Муаллиф: Ҷинг Чжао, Зенчан Чжоу, Юнлонг Бу ва ғайра. Манбаъ: Технологияи муҳандисии кишоварзӣ (боғдории гармхонаҳо)

Корхонаи растанӣ саноати муосир, биотехнология, гидропоникаи маводи ғизоӣ ва технологияи иттилоотиро муттаҳид мекунад, то назорати дақиқи омилҳои экологӣ дар иншоотро амалӣ кунад. Он пурра пӯшида аст, ба муҳити атроф талаботи кам дорад, давраи ҷамъоварии растаниҳоро кӯтоҳ мекунад, об ва нуриҳоро сарфа мекунад ва бо бартариҳои истеҳсоли бе пеститсидҳо ва набудани партовҳо, самаранокии истифодаи замин аз 40 то 108 маротиба нисбат ба истеҳсоли майдони кушод зиёдтар аст. Дар байни онҳо, манбаи интеллектуалии сунъии рӯшноӣ ва танзими муҳити рӯшноии он дар самаранокии истеҳсоли он нақши ҳалкунанда мебозанд.

Ҳамчун омили муҳими физикии муҳити зист, рӯшноӣ дар танзими афзоиши растанӣ ва мубодилаи моддаҳо нақши калидӣ мебозад. «Яке аз хусусиятҳои асосии корхонаи растанӣ манбаи пурраи сунъии рӯшноӣ ва амалӣ кардани танзими оқилонаи муҳити рӯшноӣ мебошад» дар соҳа ба як тавофуқи умумӣ табдил ёфтааст.

Ниёзи растаниҳо ба нур

Рӯшноӣ ягона манбаи энергияи фотосинтези растанӣ аст. Шиддати рӯшноӣ, сифати рӯшноӣ (спектр) ва тағйироти даврии рӯшноӣ ба афзоиш ва инкишофи зироатҳо таъсири амиқ мерасонанд, ки дар байни онҳо шиддати рӯшноӣ ба фотосинтези растанӣ таъсири бештар мерасонад.

■ Шиддати рӯшноӣ

Шиддати рӯшноӣ метавонад морфологияи зироатҳоро, ба монанди гулкунӣ, дарозии байни гиреҳҳо, ғафсии поя ва андоза ва ғафсии баргро тағйир диҳад. Талаботи растаниҳоро барои шиддати рӯшноӣ метавон ба растаниҳои рӯшноӣдӯст, миёнадӯст ва ба нури кам тобовар тақсим кард. Сабзавот асосан растаниҳои рӯшноӣдӯст мебошанд ва нуқтаҳои ҷуброни рӯшноӣ ва нуқтаҳои сершавии рӯшноӣ нисбатан баланд мебошанд. Дар корхонаҳои растаниҳои рӯшноии сунъӣ, талаботи дахлдори зироатҳо барои шиддати рӯшноӣ асоси муҳим барои интихоби манбаъҳои рӯшноии сунъӣ мебошанд. Фаҳмидани талаботи рӯшноии растаниҳои гуногун барои тарҳрезии манбаъҳои рӯшноии сунъӣ муҳим аст. Беҳтар кардани самаранокии истеҳсолии система хеле муҳим аст.

■ Сифати рӯшноӣ

Тақсимоти сифати рӯшноӣ (спектрӣ) инчунин ба фотосинтез ва морфогенези растанӣ таъсири муҳим мерасонад (Расми 1). Рӯшноӣ қисми радиатсия аст ва радиатсия мавҷи электромагнитӣ мебошад. Мавҷҳои электромагнитӣ хусусиятҳои мавҷӣ ва хусусиятҳои квантӣ (зарраҳо) доранд. Кванти рӯшноӣ дар соҳаи боғдорӣ фотон номида мешавад. Радиатсия бо диапазони дарозии мавҷи 300~800 нм радиатсияи фаъоли физиологии растаниҳо номида мешавад; ва радиатсия бо диапазони дарозии мавҷи 400~700 нм радиатсияи фаъоли фотосинтетикӣ (PAR)-и растаниҳо номида мешавад.

