Mpanoratra: Jing Zhao, Zengchan Zhou, Yunlong Bu, sns. Loharano Media: Teknolojian'ny Injeniera Fambolena (fambolena an-trano maitso)

Mampifangaro ny indostria maoderina, ny bioteknolojia, ny hydroponika misy otrikaina ary ny teknolojia fampahalalana ity orinasa mpamokatra zavamaniry ity mba hampiharana fanaraha-maso avo lenta ny anton-javatra ara-tontolo iainana ao amin'ilay toerana. Voafefy tanteraka izy io, tsy mitaky zavatra betsaka amin'ny tontolo manodidina, manafohy ny fotoam-pijinjana, mitsitsy rano sy zezika, ary noho ny tombony azo avy amin'ny famokarana tsy misy fanafody famonoana bibikely sy tsy misy fanariana fako, ny fahombiazan'ny fampiasana ny tany dia 40 ka hatramin'ny 108 heny noho ny famokarana eny an-kalamanjana. Anisan'izany, ny loharanon-jiro artifisialy manan-tsaina sy ny fandrindrana ny tontolo iainana amin'ny hazavana dia mitana anjara toerana lehibe amin'ny fahombiazan'ny famokarana.

Amin'ny maha-singa ara-batana manan-danja eo amin'ny tontolo iainana azy, ny hazavana dia mitana anjara toerana lehibe amin'ny fandrindrana ny fitomboan'ny zavamaniry sy ny metabolisman'ny akora. "Ny iray amin'ireo endri-javatra lehibe amin'ny orinasa dia ny loharanon'ny hazavana artifisialy feno ary ny fanatanterahana ny fandrindrana marani-tsaina ny tontolo iainana amin'ny hazavana" dia lasa marimaritra iraisana eo amin'ny indostria.

Ny filàn'ny zavamaniry hazavana

Ny hazavana no hany loharanon-kery amin'ny fotosintezy avy amin'ny zavamaniry. Ny hamafin'ny hazavana, ny kalitaon'ny hazavana (spectrum) ary ny fiovan'ny hazavana tsy tapaka dia misy fiantraikany lalina amin'ny fitomboana sy ny fivoaran'ny voly, ary anisan'izany ny hamafin'ny hazavana no misy fiantraikany lehibe indrindra amin'ny fotosintezy avy amin'ny zavamaniry.

■ Haavon'ny hazavana

Ny hamafin'ny hazavana dia mety hanova ny endriky ny voly, toy ny voninkazo, ny halavan'ny elanelany, ny hatevin'ny tahony, ary ny haben'ny ravina sy ny hateviny. Ny fepetra takian'ny zavamaniry amin'ny hamafin'ny hazavana dia azo zaraina ho zavamaniry tia hazavana, tia hazavana antonony, ary mahazaka hazavana kely. Ny legioma dia zavamaniry tia hazavana amin'ny ankapobeny, ary ny teboka fanonerana ny hazavana sy ny teboka fahafenoan'ny hazavana dia somary avo. Ao amin'ny orinasa mpamokatra hazavana artifisialy, ny fepetra takian'ny voly amin'ny hamafin'ny hazavana dia fototra manan-danja amin'ny fisafidianana loharanon-jiro artifisialy. Ny fahatakarana ny filàn'ny zavamaniry samihafa amin'ny hazavana dia zava-dehibe amin'ny famolavolana loharanon-jiro artifisialy, tena ilaina ny manatsara ny fahombiazan'ny famokarana ny rafitra.

■ Kalitao hazavana

Ny fizarazarana ny kalitaon'ny hazavana (spectral) dia misy fiantraikany lehibe amin'ny fotosintezy sy ny morphogenesis amin'ny zavamaniry (Sary 1). Ny hazavana dia anisan'ny taratra, ary ny taratra dia onja elektromagnetika. Ny onja elektromagnetika dia manana toetran'ny onja sy toetran'ny (poti) kuantum. Ny onja kuantum an'ny hazavana dia antsoina hoe photon eo amin'ny sehatry ny fambolena. Ny taratra misy halavan'ny onjam-peo 300 ~ 800 nm dia antsoina hoe taratra ara-batana mavitrika amin'ny zavamaniry; ary ny taratra misy halavan'ny onjam-peo 400 ~ 700 nm dia antsoina hoe taratra ara-potosintezy mavitrika (PAR) amin'ny zavamaniry.

