發布日期：2022-04-17 點擊率：15
在我國，設施園藝栽培面積高達400萬公頃，包括自然光栽培系統( 拱棚、塑料大棚、日光溫室、玻璃溫室等) 和人工光栽培系統( 植物工廠、組培室、培養箱等) 。溫室是最為重要的自然光栽培系統類型，截止2014年底，溫室面積已有100萬公頃以上，在反季節蔬菜、花卉、果樹栽培方面起主導作用。溫室主要包括日光溫室和連棟溫室，溫室補光是設施農業半導體照明應用主要場所。國內外研究表明，溫室補光非常必要，對保障作物健康生長發育具有重要作用。其一，溫室補光是設施農業的本質需求。設施農業的本質是促生生產方式，就是要通過環境控制促進或延遲農業生物生長發育與繁殖過程，獲得更高的產量和品質。
光照最為重要環境因子，認為調控起著關鍵作用，現代溫室生產必需實現光照條件的按需調節。其二，溫室補光是溫室生產的現實需求。實際生產中，連陰雨雪、霧霾、灰塵污染等導致的弱光寡照脅迫時有發生，危害嚴重，導致作物減產甚至絕收( 補光)；而且，高緯度地區日照短，無法滿足長日照園藝作物的光周期需求，需要人工光補充。最后，LED補光裝備是溫室環控的必需執行機構。溫室內光照環境隨外界自然光照的變化即時變化，加之墻體、溫室橫梁支架結構、以及保溫覆蓋遮陽機構的遮擋，其內部光照條件在光強和光周期上遭到縮減，在光質上也產生了變化。這些改變在弱光寡照天氣條件下尤為嚴重，光環境脅迫已成為制約我國溫室園藝產業體質增效的瓶頸障礙，亟待解決。按照因子綜合作用率理論，實施溫室光環境智能控制不僅可保障溫室作物優質高產和穩產，也能提高溫室生產資源的利用效率( 水肥、CO2等) ，可提升溫室自動化水平，節省人力資源。荷蘭作為設施園藝強國，已將補光技術研究推上了較高水平，取得了豐碩的成果，在LED補光方面走在了世界前列，而我國溫室半導體照明則剛剛起步。
1、溫室植物半導體照明智能控制的必要性
通常而言，溫室工廠化生產需要環境要素甚至生產要素的智能控制，基于智能控制使溫室具有周年生產的能力。溫室智能控制的實現難度與溫室類型有關，取決于外圍護結構及其材料種類，其投入產出比存在溫室類型差別。而且，智能控制系統的性能隨著電力電子技術和計算機網絡通訊技術的發展而不斷優化和提升。實際上，我國塑料大棚、日光溫室遠未實現智能控制管理，只有連棟溫室和玻璃溫室裝備水平較高。現今，世界范圍內絕大多數溫室未真正意義上實現智能補光，多數連棟溫室僅采用HPS 實現了定時補光。LED 光源的出現與技術發展從根本上解決了溫室智能補光缺乏執行機構的難題，正在推進溫室光環境調控的智能化進程。實際上，溫室補光因溫室類型而存在本質上的不同，也與栽培作物種類、季節因素有關，這種補光需求的時空變異性導致溫室補光必需實施智能化管控，才能節能、高效。而且，溫室人工補光是以自然光為主導的調控模式，需要智能化控制才能達到節能、高產、穩產、優質和提高資源利用效率的目標。LED 照明系統的設計與研發是以最大化提高其光電
轉化效率和時空生物光效為目標的，以確保設施園藝光環境調控的效益。同時，溫室內溫度不僅受控于環境溫度、溫室保溫性能，更受控于光照條件，弱光寡照天氣導致的光脅迫常伴隨著低溫脅迫的發生。此外，與溫室氣溫相比，溫室作物根區溫度變化具有滯后性，在補光時需要考慮。溫室內光環境的質量和數量屬性瞬時間都在發生日變化和季節變化，如果采用恒定不變的補光系統進行光環境調控是不適合的，難以取得很好的生物學效益。所以，溫室補光系統必須采用智能控制，充分考慮利用自然光條件，減少人工光的能耗，按需補光。溫室半導體照明可行性高，在無電力地區可采納光伏發電技術供LED 照明使用。
智能控制是指利用計算機、無線通訊數據傳輸、擴頻電力載波通訊技術、計算機智能化信息處理及節能型電器控制等技術組成的分布式無線遙測、遙控、要尋控制系統，來實現對照明設備的智能化控制。智能控制方式可分為兩類，有線控制無線控制。當前，溫室補光應該采納基于傳感器和PLC 系統構成的智能控制系統，而非基于WiFi 通訊和Zigbee 組網的物聯網系統，后者實際應用的必要性尚遠。智能控制除了光照配方智能控制外，更需要關注基于設施植物生產領域、植物的各生長發育階段的形態、調控目標和自然光資源利用的照明技術差異，應因地制宜，因溫室類型而變。
2、溫室植物半導體照明智能控制的內涵
現代設施園藝必需發展實現光環境智能控制，營造作物適宜的生長條件，保證高產、穩產、優質。溫室植物半導體照明智能控制是指按照生產季節、設施類型、作物種類和生產優先目標主導的設施光環境時空變化和需求規律，以LED 光源為光源執行機構，按照節能、高效的原則實施的光源動作自動化管理的運行模式。溫室植物半導體照明智能控制是具有多維、多因素、多目標的管理模式，具有豐富的內涵，其核心要建立光環境調控的模型，按照模型實施智能控制。其內涵之一，溫室植物半導體照明智能控制的內容包括光質、光強和光周期及其耦合調節，對LED 光源性能有特殊的要求； 其內涵之二，溫室植物半導體照明智能控制是時間和空間的雙尺度的耦合調控，既要考慮光環境的日變化，也要考慮季節變化和作物生長變化，需要統籌安排；其內涵之三，溫室植物半導體照明智能控制是與溫室其他環境要素、水肥要素耦合的控制過程，要做必要的交互設計； 其內涵之四，溫室植物半導體照明智能控制是要充分利用自然光基礎上，最大程度地發揮人工光的效用，使自然光和人工光資源有機結合，發揮疊加效應和互補效用，而不是替代關系。
總之，光環境智能控制是個復雜的系統工程，而且它僅是溫室智能控制較小的必要組分，如何將溫室補光智能控制合理、有機地嵌套到溫室智能控制系統中是發揮最大效能的關鍵。
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