Хлорофилл ва каротинҳо ду пигменти муҳимтарин дар фотосинтези растанӣ мебошанд. Расми 2 спектри ҷабби спектрии ҳар як пигменти фотосинтетикиро нишон медиҳад, ки дар он спектри ҷабби хлорофилл дар рахҳои сурх ва кабуд мутамарказ шудааст. Системаи равшанӣ ба ниёзҳои спектрии зироатҳо барои пурра кардани сунъии рӯшноӣ асос ёфтааст, то фотосинтези растаниҳоро беҳтар созад.

■ фотодаври
Робитаи байни фотосинтез ва фотоморфогенези растаниҳо ва дарозии рӯз (ё вақти фотопериод) фотопериоддии растаниҳо номида мешавад. Фотопериоддии растаниҳо бо соатҳои рӯшноӣ зич алоқаманд аст, ки ба вақти нурафкании зироат ишора мекунад. Зироатҳои гуногун барои ба итмом расонидани фотопериод барои гул кардан ва мева додан ба миқдори муайяни соатҳои рӯшноӣ ниёз доранд. Мувофиқи фотопериодҳои гуногун, онро метавон ба зироатҳои рӯзи дароз, ба монанди карам ва ғайра тақсим кард, ки дар марҳилаи муайяни нашъунамои худ беш аз 12-14 соат соатҳои рӯшноӣ талаб мекунанд; зироатҳои рӯзи кӯтоҳ, ба монанди пиёз, лӯбиёи соя ва ғайра, камтар аз 12-14 соат соатҳои рӯшноӣ талаб мекунанд; зироатҳои миёнаи офтобӣ, ба монанди бодиринг, помидор, қаламфур ва ғайра, метавонанд дар зери нури дарозтар ё кӯтоҳтари офтоб гул кунанд ва мева диҳанд.
Дар байни се унсури муҳити зист, шиддати рӯшноӣ асоси муҳим барои интихоби манбаъҳои сунъии рӯшноӣ мебошад. Дар айни замон, роҳҳои зиёди ифодаи шиддати рӯшноӣ мавҷуданд, ки асосан сетои зеринро дар бар мегиранд.
(1) Равшанӣ ба зичии сатҳии ҷараёни рӯшноӣ (ҷараёни рӯшноӣ барои як воҳиди масоҳат), ки дар сатҳи рӯшноӣ гирифта шудааст, дар люкс (люкс) ишора мекунад.

(2) Радиатсияи фотосинтетикӣ фаъол, PAR, Воҳид: Вт/м².

(3) Зичии ҷараёни фотонии фотосинтетикӣ самаранок PPFD ё PPF шумораи радиатсияи фотосинтетикӣ самаранок аст, ки ба воҳиди вақт ва масоҳати воҳидӣ мерасад ё аз он мегузарад, воҳид: мкмол/(м²·с). Асосан ба шиддати рӯшноии 400 ~ 700 нм дахл дорад, ки мустақиман бо фотосинтез алоқаманд аст. Он инчунин нишондиҳандаи маъмултарин дар соҳаи истеҳсоли растанӣ мебошад.

Таҳлили манбаи рӯшноӣ дар системаи маъмулии рӯшноии иловагӣ
Иловаи нури сунъӣ барои зиёд кардани шиддати нур дар минтақаи мақсаднок ё дароз кардани вақти нур бо насби системаи нури иловагӣ барои қонеъ кардани ниёзҳои растаниҳо мебошад. Умуман, системаи нури иловагӣ таҷҳизоти нури иловагӣ, схемаҳо ва системаи идоракунии онро дар бар мегирад. Манбаъҳои нури иловагӣ асосан якчанд намудҳои маъмулро дар бар мегиранд, ба монанди чароғҳои тафсон, чароғҳои флуоресцентӣ, чароғҳои галогении металлӣ, чароғҳои натрийи фишори баланд ва LED. Аз сабаби самаранокии пасти барқӣ ва оптикии чароғҳои тафсон, самаранокии пасти энергияи фотосинтетикӣ ва дигар камбудиҳо, он аз ҷониби бозор бартараф карда шудааст, аз ин рӯ, дар ин мақола таҳлили муфассал оварда нашудааст.