Ny klôrofila sy ny karotena no loko roa manan-danja indrindra amin'ny fotosintezy amin'ny zavamaniry. Ny Sary 2 dia mampiseho ny spektrum absorption spectral an'ny loko fotosintezy tsirairay, izay mifantoka amin'ny tarika mena sy manga ny spektrum absorption chlorophyll. Ny rafitra jiro dia mifototra amin'ny filàn'ny zavamaniry mba hanampiana amin'ny artifisialy ny hazavana, mba hampiroboroboana ny fotosintezy amin'ny zavamaniry.

■ fotoperiode
Ny fifandraisana misy eo amin'ny fotosintezy sy ny fotomorfogenesis-n'ny zavamaniry ary ny halavan'ny andro (na ny fotoanan'ny fotoperiodisma) dia antsoina hoe fotoperiodisma-n'ny zavamaniry. Ny fotoperiodisma dia mifandray akaiky amin'ny ora mazava, izay manondro ny fotoana itarafan'ny hazavana ny voly. Ny voly samihafa dia mila ora mazava voafaritra mba hamitana ny fotoperiodisma mba hamony sy hamoa. Arakaraka ny fotoperiodisma samihafa, dia azo zaraina ho voly maharitra andro, toy ny laisoa, sns., izay mitaky ora mazava mihoatra ny 12-14 ora amin'ny dingana iray amin'ny fitomboany; ny voly fohy andro, toy ny tongolo, soja, sns., dia mitaky ora hazavana latsaky ny 12-14 ora; ny voly antonony masoandro, toy ny kôkômbra, voatabia, dipoavatra, sns., dia afaka mamony sy mamoa amin'ny tara-masoandro lava na fohy kokoa.
Amin'ireo singa telo mandrafitra ny tontolo iainana, ny hamafin'ny hazavana no fototra manan-danja amin'ny fisafidianana loharanon-jiro artifisialy. Amin'izao fotoana izao, misy fomba maro hanehoana ny hamafin'ny hazavana, indrindra fa ireto telo manaraka ireto.
(1) Ny hazavana dia manondro ny hakitroky ny velaran'ny hazavana miparitaka (hazavana miparitaka isaky ny velaran-tany) voaray eo amin'ny sehatra miparitaka, amin'ny lux (lx).

(2) Taratra mavitrika amin'ny fotosintetika, PAR, Unité: W/m².

（3）Ny hakitroky ny fivezivezen'ny foton-tsary mahomby amin'ny fotosintetika PPFD na PPF dia ny isan'ny taratra mahomby amin'ny fotosintetika izay mahatratra na mandalo amin'ny fotoana sy velaran-tany, singa：μmol/(m²·s).Ilazana indrindra ny hamafin'ny hazavana 400~700nm mifandraika mivantana amin'ny fotosintetika. Io ihany koa no mari-pamantarana ny hamafin'ny hazavana ampiasaina matetika indrindra eo amin'ny sehatry ny famokarana zavamaniry.

Famakafakana ny loharanon-jiro amin'ny rafitra jiro fanampiny mahazatra
Ny jiro fanampiny artifisialy dia ny fampitomboana ny hamafin'ny hazavana ao amin'ny faritra kendrena na ny fanalavana ny fotoanan'ny hazavana amin'ny alàlan'ny fametrahana rafitra jiro fanampiny mba hamenoana ny filàn'ny zavamaniry amin'ny hazavana. Amin'ny ankapobeny, ny rafitra jiro fanampiny dia misy fitaovana jiro fanampiny, faritra ary rafitra fanaraha-maso azy. Ny loharanon-jiro fanampiny dia ahitana karazana mahazatra maro toy ny jiro incandescent, jiro fluorescent, jiro metal halide, jiro sodium avo lenta ary LED. Noho ny fahombiazan'ny jiro incandescent ambany amin'ny herinaratra sy optika, ny fahombiazan'ny angovo photosynthetic ambany ary ny lesoka hafa, dia efa nesorin'ny tsena izany, ka tsy manao fanadihadiana amin'ny antsipiriany ity lahatsoratra ity.

