吳樂天，張彩虹，王 瑞，史慧鋒

（1.新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)機械化研究所，新疆 烏魯木齊 830091；2.新疆設施農(nóng)業(yè)工程與裝備工程技術研究中心；3.農(nóng)業(yè)部林果棉與設施農(nóng)業(yè)裝備科學觀測實驗站；4.新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)工程公司）

電動可調(diào)型補光系統(tǒng)的研制與應用

吳樂天1,3，張彩虹2,4，王 瑞1,2，史慧鋒3

（1.新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)機械化研究所，新疆 烏魯木齊 830091；2.新疆設施農(nóng)業(yè)工程與裝備工程技術研究中心；3.農(nóng)業(yè)部林果棉與設施農(nóng)業(yè)裝備科學觀測實驗站；4.新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)工程公司）

我區(qū)位于北緯35°～45°之間的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植密集區(qū)域，春、秋和冬三個季節(jié)太陽照射強度和太陽照射持續(xù)時間都普遍偏少，如遇到連陰天，嚴重影響作物的正常生長，造成農(nóng)民經(jīng)濟損失嚴重。本文介紹一種溫室電動可調(diào)型補光系統(tǒng)的構(gòu)成、技術參數(shù)、主要特點及試驗應用情況，該系統(tǒng)可以根據(jù)不同作物的需光量進行光照度、光周期的合理調(diào)控，從而控制植物生長的季節(jié)并徹底縮短植物生長的時間，達到增產(chǎn)增收的目的。

溫室；電動可調(diào)型；補光

光是影響作物光合作用的必備要素，光照條件的好壞直接影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。我區(qū)位于北緯35°～45°之間，冬季溫室種植的難點是溫室內(nèi)的光照狀況受到浮塵、沙塵、連陰天等因素的影響，如進入11月份，月平均日照時數(shù)就銳減至5.9 h，溫室生產(chǎn)關鍵的11月至次年的3月份，平均日照只有5 h，1月是3 h，特別是災害性氣候出現(xiàn)，影響面積大，經(jīng)濟損失十分嚴重，已成為制約溫室生產(chǎn)發(fā)展的一大障礙。目前人工補光技術已經(jīng)得到認可和廣泛應用，有采用在溫室中懸掛多個燈泡，控制開關時間實現(xiàn)補光的；也有采用外掛式反光幕為溫室進行增光；還有通過主軸的旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)繩索長短對補光燈組的高低位置進行微調(diào)，實現(xiàn)光照調(diào)節(jié)的。本文介紹一種溫室電動可調(diào)型補光系統(tǒng)，通過無線遙控接收器實現(xiàn)單點驅(qū)動補光燈處于任意高度位置時的啟停和多點的集群控制，能夠精確調(diào)節(jié)與作物的距離，保證植物光合成有效光量子流密度分布均勻。

1 溫室電動可調(diào)型補光系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

溫室電動可調(diào)型補光系統(tǒng)主要由驅(qū)動升降器、無線遙控器、無線遙控接收器、高壓壓鑄鋁成型電器箱及高純鋁反射罩、整流器、觸發(fā)器、電容、單端金鹵燈等部分組成。

圖1 電動可調(diào)型補光系統(tǒng)構(gòu)成

電動可調(diào)型補光系統(tǒng)將驅(qū)動升降器的固定端安裝于溫室桁架的下方，另一伸縮端與高壓壓鑄鋁成型電器箱固定，電器箱內(nèi)安裝整流器、觸發(fā)器與電容，通過法蘭和螺栓將電器箱與高純鋁反射罩連接在一起，單端金鹵燈安裝在高純鋁反射罩的螺旋口內(nèi)。MS-S/15驅(qū)動升降器作為動力部件，通過遙控器發(fā)出信號給電路控制中心，經(jīng)機電傳動變速齒輪驅(qū)動絞線盤控制伸縮端鋼絲繩的上下，從而實現(xiàn)補光燈在垂直面的上升和下降。系統(tǒng)中的光源采用E40型單端金鹵燈作為補光燈源，通過燈源高度和照射時間的調(diào)節(jié)實現(xiàn)光照度、光質(zhì)以及光周期的合理調(diào)控模式，滿足作物生長發(fā)育的需求，合理的對作物進行光照波長、光照時間和光合作用需光量進行補償。

1.2 主要技術參數(shù)

1.3 系統(tǒng)特點

（1）溫室電動可調(diào)型補光系統(tǒng)可以根據(jù)實際操作面積，對不同作物進行光補償，番茄、黃瓜、辣椒的光補償點分別為3000Lux、2000Lux和1500Lux，計算匹配單位平米補光燈源數(shù)量，通過人為手段創(chuàng)造出適宜種植期和作物生長的最佳光照需求環(huán)境。