■ Чароғи флуоресцентӣ
Чароғҳои флуоресентӣ ба навъи чароғҳои разряди гази фишори паст тааллуқ доранд. Найчаи шишагӣ бо буғи симоб ё гази инертӣ пур карда шудааст ва девори дарунии найча бо хокаи флуоресентӣ пӯшонида шудааст. Ранги рӯшноӣ вобаста ба маводи флуоресентие, ки дар найча пӯшонида шудааст, фарқ мекунад. Чароғҳои флуоресентӣ дар муқоиса бо чароғҳои тафсон дорои самаранокии хуби спектрӣ, самаранокии баланди рӯшноӣ, қувваи кам, мӯҳлати дарозтар (12000 соат) ва арзиши нисбатан паст мебошанд. Азбаски худи чароғи флуоресентӣ гармии камтар мебарорад, он метавонад барои равшанӣ ба растаниҳо наздик бошад ва барои парвариши сеченака мувофиқ аст. Аммо, тарҳбандии спектрии чароғи флуоресентӣ ғайримантиқӣ аст. Усули маъмултарин дар ҷаҳон илова кардани инъикоскунандаҳо барои ба ҳадди аксар расонидани ҷузъҳои самараноки манбаи рӯшноии зироатҳо дар минтақаи кишт мебошад. Ширкати adv-agri Ҷопон инчунин як навъи нави манбаи иловагии рӯшноии HEFL-ро таҳия кардааст. HEFL дар асл ба категорияи чароғҳои флуоресентӣ тааллуқ дорад. Ин истилоҳи умумӣ барои чароғҳои флуоресентии катоди хунук (CCFL) ва чароғҳои флуоресентии электроди беруна (EEFL) мебошад ва чароғи флуоресентии электроди омехта мебошад. Найчаи HEFL хеле тунук буда, диаметри он ҳамагӣ тақрибан 4 мм аст ва дарозии онро аз 450 мм то 1200 мм мувофиқи ниёзҳои парвариш танзим кардан мумкин аст. Ин як версияи такмилёфтаи чароғи анъанавии флуоресцентӣ мебошад.

■ Чароғи галогении металлӣ
Чароғи галогении металлӣ як чароғи разрядии баландшиддат аст, ки метавонад унсурҳои гуногунро барои тавлиди дарозии мавҷҳои гуногун бо илова кардани галогенидҳои гуногуни металлӣ (бромиди қалъагӣ, йодиди натрий ва ғайра) дар найчаи разряд дар асоси чароғи симоби фишори баланд барангезад. Чароғҳои галогенӣ самаранокии баланди рӯшноӣ, қувваи баланд, ранги хуби рӯшноӣ, умри дароз ва спектри васеъ доранд. Аммо, азбаски самаранокии рӯшноӣ нисбат ба чароғҳои натрийи фишори баланд пасттар аст ва умри онҳо нисбат ба чароғҳои натрийи фишори баланд кӯтоҳтар аст, он дар айни замон танҳо дар чанд корхонаи истеҳсолӣ истифода мешавад.

■ Чароғи натрийи фишори баланд
Чароғҳои натрийи фишори баланд ба навъи чароғҳои разрядкунандаи гази фишори баланд тааллуқ доранд. Чароғи натрийи фишори баланд чароғи самараноки баланд аст, ки дар он буғи натрийи фишори баланд дар найчаи разряд пур карда мешавад ва миқдори ками ксенон (Xe) ва галогениди металли симоб илова карда мешавад. Азбаски чароғҳои натрийи фишори баланд самаранокии баланди табдили электрооптикӣ бо хароҷоти камтари истеҳсолӣ доранд, чароғҳои натрийи фишори баланд айни замон дар истифодаи нури иловагӣ дар иншооти кишоварзӣ васеъ истифода мешаванд. Аммо, аз сабаби камбудиҳои самаранокии пасти фотосинтезӣ дар спектри онҳо, онҳо камбудиҳои самаранокии пасти энергияро доранд. Аз тарафи дигар, ҷузъҳои спектрии аз ҷониби чароғҳои натрийи фишори баланд хориҷшаванда асосан дар банди рӯшноии зард-норанҷӣ ҷамъ шудаанд, ки спектрҳои сурх ва кабудро, ки барои афзоиши растанӣ заруранд, надоранд.