■ Jiro fluorescent
Ny jiro fluorescent dia anisan'ny karazana jiro mamoaka entona ambany tsindry. Feno etona merkiora na entona tsy miasa ny fantsona fitaratra, ary rakotra vovoka fluorescent ny rindrin'ny fantsona anatiny. Miovaova arakaraka ny fitaovana fluorescent voarakotra ao anaty fantsona ny lokon'ny hazavana. Ny jiro fluorescent dia manana fampisehoana spectral tsara, fahombiazana avo lenta, herinaratra ambany, androm-piainana lava kokoa (12000h) raha oharina amin'ny jiro incandescent, ary vidiny mirary. Satria ny jiro fluorescent mihitsy dia mamoaka hafanana kely kokoa, dia afaka manakaiky ny zavamaniry izy io mba hanazavana ary mety amin'ny fambolena telo dimensions. Na izany aza, tsy mitombina ny firafitry ny spectral an'ny jiro fluorescent. Ny fomba mahazatra indrindra eran-tany dia ny fanampiana taratra mba hampitomboana ny fahombiazan'ny singa loharanon-jiro amin'ny voly ao amin'ny faritra fambolena. Ny orinasa adv-agri japoney koa dia namorona karazana loharano hazavana fanampiny HEFL vaovao. Ny HEFL dia anisan'ny sokajy jiro fluorescent. Izany no teny ankapobeny ho an'ny jiro fluorescent cathode mangatsiaka (CCFL) sy jiro fluorescent electrode ivelany (EEFL), ary jiro fluorescent electrode mifangaro. Manify dia manify ny fantsona HEFL, 4mm eo ho eo monja ny savaivony, ary azo amboarina ny halavany manomboka amin'ny 450mm ka hatramin'ny 1200mm araka ny filàn'ny mpamboly. Dikan-teny nohatsaraina kokoa noho ny jiro fluorescent mahazatra izy io.

■ Jiro halida metaly
Jiro halida metaly dia jiro mamoaka hazavana mahery vaika izay afaka mampientanentana singa samihafa mba hamokarana halavan'ny onjam-peo samihafa amin'ny alàlan'ny fampidirana halida metaly isan-karazany (bromide tin, iodide sodium, sns.) ao anaty fantsona famoahana hazavana mifototra amin'ny jiro merkiora avo lenta. Ny jiro halogen dia manana fahombiazana avo lenta amin'ny famirapiratana, hery avo lenta, loko tsara, androm-piainana lava ary spectrum lehibe. Na izany aza, satria ambany noho ny an'ny jiro sodium avo lenta ny fahombiazan'ny famirapiratana, ary fohy kokoa noho ny an'ny jiro sodium avo lenta ny androm-piainany, dia ampiasaina amin'ny orinasa vitsivitsy ihany izy amin'izao fotoana izao.

■ Jiro sodium avo lenta
Ny jiro sodium avo lenta dia anisan'ny karazana jiro famoahana entona avo lenta. Ny jiro sodium avo lenta dia jiro mahomby izay fenoina etona sodium avo lenta ao anaty fantsona famoahana, ary ampiana xenon (Xe) sy halida metaly merkiora kely. Satria ny jiro sodium avo lenta dia manana fahombiazana amin'ny fiovam-po elektro-optika avo lenta miaraka amin'ny vidin'ny famokarana ambany kokoa, ny jiro sodium avo lenta no be mpampiasa indrindra amin'izao fotoana izao amin'ny fampiharana ny hazavana fanampiny amin'ny toeram-pambolena. Na izany aza, noho ny tsy fahampian'ny fahombiazan'ny photosynthesis ambany amin'ny spectrum-ny, dia manana ny tsy fahampian'ny fahombiazan'ny angovo ambany izy ireo. Etsy ankilany, ny singa spectral avoakan'ny jiro sodium avo lenta dia mifantoka indrindra amin'ny tarika hazavana mavo-volomboasary, izay tsy manana ny spectrum mena sy manga ilaina amin'ny fitomboan'ny zavamaniry.

