を持つレベルであるため、高圧ナトリウムランプが装備されています。中間層と下層には、LED Growライトとリフティング調整システムが装備されています。成長光の高さを自動的に調整して、作物に適した照明環境を提供できます。

3次元栽培に合わせたモバイルライトサプリメントデバイスと比較して、オランダは水平に可動のLED Grow Light Supplement Light Lightデバイスを開発しました。太陽の中の植物の成長に対する成長光の影の影響を避けるために、成長光システムは、水平方向の伸縮式スライドを通してブラケットの両側に押し込むことができ、太陽が完全になるように植物に照射された;日光のない曇りや雨の日に、成長光システムをブラケットの中央に押して、成長光システムの光を均等に埋めるようにします。ブラケットのスライドを介して成長光システムを水平に動かし、頻繁に分解して成長光システムの除去を避け、従業員の労働強度を低下させ、仕事の効率を効果的に改善します。

典型的な成長光システムの設計アイデア
モバイル照明補足装置の設計から、植物工場の補足照明システムの設計が、通常、さまざまな作物成長期間の光強度、軽質、光周期のパラメーターを設計のコア含有量として使用することを確認するのは難しくありません。 、インテリジェント制御システムに依存して実装し、省エネと高収量の究極の目標を達成します。

現在、緑豊かな野菜の補足光の設計と構造は徐々に成熟しています。たとえば、緑豊かな野菜は、苗の段階、成長中期、後期後期、および終了段階の4つの段階に分けることができます。果物菜食物は、苗の段階、栄養成長段階、開花段階、収穫段階に分けることができます。補足光強度の属性から、苗の段階の光強度は60〜200μmol/（m²・s）でわずかに低く、その後徐々に増加する必要があります。緑豊かな野菜は最大100〜200μmol/（m²・s）に達する可能性があり、果物野菜は300〜500μmol/（m²・s）に達することができ、各成長期における植物の光合成の光強度要件を確保し、のニーズを満たすことができます高収量;光の品質に関しては、赤と青の比率は非常に重要です。苗の品質を高め、苗の段階での過度の成長を防ぐために、赤と青の比率は一般に低いレベルに設定されています[（1〜2）：1]、そして徐々に減少して植物のニーズを満たすために減少します光の形態。赤と青の葉野菜の比率は、（3〜6）：1に設定できます。光周期と同様に、光周期と同様に、緑豊かな野菜が光合成のためにより多くの光合成時間を持つように、成長期の拡張とともに増加する傾向を示すはずです。果物や野菜のライトサプリメントデザインはより複雑になります。上記の基本法に加えて、開花期の光周期の設定に焦点を当てる必要があり、野菜の開花と結実を促進しなければなりません。

光式には、光環境設定の最終処理を含める必要があることに言及する価値があります。たとえば、継続的な光補給は、水耕栽培葉のある野菜の苗の収量と品質を大幅に改善するか、UV治療を使用して、芽と緑豊かな野菜（特に紫色の葉と赤い葉のレタス）の栄養品質を大幅に改善します。

選択した作物の光補給の最適化に加えて、いくつかの人工光植物工場の光源制御システムも近年急速に発展しています。この制御システムは、通常、B/S構造に基づいています。作物の成長中の温度、湿度、光、CO2濃度などの環境要因のリモート制御と自動制御は、WiFiを通じて実現され、同時に外部条件によって制限されない生産方法が実現されます。この種のインテリジェントな補足光システムは、補足光源とリモートインテリジェント制御システムと組み合わせて、植物波長照明のニーズを満たすことができ、特に光制御された植物栽培環境に適しており、市場の需要を満たすことができ、 。

結論の発言
植物工場は、21世紀の世界資源、人口、環境問題を解決するための重要な方法であり、将来のハイテクプロジェクトで食品の自給自足を達成する重要な方法と考えられています。新しいタイプの農業生産方法として、植物工場はまだ学習と成長の段階にあり、より多くの注意と研究が必要です。この記事では、植物工場における一般的な補足照明法の特徴と利点について説明し、典型的な作物補足照明システムの設計アイデアを紹介します。連続した曇りやhazeなどの厳しい気象によって引き起こされる低光に対処し、施設作物の高く安定した生産を確保するために、比較を通じて見つけることは難しくありません。LEDの成長光源機器は、現在の開発に最も沿っていますトレンド。

植物工場の将来の開発方向は、新しい高精度、低コストセンサー、リモート制御可能な調整可能なスペクトル照明装置システム、および専門家の制御システムに焦点を当てる必要があります。同時に、将来の植物工場は、低コスト、インテリジェント、自己適応性に向けて発展し続けます。 LED成長光源の使用と普及は、植物工場の高精度環境制御の保証を提供します。 LED光環境規制は、光の品質、光強度、および光周期の包括的な規制を含む複雑なプロセスです。関連する専門家と学者は、詳細な研究を行い、人工光植物工場でのLED補足照明を促進する必要があります。