Trong báo cáo nghiên cứu chuyên sâu này của Tiến sĩ Prashanth Makaram, Người sáng lập và Giám đốc điều hành của Crocus Labs GmbH, được hỗ trợ bởi Infineon, trọng tâm là vai trò quan trọng của nồng độ CO2 và ánh sáng nhân tạo trong việc nâng cao năng suất trong môi trường Nông nghiệp Môi trường được Kiểm soát (CEA) như trang trại thẳng đứng và nhà kính . Nó nêu bật thách thức trong việc duy trì các điều kiện tối ưu cho sự phát triển của cây trồng và chứng minh việc theo dõi và điều chỉnh chính xác CO2 và ánh sáng có thể tăng đáng kể năng suất và chất lượng cây trồng như thế nào. Bằng cách tận dụng cảm biến XENSIV™ PAS CO2 của Infineon cùng với hệ thống chiếu sáng thông minh của Crocus Labs, người trồng trọt có thể đạt được sự cân bằng tốt hơn trong môi trường, từ đó sử dụng tài nguyên hiệu quả, giảm mức tiêu thụ năng lượng và cuối cùng là thực hành sản xuất thực phẩm bền vững hơn. Cách tiếp cận này không chỉ tối ưu hóa sức khỏe và sản lượng của cây trồng mà còn cho phép điều chỉnh nhanh chóng chiến lược cây trồng để phù hợp hơn với nhu cầu thị trường.
Giới thiệu
Sự ra đời của các trang trại thẳng đứng và nhà kính hiện đại đã cách mạng hóa lĩnh vực trồng trọt, đưa ra các giải pháp sáng tạo nhằm giải quyết nhu cầu ngày càng tăng về sản xuất lương thực bền vững. Các hệ thống nông nghiệp có môi trường được kiểm soát này sử dụng các công nghệ tiên tiến để tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên, tối đa hóa năng suất cây trồng và giảm thiểu tác động đến môi trường. Tuy nhiên, việc quản lý và duy trì các điều kiện phát triển tối ưu trong những không gian kín này đặt ra những thách thức đáng kể. Ngoài ánh sáng nhân tạo, một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đáng kể đến sự phát triển và năng suất của cây trồng là nồng độ carbon dioxide (CO2).
Báo cáo vấn đề
Trong nông nghiệp môi trường được kiểm soát (CEA), chẳng hạn như trang trại thẳng đứng và nhà kính hiện đại, việc duy trì điều kiện phát triển tối ưu là điều cần thiết để đạt được năng suất cây trồng tối đa. Hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đáng kể đến sự phát triển của thực vật là ánh sáng nhân tạo và nồng độ CO2. Trong CEA, việc tối ưu hóa quang phổ, cường độ và thời lượng ánh sáng được đo bằng Tích phân ánh sáng hàng ngày (DLI) là rất quan trọng để thúc đẩy tăng trưởng cây trồng và tối đa hóa năng suất. Không giống như con người chúng ta, những người phải chịu nồng độ CO2 cao hơn, cây trồng cần một lượng carbon dioxide nhất định, thường được duy trì trong khoảng 800 ppm (ví dụ như cây giống cà chua, dưa chuột) đến 1300 ppm để có thể phát triển hiệu quả và phát triển trong môi trường được kiểm soát. Nhu cầu chiếu sáng và yêu cầu CO2 khác nhau tùy thuộc vào giống cây trồng và giai đoạn sinh trưởng cụ thể của nó. Nồng độ CO2 trong các hoạt động trồng CEA kín có thể nhanh chóng giảm xuống 200 ppm, khiến hầu hết các doanh nghiệp CEA sử dụng liều lượng CO2 như một biện pháp bù đắp để đưa mức CO2 về nồng độ tối ưu. Không giống như các yếu tố môi trường khác, CO2 cần được kiểm soát một cách chính xác và chịu ảnh hưởng lớn bởi độ thông gió, thời gian sinh trưởng của cây và thời tiết. Các cơ sở CEA thường có hệ thống thông gió và các cấu trúc vật lý như giá đỡ và khay cản trở sự chuyển động của không khí, dẫn đến sự phân tầng trong môi trường. Do đó, một số khu vực nhất định có thể có nồng độ CO2 dưới mức tối ưu, ảnh hưởng xấu đến quá trình quang hợp và hiệu suất tổng thể của cây trồng. Để giảm thiểu vấn đề này, người trồng tăng lượng CO2 tổng thể trong trang trại bằng cách bơm thêm CO2. Tuy nhiên, người trồng phải thận trọng vì lượng CO2 quá mức có thể dẫn đến sự tăng trưởng của cây trồng mất cân bằng, giảm chất lượng cây trồng và tăng chi phí vận hành. Sự mất cân bằng giữa nguồn cung cấp CO2, sự hấp thụ của cây trồng và khả năng thông gió cũng góp phần gây ra biến đổi khí hậu thông qua phát thải CO2 trực tiếp, trong khi các yêu cầu về năng lượng xanh yêu cầu các trang trại sử dụng hệ thống sưởi lò hơi để tạo ra CO2 phải khám phá các hệ thống làm giàu thay thế.