■ Диоди рӯшноӣ
Ҳамчун насли нави манбаъҳои рӯшноӣ, диодҳои рӯшноӣ (LED) бартариҳои зиёде доранд, аз қабили самаранокии баланди табдили электрооптикӣ, спектри танзимшаванда ва самаранокии баланди фотосинтезӣ. LED метавонад нури монохроматӣ, ки барои афзоиши растанӣ зарур аст, барорад. Дар муқоиса бо лампаҳои оддии флуоресцентӣ ва дигар манбаъҳои иловагии рӯшноӣ, LED бартариҳои сарфаи энергия, ҳифзи муҳити зист, умри дароз, нури монохроматӣ, манбаи нури хунук ва ғайраро дорад. Бо беҳтар шудани минбаъдаи самаранокии электрооптикии LED ва коҳиши хароҷоте, ки аз таъсири миқёс ба вуҷуд омадааст, системаҳои равшании парвариши LED ба таҷҳизоти асосӣ барои илова кардани нур дар иншооти кишоварзӣ табдил хоҳанд ёфт. Дар натиҷа, чароғҳои парвариши LED дар беш аз 99,9% корхонаҳои растанӣ истифода шудаанд.

Тавассути муқоиса, хусусиятҳои манбаъҳои иловагии гуногуни рӯшноиро, тавре ки дар Ҷадвали 1 нишон дода шудааст, ба таври возеҳ фаҳмидан мумкин аст.

Дастгоҳи равшанидиҳандаи мобилӣ
Шиддати рӯшноӣ бо афзоиши зироатҳо зич алоқаманд аст. Кишти сеченака аксар вақт дар корхонаҳои растанӣ истифода мешавад. Аммо, аз сабаби маҳдудияти сохтори рафҳои кишт, тақсимоти нобаробари рӯшноӣ ва ҳарорат байни рафҳо ба ҳосили зироатҳо таъсир мерасонад ва давраи ҷамъоварӣ ҳамоҳанг карда намешавад. Як ширкат дар Пекин дар соли 2010 бомуваффақият дастгоҳи иловагии нури бардорандаи дастӣ (асбоби равшании HPS ва асбоби равшании парвариши LED)-ро таҳия кардааст. Принсип дар он аст, ки меҳвари гардонанда ва печонандаи ба он насбшуда бо ларзиши дастак барои гардиши ғалтаки хурди плёнка барои ноил шудан ба ҳадафи кашолакунӣ ва кушодани ресмони симӣ гардиш карда шавад. Ресмони симии чароғи парвариш бо чархи печонидашавандаи лифт тавассути маҷмӯи сершумори чархҳои баръакс пайваст карда шудааст, то ба таъсири танзими баландии чароғи парвариш ноил гардад. Дар соли 2017, ширкати дар боло зикршуда дастгоҳи нави мобилии иловагии нурро тарҳрезӣ ва таҳия кард, ки метавонад баландии иловагии нурро дар вақти воқеӣ мувофиқи ниёзҳои афзоиши зироат ба таври худкор танзим кунад. Дастгоҳи танзим ҳоло дар рафи сеченакаи бардорандаи манбаи нури 3-қабата насб карда шудааст. Қабати болоии дастгоҳ сатҳест, ки беҳтарин шароити рӯшноиро дорад, аз ин рӯ он бо чароғҳои натрийи фишори баланд муҷаҳҳаз шудааст; қабати миёна ва қабати поёнӣ бо чароғҳои парвариши LED ва системаи танзими бардоранда муҷаҳҳаз шудаанд. Он метавонад ба таври худкор баландии чароғи парваришро танзим кунад, то муҳити муносиби рӯшноиро барои зироатҳо фароҳам оварад.

