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可控环境农业的发展
在气候变化影响、人口过剩和不断扩张的发展压力下，地球的资源和可耕地持续减少……然而全球粮食需求却在不断上升。人口密集的城市地区、干旱贫瘠的种植区域以及不可预测的天气模式导致的作物损失，都增加了为满足食品供应链需求而进行生产的压力。对此，农业领域不断发展，以应对当今的挑战，开发出在最大限度提高产量和利润的同时，最大限度减少资源需求的解决方案。
可控环境农业（CEA或CEAg）技术持续发展以满足这一需求——创新的室内种植环境解决方案，既能节省空间和资源，又能操控和控制生长条件。种植者、农业研究人员和温室管理者可以利用技术监测温度、湿度、光照和二氧化碳（CO₂）等生长变量，从而微调室内农业环境，实现最高产量。
让我们来了解一下可控环境农业、它解决的问题、CEA应用实例，特别是光照在CEA植物生长和生产中的作用——最后，介绍室内种植者可利用的监测工具，以优化运营、产量和成本效益。
可控环境农业的优势
可控环境农业解决方案具有多项关键优势，使其在当今世界成为越来越具吸引力的农业解决方案：
- 全年生产，不受季节和不稳定天气模式影响
- 作物质量和产量稳定
- 免受病虫害和极端天气侵害
- 减少农药和除草剂带来的残留污染物
- 资源利用高效，尤其是水资源
据行业专家称，随着气候变化扰乱传统农业模式和生产，可控农业有望超越目前典型的作物（绿叶蔬菜和香草），扩展到世界可能依赖的关键作物。CEA行业正迅速采用新技术，以提高盈利能力和可持续性。并且，随着城市人口增长和可持续性担忧加剧……可控环境农业有望发挥关键作用。
“任何时候你在控制任何东西，即使是温室，你都在控制温度、降雨量……所有一切。因此，CEA这一术语适用于一系列应用，从简单的温室一直延伸到基本上控制每一个生长变量的种植室。”——戴夫·约翰逊（Dave Johnson），LI-COR环境公司首席科学家
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可控种植环境的类型
室内农业解决方案：从温室到垂直农场
可控农业环境有多种形式。最常见的是温室和高隧道（或 hoop 温室）。这些结构允许农民延长生长季节，并保护作物免受恶劣天气影响。这些室内种植环境通常由玻璃或塑料建造，是 setup 和维护成本较低的解决方案。让我们来看看更先进的CEA模式类型：
商业温室：规模化作物生产
商业温室提升了可控农业水平，采用先进技术和自动化系统来最大限度提高产量并操控生长条件。通过优化条件，大型商业运营可以精确控制水分输送、养分等，以最高效率生产作物。
垂直农业：城市农业的未来
作为可控农业的前沿方法，垂直农业在高层建筑景观中日益兴起。这种方法非常适合城市地区，通常在改造的废弃建筑或专门建造的结构中进行，涉及在堆叠的层和塔中种植作物。垂直农业已被证明能生产高产的绿叶蔬菜和香草，这是可控环境农业中研究最多的作物。
掌控要素：调整光合有效辐射（PAR）和其他生长参数以实现最佳作物产量
在这种集中的农业应用中，每一寸种植空间都对作物产量、植物健康和效率至关重要。因此，掌控生长要素至关重要。通过仔细调节关键参数，种植者可以创造并维持理想条件，实现植物全年最佳生长和生产力。让我们来阐明植物生长背后的最大力量……光照。具体来说——光合有效辐射（PAR）。
光照在植物生长中的作用
光照是光合作用的驱动力。观察和理解光照强度和光照类型如何影响植物生长是室内种植的核心。PAR直接与光合作用相关，而光合作用正是植物生命的动力来源，它指的是植物可用于光合作用的光波长范围（400–700 nm），包括光谱中蓝色和红色部分的光，植物对这些光的利用效率最高。通过了解PAR水平，种植者可以优化植物的光照条件。因为每种植物的叶子中都含有叶绿素，植物最喜欢获取光照的峰值吸收点存在于特定波长，但所有植物的峰值都在400-700纳米范围内。