Giải pháp: Infineon gặp Crocus Labs
Để giải quyết những thách thức này, người trồng có thể khai thác mối quan hệ giữa nồng độ CO2, cường độ ánh sáng và quá trình quang hợp để tối ưu hóa sự phát triển và năng suất của cây trồng. Hình 1 mô tả đường cong CO2 và cường độ ánh sáng. Bằng cách duy trì sự cân bằng hợp lý giữa CO2 và quang phổ ánh sáng, người trồng có thể tối đa hóa năng suất lượng tử để đồng hóa CO2. Tuy nhiên, có một điểm bão hòa khi lượng CO2 và cường độ ánh sáng tăng thêm có tác động tối thiểu đến hoạt động quang hợp. Việc bố trí các cảm biến CO2 một cách chiến lược trên khắp khu vực canh tác cho phép người trồng có được hiểu biết toàn diện về sự phân bổ CO2 và đưa ra quyết định sáng suốt về việc bổ sung CO2 và quang phổ ánh sáng. Hệ thống chiếu sáng thông minh của Crocus Labs tận dụng cảm biến CO2 Infineon XENSIV™ PAS để thu thập dữ liệu từ các khu vực khác nhau của trang trại. Sự tích hợp liền mạch này cho phép đồng bộ hóa quang phổ đầu ra của đèn với yêu cầu CO2 cụ thể của các loại cây khác nhau ở các giai đoạn tăng trưởng khác nhau và tại các địa điểm khác nhau, tạo ra môi trường tăng trưởng lý tưởng. Bằng cách đảm bảo tốc độ quang hợp phù hợp với nhu cầu của cây trồng, người trồng có thể đạt năng suất cao hơn, cải thiện chất lượng cây trồng và giảm chi phí vận hành (từ lượng điện và lượng CO2). Khả năng kiểm soát chính xác quang phổ ánh sáng và CO2 này cũng mang lại cho các trang trại sự linh hoạt để giảm thiểu rủi ro thị trường bằng cách điều chỉnh việc lựa chọn cây trồng của họ. Ví dụ, trong trường hợp thị trường trở nên bão hòa với dưa chuột, khiến giá dưa chuột giảm, các trang trại có thể chỉ cần điều chỉnh các thông số ánh sáng và CO2 để phù hợp với một loại cây trồng khác. Khả năng thích ứng này giúp họ tránh được tổn thất tài chính và duy trì lợi nhuận.
Bằng cách tích hợp cảm biến CO2 XENSIV™ PAS có độ chính xác cao của Infineon với hệ thống chiếu sáng thông minh của Crocus Labs, Crocus Labs cung cấp cho người trồng giải pháp toàn diện kết hợp giám sát CO2 theo thời gian thực, kiểm soát ánh sáng chính xác và điều chỉnh quang phổ thông minh. Ví dụ: trong một trang trại thẳng đứng cao 10 mét trải rộng trên 1000 m2 trồng rau xanh, việc tích hợp cho phép người trồng theo dõi nồng độ CO2 và điều chỉnh linh hoạt quang phổ chiếu sáng tại các vị trí khác nhau của trang trại để bù đắp sự mất mát ở mức CO2 tối ưu và do đó phù hợp với nhu cầu cụ thể của cây trồng. Bằng cách phân tích dữ liệu cảm biến CO2 và sử dụng các thuật toán tiên tiến, hệ thống chiếu sáng có thể điều chỉnh quang phổ đầu ra một cách thông minh để tối ưu hóa hiệu quả quang hợp, nâng cao chất lượng cây trồng đồng thời giảm nhu cầu sử dụng quá liều COXNUMX.
Trong một trường hợp sử dụng khác, hãy xem xét một nhà kính trồng cây ăn quả. Với sự tích hợp của cảm biến CO2 của Infineon và hệ thống chiếu sáng của Crocus Labs, người trồng có thể tinh chỉnh thành phần quang phổ của ánh sáng dựa trên các phép đo CO2 theo thời gian thực. Ví dụ, trong quá trình chuyển từ giai đoạn ra hoa sang đậu quả, XENSIV™ PAS CO2 giúp duy trì mức CO2 đồng đều, trong khi hệ thống chiếu sáng của phòng thí nghiệm Crocus có thể được điều chỉnh để bổ sung thêm bước sóng đỏ nhằm cải thiện sự phát triển của quả. Bằng cách kiểm soát chính xác cả nồng độ CO2 và quang phổ ánh sáng, người trồng có thể tạo ra môi trường tăng trưởng lý tưởng giúp tối đa hóa khả năng quang hợp của cây, mang lại những bông hoa rực rỡ và khỏe mạnh.
Để tiếp tục đọc sách trắng này, vui lòng nhấp vào ĐÂY.