■ Diôda mamoaka hazavana
Amin'ny maha-taranaka vaovaon'ny loharanon-jiro azy, ny diode mamoaka hazavana (LED) dia manana tombony maro toy ny fahombiazan'ny fiovam-po elektro-optika ambony kokoa, ny spektrum azo amboarina, ary ny fahombiazan'ny fotosintetika avo lenta. Ny LED dia afaka mamoaka hazavana tokana ilaina amin'ny fitomboan'ny zavamaniry. Raha ampitahaina amin'ny jiro fluorescent mahazatra sy ireo loharanon-jiro fanampiny hafa, ny LED dia manana tombony amin'ny fitsitsiana angovo, fiarovana ny tontolo iainana, faharetana, hazavana tokana, loharanon-jiro mangatsiaka sy ny sisa. Miaraka amin'ny fanatsarana bebe kokoa ny fahombiazan'ny elektro-optika an'ny LED sy ny fampihenana ny fandaniana vokatry ny fiantraikan'ny scale, ny rafitra jiro LED dia ho lasa fitaovana fototra ho an'ny famenoana hazavana any amin'ny toeram-pambolena. Vokatr'izany, ny jiro LED dia efa nampiasaina tamin'ny orinasa mihoatra ny 99.9%-n'ny orinasa.

Amin'ny alalan'ny fampitahana, dia azo takarina tsara ny toetran'ireo loharanon-jiro fanampiny samihafa, araka ny aseho ao amin'ny Tabilao 1.

Fitaovana jiro finday
Mifandray akaiky amin'ny fitomboan'ny voly ny hamafin'ny hazavana. Matetika ampiasaina any amin'ny orinasa mpamokatra zavamaniry ny fambolena telo dimensions. Na izany aza, noho ny fetran'ny firafitry ny fitoeran-javatra fambolena, ny tsy fitoviana eo amin'ny fizarana ny hazavana sy ny mari-pana eo amin'ny fitoeran-javatra dia hisy fiantraikany amin'ny vokatra ary tsy hifanaraka ny fotoam-pijinjana. Nisy orinasa iray tao Beijing nahomby tamin'ny famolavolana fitaovana fanampiny jiro fanandratana tanana (jiro HPS sy jiro LED) tamin'ny taona 2010. Ny foto-kevitra dia ny fihodinana ny tahony sy ny milina fanindriana azy amin'ny alàlan'ny fihetsehana ny tahony mba hanodinana ny horonan-tsary kely mba hahatratrarana ny tanjon'ny fanesorana sy fanesorana ny tady tariby. Ny tady tariby amin'ny jiro fambolena dia mifandray amin'ny kodiarana mihodina amin'ny ascenseur amin'ny alàlan'ny kodiarana miverina maromaro, mba hahatratrarana ny vokatra fanitsiana ny haavon'ny jiro fambolena. Tamin'ny taona 2017, ity orinasa voalaza etsy ambony ity dia namorona sy namorona fitaovana fanampiny jiro finday vaovao, izay afaka manitsy ho azy ny haavon'ny fanampiny jiro amin'ny fotoana tena izy araka ny filàn'ny fitomboan'ny voly. Ny fitaovana fanitsiana dia napetraka amin'ny fitoeran-javatra fambolena telo dimensions karazana fanandratana loharano hazavana 3 sosona. Ny sosona ambony amin'ny fitaovana dia eo amin'ny ambaratonga misy ny hazavana tsara indrindra, ka misy jiro sodium avo lenta ao anatiny; ny sosona afovoany sy ny sosona ambany kosa dia misy jiro LED ho an'ny fambolena sy rafitra fanitsiana ny fampiakarana. Afaka manitsy ho azy ny haavon'ny jiro ho an'ny fambolena izy io mba hanomezana tontolo iainana jiro sahaza ho an'ny voly.

Raha ampitahaina amin'ny fitaovana fanampiny jiro finday natao ho an'ny fambolena telo refy, i Holandy dia namorona fitaovana fanampiny jiro LED azo afindrafindra mitsivalana. Mba hisorohana ny fiantraikan'ny aloky ny jiro amin'ny fitomboan'ny zavamaniry amin'ny masoandro, dia azo atosika amin'ny andaniny roa amin'ny bracket amin'ny alàlan'ny slide teleskopika amin'ny lalana mitsivalana ny rafitra jiro, mba hahafahan'ny masoandro miditra tanteraka amin'ny zavamaniry; amin'ny andro mandrahona sy manorana tsy misy tara-masoandro, dia atosika eo afovoan'ny bracket ny rafitra jiro mba hamenoana mitovy tsara ny zavamaniry; afindrao mitsivalana ny rafitra jiro amin'ny alàlan'ny slide eo amin'ny bracket, mba hisorohana ny fanesorana sy ny fanesorana matetika ny rafitra jiro, ary hampihena ny asa ataon'ny mpiasa, ka hanatsara ny fahombiazan'ny asa.