LI-COR环境监测专家戴夫·约翰逊解释说，为了创造优化PAR的条件，可控环境农业中使用了多种灯光：老式卤素灯、金属卤化物灯（这些特殊灯泡具有非常高的光输出强度），以及现在的LED灯。约翰逊表示，LED灯能提供植物喜欢的理想PAR范围内的光，并且通常提供选择光谱不同部分的选项，这使种植者能够为植物定制光照“配方”。
约翰逊说，PAR水平和光合作用之间几乎存在一对一的关系。增加光照，光合作用就会增强，但最终会达到饱和点，此时更多的光照不仅不再有帮助，反而会损害植物。
为了在PAR和其他参数上达到这种微妙的生长平衡，农民通常会问以下关键问题：
光照强度如何影响植物产量？
正如约翰逊所指出的，种植者希望通过调节光照强度来优化植物产量，这与所种植的特定物种或品种有关。
每日光积分（DLI）：植物全天接收多少光照？
植物的生长周期与它们白天接收的日照小时数密切相关。种植者可以参考每日光积分（DLI）测量值，该值通过多次测量计算得出，代表植物在一天/一段时间内接收的总光量单位。
种植环境的湿度如何（蒸气压亏缺（VPD）是多少）？
室内种植者尤其需要通过监测蒸气压亏缺（VPD，即空气中水蒸气所施加的压力）来了解湿度水平对生长的影响。
单个植物获得多少光照？
对于种植者来说，当光照位置和间距等因素会影响到达单个植物的光照量时，很难知道实际到达植物的光照水平。
无论是作为复杂高科技商业系统的制衡手段，还是测量涂白种植室墙壁的折射光，光照监测产品都能阐明植物接收生长所需光照的效率和效果。
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监测光谱以实现植物最佳生长
效率和功效对种植者的底线至关重要，这就是为什么越来越多省时、经济高效的光照监测解决方案不断涌现，以优化运营并确保其系统实现价值最大化。能够在植物层面跟踪PAR对于种植者来说非常宝贵，因为当植物间距等因素会影响到达每株植物下层和冠层的光照量时，他们需要了解植物接收了多少光照。
在各种可控环境农业应用中，PAR和其他传感器用于监测这些变量的方式各不相同：大型、高产蔬菜生产的规模化种植设施可能会在温室中战略性地布置PAR和其他传感器，持续记录光照测量值，以确定设施的每日光积分（DLI）和高成本自动化系统的功效。其他小型种植者可能每月使用便携式PAR传感器进行一次测量，以确保灯光正常工作。一些温室使用光照监测来确保没有室外光线进入，以实现零紫外线影响生长。
从植物研究人员到商业温室管理者，所有人都能从一些易于实施、经济实惠的监测工具和解决方案中受益，以支持他们的目标。
如何评估种植环境以满足植物光照需求
PAR传感器
作为光照监测传感器的行业领导者，LI-COR提供两种PAR传感器解决方案：LI-190R和LI-191R线性量子传感器，两者都能对大多数广谱光源（自然光、人工光和混合光）提供高精度的PAR测量。这些传感器可以连接到便携式仪表、数据记录仪、远程监测传感器网络。
用于PAR、温度和湿度的蓝牙数据记录仪
多参数数据记录仪（如HOBO MX2308）配备蓝牙功能，可轻松从温室和种植设施中难以到达的位置卸载数据，除了测量温度和湿度外，还利用LI-COR 190R光照传感器测量PAR……所有这些都通过单个记录仪实现。这些易于使用的记录仪为种植者提供了一种经济高效的方式来跟踪多种条件，并计算蒸气压亏缺（VPD）和每日光积分（DLI）测量值。
用于可控农业监测的无线传感器网络
室内农民可以通过使用远程无线传感器网络来加强他们的监测工作。这些可定制、可扩展的网络将多达50个无线传感器连接到中央RX蜂窝站，该站将数据传输到云端（LI-COR Cloud远程监测软件）。传感器网络允许种植者定制和扩展他们的监测操作，让他们能够实时、全天候访问关键条件数据，并提供可定制的警报，当生长条件超过指定阈值时触发电子邮件或短信警报——所有这些都支持及时决策，以防止代价高昂的损失并优化生产力。
随着室内农业的未来发展，这些监测解决方案将成为宝贵的工具，帮助CEA种植者微调他们的运营和生长条件……并最终满足对可持续、经济高效食品来源不断增长的需求。
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