技術(shù)對(duì)受控環(huán)境園藝的影響

無(wú)論是在溫室還是室內(nèi)種植植物，許多技術(shù)都通過(guò)提供最大限度的環(huán)境控制來(lái)幫助這些種植系統(tǒng)的進(jìn)步。今天，您經(jīng)常聽到“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”或“精準(zhǔn)室內(nèi)植物”等術(shù)語(yǔ)，這是由于高水平的精準(zhǔn)投入導(dǎo)致作物具有最高的均勻性。由于植物受環(huán)境影響很大，因此保持一致的生長(zhǎng)環(huán)境至關(guān)重要。通過(guò)將特定技術(shù)集成到您的種植系統(tǒng)中，您可以設(shè)計(jì)出高度精確、一致的種植環(huán)境。其中一些技術(shù)，例如Microchip Technology制造的技術(shù)，微控制器以及許多其他設(shè)備的領(lǐng)先供應(yīng)商，相互通信以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，例如傳感器、物聯(lián)網(wǎng) (IoT)、微控制器 (MCU) 和發(fā)光二極管 (LED) 照明。在這里，我們將描述每個(gè)功能如何以及它們?nèi)绾卧谑芸丨h(huán)境中協(xié)同工作。

傳感器

傳感器檢測(cè)其環(huán)境的變化并將這些變化傳遞給另一個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)備，例如 MCU。這些傳感器可以檢測(cè)各種環(huán)境因素，例如光的質(zhì)量和數(shù)量、溫度、相對(duì)濕度、CO 2水平、風(fēng)速和土壤水分含量，這些都是精準(zhǔn)種植中必不可少的。一個(gè)常見的例子是了解光量的重要性，因?yàn)楣馐侵参锷L(zhǎng)中最重要的限制因素之一。通過(guò)傳感器，我們可以量化這些因素中的任何一個(gè)，這樣我們就可以做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整來(lái)優(yōu)化植物生長(zhǎng)。傳感器不能單獨(dú)工作；但是，因?yàn)樗枰硪环N類型的電子設(shè)備來(lái)輸出數(shù)據(jù)，例如物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、微控制器或其他處理器。

物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 是日常設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)的連接。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在日常使用中的一個(gè)例子是智能家居設(shè)備，例如“Ring”或“Nest”。1982 年，物聯(lián)網(wǎng)首次出現(xiàn)在可報(bào)告其庫(kù)存和飲料溫度的可樂(lè)自動(dòng)售貨機(jī)上，這在當(dāng)時(shí)是很新穎的。從那時(shí)起，創(chuàng)新者在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面取得了許多進(jìn)步。

物聯(lián)網(wǎng)在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它可以從傳感器接收數(shù)據(jù)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)或移動(dòng)設(shè)備將傳感器可以收集到的任何輸入信息傳遞給種植者。通過(guò)這些信息，種植者可以做出更明智的決策，以遠(yuǎn)程和無(wú)線方式提高效率并最大限度地提高作物產(chǎn)量。

單片機(jī)

MCU 本質(zhì)上是小型計(jì)算機(jī)，具有與普通計(jì)算機(jī)相似的組件，但更小的尺寸發(fā)揮了它們的優(yōu)勢(shì)。MCU 通常專用于一項(xiàng)任務(wù)，它可以專注于一項(xiàng)任務(wù)。在電視、收音機(jī)和冰箱等日常用品中，MCU 無(wú)處不在。在受控環(huán)境中的生長(zhǎng)設(shè)置中，一個(gè)或一組 MCU 可以作為大腦來(lái)關(guān)閉/打開各種裝置，例如 LED 生長(zhǎng)燈、加熱器、冷卻器和加濕器，以通過(guò)傳感器輸出的集成來(lái)維持所需的設(shè)定點(diǎn). 例如，在陰天，低光照水平會(huì)限制生長(zhǎng)，因此會(huì)觸發(fā)補(bǔ)充光，但在晴天，自然光照可能就足夠了，因此關(guān)閉燈以節(jié)省能源。這消除了種植者的猜測(cè)，

發(fā)光二極管

LED 在園藝中的應(yīng)用也提高了種植系統(tǒng)的精度和效率。與傳統(tǒng)白熾燈相比，LED 具有許多優(yōu)勢(shì)，包括功耗更低、使用壽命更長(zhǎng)、熱負(fù)荷更低以及體積更小。更小的尺寸和更低的熱量允許放置在靠近植物的地方，最大限度地提高垂直農(nóng)場(chǎng)的密度應(yīng)用并允許在藤本植物（如西紅柿）的葉冠之間放置。LED 還可以選擇調(diào)光，為您提供額外的控制，并且可以使用 IoT 和 MCU 進(jìn)行設(shè)置。通過(guò)許多植物研究，我們知道植物在僅在紅色和藍(lán)色波長(zhǎng)下生長(zhǎng)時(shí)具有最高的量子產(chǎn)率，這意味著植物最常使用這些顏色。盡管植物確實(shí)感知和使用其他波長(zhǎng)，但最有效的方法是最大限度地利用返回最高產(chǎn)量的波長(zhǎng)的能量，從而提高 LED 的效率。由于 LED對(duì)光的可調(diào)性，LED 還有助于許多獨(dú)特的植物生長(zhǎng)研究和發(fā)現(xiàn)以前不可能的比例。這方面的一個(gè)例子是使用閃爍的燈光和移動(dòng) LED 燈條來(lái)有效地滿足植物對(duì)長(zhǎng)日照的要求，并降低能源和固定裝置成本。盡管需要更多的植物生長(zhǎng)研究，但我們知道不同的物種具有獨(dú)特的光配方來(lái)最大化產(chǎn)量，而 LED 可以通過(guò)其可調(diào)性實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。因此，就像農(nóng)作物有特定的營(yíng)養(yǎng)需求一樣，它們也有最佳的光譜。

結(jié)論

通過(guò)將傳感器、MCU、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和 LED 集成到生長(zhǎng)系統(tǒng)中，我們可以提供最高精度的環(huán)境控制，最大限度地提高植物生長(zhǎng)的效率和產(chǎn)量。這些技術(shù)協(xié)同工作，通過(guò)感知植物的環(huán)境條件、將信息發(fā)送到連接的設(shè)備并調(diào)整生長(zhǎng)條件（即光照水平和波長(zhǎng)）以實(shí)現(xiàn)最佳植物生長(zhǎng)，從而支持一致的生長(zhǎng)環(huán)境。

Brandon Huber 是北卡羅來(lái)納州立大學(xué)園藝科學(xué)專業(yè)的博士生。他的研究領(lǐng)域是受控環(huán)境園藝實(shí)驗(yàn)室，在那里他研究補(bǔ)充 CO 2作為降低封閉生長(zhǎng)環(huán)境中生產(chǎn)成本的工具的好處。在進(jìn)行這些研究實(shí)驗(yàn)時(shí)，他們使用許多傳感器和數(shù)據(jù)記錄器來(lái)精確控制和記錄環(huán)境因素，最大限度地減少實(shí)驗(yàn)中的環(huán)境噪音。通過(guò)這項(xiàng)研究，他們發(fā)現(xiàn)您可以減少生產(chǎn)時(shí)間和/或減少照明需求，同時(shí)保持質(zhì)量增長(zhǎng)。此外，他還擁有植物育種方面的專業(yè)知識(shí)，并獲得了碩士學(xué)位。

審核編輯黃宇