Дар муқоиса бо дастгоҳи иловагии рӯшноии сайёр, ки барои парвариши сеченака тарҳрезӣ шудааст, Нидерландия дастгоҳи рӯшноии иловагии рӯшноии LED-ро, ки ба таври уфуқӣ ҳаракат мекунад, таҳия кардааст. Барои пешгирӣ аз таъсири сояи рӯшноии рӯшноӣ ба афзоиши растаниҳо дар зери нури офтоб, системаи рӯшноии рӯшноиро метавон тавассути слайди телескопӣ ба ҳарду тарафи кронштейн дар самти уфуқӣ тела дод, то ки офтоб пурра ба растаниҳо нур бахшад; дар рӯзҳои абрнок ва боронӣ, ки нури офтоб надоранд, системаи рӯшноии рӯшноиро ба мобайни кронштейн тела диҳед, то нури системаи рӯшноии рӯшноӣ растаниҳоро баробар пур кунад; системаи рӯшноии рӯшноиро ба таври уфуқӣ тавассути слайди кронштейн ҳаракат диҳед, аз ҷудо кардан ва хориҷ кардани зуд-зуди системаи рӯшноии рӯшноӣ худдорӣ кунед ва шиддати меҳнати кормандонро кам кунед ва бо ин васила самаранокии корро самаранок беҳтар кунед.

Идеяҳои тарроҳии системаи маъмулии чароғҳои парваришӣ
Аз тарҳи дастгоҳи иловагии равшании сайёр дидан душвор нест, ки тарҳи системаи равшании иловагии корхонаи растанӣ одатан шиддати рӯшноӣ, сифати рӯшноӣ ва параметрҳои фотопериодии давраҳои гуногуни афзоиши зироатро ҳамчун муҳтавои асосии тарҳ қабул мекунад ва барои татбиқ ба системаи идоракунии интеллектуалӣ такя мекунад ва ба ҳадафи ниҳоии сарфаи энергия ва ҳосили баланд ноил мегардад.

Дар айни замон, тарҳрезӣ ва сохтани нури иловагӣ барои сабзавоти баргдор тадриҷан пухта расидааст. Масалан, сабзавоти баргдорро ба чор марҳила тақсим кардан мумкин аст: марҳилаи ниҳолшинонӣ, миёнаи афзоиш, дер афзоиш ва марҳилаи ниҳоӣ; меваю сабзавотро ба марҳилаи ниҳолшинонӣ, марҳилаи афзоиши растанӣ, марҳилаи гулкунӣ ва марҳилаи ҷамъоварӣ тақсим кардан мумкин аст. Аз хусусиятҳои шиддати нури иловагӣ, шиддати нур дар марҳилаи ниҳолшинонӣ бояд каме пасттар, дар 60 ~ 200 мкмол/(м²·с) бошад ва сипас тадриҷан афзоиш ёбад. Сабзавоти баргдор метавонад то 100 ~ 200 мкмол/(м²·с) ва сабзавоти мевагӣ метавонад ба 300 ~ 500 мкмол/(м²·с) расад, то талаботи шиддати нури фотосинтези растаниро дар ҳар як давраи афзоиш таъмин кунад ва ниёзҳои ҳосили баландро қонеъ гардонад; Аз ҷиҳати сифати нур, таносуби сурх ба кабуд хеле муҳим аст. Барои баланд бардоштани сифати ниҳолҳо ва пешгирӣ аз афзоиши аз ҳад зиёд дар марҳилаи ниҳолшинонӣ, таносуби сурх ба кабуд одатан дар сатҳи паст [(1~2:1] муқаррар карда мешавад ва сипас тадриҷан барои қонеъ кардани ниёзҳои морфологияи нури растанӣ кам карда мешавад. Таносуби сурх ба кабуд ба сабзавоти баргдорро метавон ба (3~6:1) муқаррар кард. Барои фотопериод, ба монанди шиддати рӯшноӣ, он бояд бо дароз шудани давраи афзоиш тамоюли афзоишро нишон диҳад, то сабзавоти баргдор вақти бештари фотосинтез барои фотосинтез дошта бошанд. Тарҳи иловагии нури мева ва сабзавот мураккабтар хоҳад буд. Илова бар қонунҳои асосии дар боло зикршуда, мо бояд ба танзими фотопериод дар давраи гулкунӣ диққат диҳем ва гулкунӣ ва мевадиҳии сабзавот бояд мусоидат карда шавад, то ки таъсири баръакс нарасонад.