Hevitra momba ny famolavolana rafitra jiro mitombo mahazatra
Tsy sarotra ny mahita avy amin'ny famolavolana ny fitaovana jiro fanampiny finday fa ny famolavolana ny rafitra jiro fanampiny ao amin'ny orinasa dia mazàna maka ny hamafin'ny hazavana, ny kalitaon'ny hazavana ary ny fe-potoana hazavana amin'ny vanim-potoana fitomboan'ny voly samihafa ho votoatin'ny famolavolana, miantehitra amin'ny rafitra fanaraha-maso marani-tsaina mba hampiharana, mba hahatratrarana ny tanjona faratampony amin'ny fitsitsiana angovo sy ny vokatra avo lenta.

Amin'izao fotoana izao, efa matotra tsikelikely ny famolavolana sy fanamboarana ny hazavana fanampiny ho an'ny legioma misy ravina. Ohatra, ny legioma misy ravina dia azo zaraina ho dingana efatra: dingana fanindronana, fitomboana antonony, fitomboana tara, ary dingana farany; ny legioma voankazo dia azo zaraina ho dingana fanindronana, dingana fitomboana zavamaniry, dingana voninkazo, ary dingana fijinjana. Raha jerena ny toetran'ny hamafin'ny hazavana fanampiny, ny hamafin'ny hazavana amin'ny dingana fanindronana dia tokony ho ambany kely, amin'ny 60~200 μmol/(m²·s), ary avy eo dia ampitomboina tsikelikely. Ny legioma ravina dia mety hahatratra hatramin'ny 100~200 μmol/(m²·s), ary ny legioma voankazo dia mety hahatratra 300~500 μmol/(m²·s) mba hahazoana antoka fa ny hamafin'ny hazavana no takian'ny fotosintezy amin'ny vanim-potoana fitomboana tsirairay ary mahafeno ny filàn'ny vokatra avo lenta; Raha ny momba ny kalitaon'ny hazavana, dia tena zava-dehibe ny tahan'ny mena amin'ny manga. Mba hampitomboana ny kalitaon'ny zana-kazo sy hisorohana ny fitomboana tafahoatra amin'ny dingana fanindronana, ny tahan'ny mena amin'ny manga dia matetika apetraka amin'ny ambaratonga ambany [(1~2):1], ary avy eo dia ahena tsikelikely mba hamenoana ny filàn'ny endriky ny hazavana amin'ny zavamaniry. Azo apetraka amin'ny (3~6) ny tahan'ny mena sy manga amin'ny legioma misy ravina: 1. Ho an'ny vanim-potoanan'ny hazavana, mitovy amin'ny hamafin'ny hazavana, dia tokony hampiseho fironana hitombo miaraka amin'ny fanitarana ny vanim-potoanan'ny fitomboana izany, mba hananan'ny legioma misy ravina fotoana fôsintetika bebe kokoa ho an'ny fôsintetika. Ho sarotra kokoa ny famolavolana ny voankazo sy legioma misy hazavana fanampiny. Ho fanampin'ireo lalàna fototra voalaza etsy ambony ireo, dia tokony hifantoka amin'ny fametrahana ny vanim-potoanan'ny hazavana mandritra ny vanim-potoanan'ny voninkazo isika, ary tsy maintsy amporisihina ny voninkazo sy ny voankazon'ny legioma, mba tsy hiverenan'ny vokany.

Tsara homarihina fa ny fomba fandrahoana hazavana dia tokony ahitana ny fitsaboana farany ho an'ny tontolo iainana misy hazavana. Ohatra, ny fampidirana hazavana mitohy dia afaka manatsara be ny vokatra sy ny kalitaon'ny zana-kazo legioma ravina hydroponic, na mampiasa fitsaboana UV mba hanatsarana be dia be ny kalitaon'ny otrikaina amin'ny tsimoka sy legioma ravina (indrindra fa ny ravina volomparasy sy ny salady ravina mena).