（2）該系統(tǒng)的驅(qū)動升降機構(gòu)靈活，使補光燈源始終布局在最有利于作物生長的位置，無線遙控控制器可實現(xiàn)遠距離對補光燈組的高低位置進行微調(diào)，從而降低裝配精度，節(jié)省人力。

（3）該系統(tǒng)可以實現(xiàn)每排獨立升降，使用一個無線遙控控制器和多個無線遙控接收器實現(xiàn)單點驅(qū)動機構(gòu)任意高度位置的啟停和多點的集群控制。

2 試驗應用

2.1 試驗目的

（1）對溫室電動可調(diào)型補光系統(tǒng)中驅(qū)動升降器的工作效率進行考證，確定該系統(tǒng)電動可調(diào)方案的可行性；（2）測試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和線路的可靠性、穩(wěn)定性、和安全性；（3）對補光燈的使用情況進行監(jiān)測，確定能耗和系統(tǒng)經(jīng)濟性；（4）通過冬季生產(chǎn)調(diào)節(jié)作物的生長效果驗證電動可調(diào)型補光系統(tǒng)的實用性。

2.2 試驗方法

2014年冬季在新疆農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)機械化研究所院內(nèi)的連棟智能試驗溫室中進行溫室電動可調(diào)型補光系統(tǒng)的安裝及生產(chǎn)試驗。智能試驗溫室面積800 m2，熱鍍鋅鋼結(jié)構(gòu)，跨度3.2 m，尖頂高6.25 m，天溝高5.5 m，溫室長40 m，開間9.6 m，屋頂采用小尖頂結(jié)構(gòu)，配備集露槽和排水槽，四周中空玻璃，頂部覆蓋單層玻璃如圖2。

圖2 智能試驗溫室

補光時間設定為白天清晨7時至9時，夜間19時至22時，共增加補光時間5個小時，溫室中主要種植試驗作物為西紅柿、辣椒、盆栽果樹（杏、油桃），實驗區(qū)種植面積為634 m2，補光系統(tǒng)以溫室桁架為懸掛依托，補光燈按照3.2 m×4 m的方式排布（圖3），共排布20盞補光燈。

圖3 補光燈排布

2.3 結(jié)論

（1）驅(qū)動升降器遙控點位控制精確，運行平穩(wěn)，升級速度均勻。

（2）根據(jù)單支燈源的瞬間啟動電流約為6A，使用3 min后降為3A，并持續(xù)穩(wěn)定，總線選用16平方，并匹配專用整流器、觸發(fā)器及電容，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，使用安全可靠。

（3）所選用的單端金鹵燈屬于熱光源與LED冷光源相比，在補光的同時散發(fā)熱量，燈源可達到最高溫度150℃，根據(jù)室內(nèi)溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)顯示，補光2 h后，室內(nèi)空氣溫度平均上升1～1.5℃。

（4）在作物生長期間用該系統(tǒng)補光，延長了作物的光照時間、增加光照強度、提高光質(zhì)可以促進植物的光合作用，對幼苗形態(tài)也有很大影響。有效促進黃瓜幼苗的生長，葉片葉綠素含量升高8%～10%，葉綠素a/b值隨之降低。

（5）隨著光照時間的延長，作物可溶性糖和可溶性蛋白含量也隨光照強度的增加而增加，分別增加2～4%，1.5～3%。

（6）使用溫室電動可調(diào)型補光系統(tǒng)，相同面積的溫室可增加產(chǎn)量，提高作物的商品率，該系統(tǒng)較無補光燈作物出產(chǎn)率提高30%，提前上市15～20天。

3 存在的問題及建議

（1）該試驗溫室為每盞補光燈設置一臺驅(qū)動升降器，可對每盞燈進行不同高度的升降調(diào)節(jié)，在實際使用過程中僅需要對片區(qū)進行統(tǒng)一高度升降，可以減少驅(qū)動升降器的使用臺數(shù)，減低成本。

（2）該系統(tǒng)在使用過程中由于溫室局部區(qū)域漏水導致驅(qū)動升降器電機損壞，故在使用前應檢修溫室防滲補漏，避免此類現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）該系統(tǒng)配置的補光燈源為發(fā)熱光源，如果離作物太近極易導致植物葉片燒焦受損，在使用過程中應該在不同生長期匹配固定的高度模式。

（4）該系統(tǒng)以每天補光5 h計算，平均每天消耗電能40 kW·h，每度電費1元，一個月電費1 200元，能耗較高，適用于種植附加值較高的作物。

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10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.03.013

S626

：A

1007-7782（2015）03-0029-03

2015-5-20

烏魯木齊市科技局項目（H131222001）；新疆農(nóng)業(yè)科學院青年基金項目（xjnkq-2015022）；公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201203002）；新疆維吾爾自治區(qū)科技計劃(201130104)；自治區(qū)工程技術研究中心組建項目；新疆設施農(nóng)業(yè)技術裝備重點實驗室（xjnkkl-2013-002）

史慧鋒