Қобили зикр аст, ки формулаи рӯшноӣ бояд коркарди ниҳоиро барои муҳити рӯшноӣ дар бар гирад. Масалан, иловаи доимии рӯшноӣ метавонад ҳосилнокӣ ва сифати ниҳолҳои сабзавоти барги гидропоникиро ба таври назаррас беҳтар созад ё истифодаи коркарди ултрабунафш барои беҳтар кардани сифати ғизоии навниҳолҳо ва сабзавоти баргдор (махсусан баргҳои арғувонӣ ва салати барги сурх) ба таври назаррас мусоидат кунад.

Илова бар беҳтар кардани иловаҳои рӯшноӣ барои зироатҳои интихобшуда, системаи идоракунии манбаи рӯшноӣ дар баъзе корхонаҳои растаниҳои рӯшноии сунъӣ низ дар солҳои охир босуръат рушд кардааст. Ин системаи идоракунӣ умуман ба сохтори B/S асос ёфтааст. Идоракунии дурдаст ва назорати автоматии омилҳои муҳити зист, ба монанди ҳарорат, намӣ, рӯшноӣ ва консентратсияи CO2 ҳангоми афзоиши зироатҳо тавассути WIFI амалӣ карда мешавад ва дар айни замон, усули истеҳсолӣ, ки бо шароити беруна маҳдуд намешавад, амалӣ карда мешавад. Ин намуди системаи иловагии рӯшноии интеллектуалӣ чароғи парвариши LED-ро ҳамчун манбаи иловагии рӯшноӣ истифода мебарад, ки дар якҷоягӣ бо системаи идоракунии дурдасти интеллектуалӣ метавонад ниёзҳои равшании мавҷи растаниро қонеъ кунад, махсусан барои муҳити парвариши растаниҳои бо рӯшноӣ назоратшаванда мувофиқ аст ва метавонад талаботи бозорро хуб қонеъ гардонад.

Нутқҳои хотимавӣ
Корхонаҳои растанӣ ҳамчун роҳи муҳими ҳалли мушкилоти захираҳои ҷаҳонӣ, аҳолӣ ва экологӣ дар асри 21 ва роҳи муҳими ба даст овардани худтаъминкунии озуқаворӣ дар лоиҳаҳои ояндаи баландтехнологӣ ҳисобида мешаванд. Ҳамчун як навъи нави усули истеҳсоли кишоварзӣ, корхонаҳои растанӣ ҳанӯз дар марҳилаи омӯзиш ва рушд қарор доранд ва таваҷҷӯҳ ва таҳқиқоти бештар лозим аст. Дар ин мақола хусусиятҳо ва бартариҳои усулҳои маъмулии равшании иловагӣ дар корхонаҳои растанӣ тавсиф карда мешаванд ва ғояҳои тарроҳии системаҳои маъмулии равшании иловагии зироатҳо муаррифӣ карда мешаванд. Пайдо кардани он тавассути муқоиса душвор нест, то бо нури паст, ки аз сабаби обу ҳавои шадид ба монанди абрнокӣ ва туман ба вуҷуд меояд, мубориза барад ва барои таъмини истеҳсоли баланд ва устувори зироатҳои иншоот, таҷҳизоти манбаи рӯшноии LED Grow бештар бо тамоюлҳои рушди муосир мувофиқ аст.

Самти рушди ояндаи корхонаҳои растанӣ бояд ба сенсорҳои нави баландсифат ва арзон, системаҳои дастгоҳҳои равшании спектри идорашаванда ва танзимшаванда ва системаҳои назорати коршиносон нигаронида шавад. Дар айни замон, корхонаҳои ояндаи растанӣ ба сӯи рушди арзон, интеллектуалӣ ва худтанзимкунанда идома хоҳанд дод. Истифода ва маъмулгардонии манбаъҳои рӯшноии парвариши LED кафолати назорати экологии баландсифати корхонаҳои растаниро фароҳам меорад. Танзими муҳити рӯшноии LED як раванди мураккабест, ки танзими ҳамаҷонибаи сифати рӯшноӣ, шиддати рӯшноӣ ва фотопериодро дар бар мегирад. Коршиносон ва олимони дахлдор бояд таҳқиқоти амиқ анҷом диҳанд ва равшании иловагии LED-ро дар корхонаҳои нури сунъӣ таблиғ кунанд.