Ankoatra ny fanatsarana ny fanampiana hazavana ho an'ny voly voafantina, dia nivoatra haingana ihany koa ny rafitra fanaraha-maso ny loharanon'ny hazavana amin'ny orinasa mpamokatra jiro artifisialy sasany tato anatin'ny taona vitsivitsy. Ity rafitra fanaraha-maso ity dia amin'ny ankapobeny mifototra amin'ny rafitra B/S. Ny fanaraha-maso lavitra sy ny fanaraha-maso mandeha ho azy ny anton-javatra manodidina toy ny mari-pana, ny hamandoana, ny hazavana ary ny fifantohana CO2 mandritra ny fitomboan'ny voly dia tanterahina amin'ny alàlan'ny WIFI, ary miaraka amin'izay koa, dia tanterahina ny fomba famokarana izay tsy voafehin'ny toe-javatra ivelany. Ity karazana rafitra jiro fanampiny marani-tsaina ity dia mampiasa jiro LED ho loharanon-jiro fanampiny, miaraka amin'ny rafitra fanaraha-maso lavitra marani-tsaina, afaka mamaly ny filàn'ny jiro halavan'ny onjam-pamokarana, mety tsara amin'ny tontolo fambolena zavamaniry fehezin'ny hazavana, ary afaka mamaly tsara ny filàn'ny tsena.

Famaranana
Heverina ho fomba iray manan-danja hamahana ny olan'ny harena voajanahary, ny mponina ary ny tontolo iainana eran-tany amin'ny taonjato faha-21 ny orinasa mpamokatra zavamaniry, ary fomba iray manan-danja hahatratrarana ny fahaleovan-tena ara-tsakafo amin'ny tetikasa teknolojia avo lenta amin'ny ho avy. Amin'ny maha-karazana fomba famokarana fambolena vaovao azy, mbola eo amin'ny dingana fianarana sy fitomboana ny orinasa mpamokatra zavamaniry, ary ilaina ny fifantohana sy fikarohana bebe kokoa. Ity lahatsoratra ity dia mamaritra ny toetra sy ny tombony azo avy amin'ny fomba jiro fanampiny mahazatra any amin'ny orinasa mpamokatra zavamaniry, ary mampiditra ny hevitra momba ny famolavolana rafitra jiro fanampiny mahazatra ho an'ny voly. Tsy sarotra ny mahita azy amin'ny alàlan'ny fampitahana, mba hiatrehana ny hazavana ambany vokatry ny toetr'andro ratsy toy ny rahona sy ny zavona mitohy ary mba hahazoana antoka fa avo lenta sy marin-toerana ny famokarana voly, ny fitaovana LED Grow light dia mifanaraka indrindra amin'ny fironana amin'ny fampandrosoana ankehitriny.

Ny fivoaran'ny orinasa mpamokatra herinaratra amin'ny ho avy dia tokony hifantoka amin'ny sensor vaovao avo lenta sy mora vidy, rafitra fitaovana jiro azo fehezina lavitra, azo amboarina ary rafitra fanaraha-maso matihanina. Mandritra izany fotoana izany, ny orinasa mpamokatra herinaratra amin'ny ho avy dia hanohy hivoatra mankany amin'ny vidiny mirary, marani-tsaina ary mifanaraka amin'ny tenany. Ny fampiasana sy ny fampiroboroboana ny loharanon-jiro LED dia manome antoka ny fanaraha-maso ny tontolo iainana avo lenta amin'ny orinasa mpamokatra herinaratra. Ny fanaraha-maso ny tontolo iainana amin'ny jiro LED dia dingana sarotra izay misy ny fanaraha-maso feno ny kalitaon'ny hazavana, ny hamafin'ny hazavana ary ny faharetan'ny hazavana. Mila manao fikarohana lalina ireo manam-pahaizana sy manam-pahaizana mifandraika amin'izany, mba hampiroboroboana ny jiro fanampiny LED any amin'ny orinasa mpamokatra herinaratra artifisialy.