المصابيح في تربية الدواجن
في حديثه عن "كيف تجعل الكتاكيت سعيدة" في مؤتمر الاستراتيجيات في الضوء لعام 2014 ، استكشف رئيس شركة "فور إنوفيشنز" بريان ويلكوكس دليلًا علميًا مقنعًا على الادعاء بأن إضاءة LED تقدم فوائد اقتصادية تتجاوز تكاليف الطاقة المنخفضة لتحقيق نتائج إيجابية بالفعل - و وبالتالي زيادة الإيرادات - في إدارة وإنتاج الدواجن. هنا ، سوف نلقي نظرة فاحصة على تطبيق الدواجن.
بينما تتمتع مصابيح LED بميزة على خيارات الإضاءة الزراعية الأخرى من حيث قدرتها على محاكاة أشعة الشمس بشكل فعال وصحيح ، فإن قدرتها على إنتاج طيف قابل للتعديل وقابل للتخصيص قد يكون أكبر ميزة لها. تختلف احتياجات طيف الحيوانات وحساسيتها الطيفية عن البشر. قد يخلق المزارعون بيئة إضاءة لحيواناتهم في حظائرهم تعمل على تحسين الصحة والرفاهية ، وبالتالي تحسين التنمية مع تقليل تكاليف الطاقة والأعلاف ، من خلال تحسين استخدام الطيف والإشعاع والتعديل.
تعد إضاءة حظائر الدواجن أحد أكثر الاستخدامات الواعدة لمصابيح LED الزراعية ، ويرجع ذلك في الغالب إلى الاختلافات المهمة بين كيفية امتصاص الناس والطيور للفوتونات وإدراكها والاستجابة لها. يمكن أن تستفيد التقنيات القائمة على LED من هذه الاختلافات لتقليل تكلفة المصابيح ، وزيادة زيادة الوزن وتنمية العضلات والعظام ، والحث على النضج المبكر في الدجاج البياض المصمم لوضع البيض ، وتعزيز تحويل الأعلاف ، وتغيير إنتاج الميلاتونين ، وزيادة إنتاج البيض وجودته ، والتحكم دورات الإنجاب ، وإطالة العمر الإنجابي.
ثلاثي الصبغيات الحساسة لطاقات الطيف الأحمر والأخضر والأزرق هم بشر. تبلغ حساسية الإنسان ذروتها عند حوالي 550 نانومتر (أخضر) ، وتنخفض تدريجيًا مع تحركها نحو الأطياف الحمراء والزرقاء. يمتص البشر الفوتونات عبر أصباغ الصورة رودوبسين (قضبان) ، واليودوبسين (المخاريط) ، والميلانوبسين ، والتي تعتمد بشكل كامل على استقبال الشبكية.
يمكن لشبكية عين الطائر أيضًا امتصاص الفوتونات بفضل الميلانوبسين والقضبان والمخاريط. ومع ذلك ، فإنها تأخذ أيضًا الفوتونات من خلال مستقبلات ضوئية نشطة موجودة في الغدة الصنوبرية ، التي تقع أعلى الدماغ (استقبال الصنوبر). ومن المثير للدهشة أنها تأخذ أيضًا الفوتونات عبر مستقبلات ضوئية الدماغ العميقة (استقبال تحت المهاد).
رباعي الصبغيات هي دواجن منزلية. طور الطيور حساسية قصوى للأخضر عند 550 نانومتر ، على غرار البشر. ومع ذلك ، لديهم أيضًا حساسية متزايدة للأشعة فوق البنفسجية (UV) والأحمر والأزرق. من المفترض أن يكون أسلافهم هو سبب ذلك. بسبب الأوراق الخضراء التي تغطي مظلات الأشجار ، فإن الغابات الاستوائية المطيرة في جنوب آسيا لها تأثير ترشيح على الضوء. مع الحد الأقصى عند 450 نانومتر (12 مرة حساسية الإنسان) و 640 نانومتر ، طورت الطيور بالتالي حساسية متزايدة للأزرق والأحمر (حساسية بشرية 4x). ولكن ربما يكون التمييز الأكثر وضوحًا بين الطيور والبشر هو أن الطيور تستطيع رؤية ضوء الأشعة فوق البنفسجية بأعينها (ذروتها عند 385 نانومتر). يتم البحث في الغالب عن أسباب قدرة الطيور الداجنة على استشعار ضوء الأشعة فوق البنفسجية. القدرة على التعرف على الطعام والقطيع هما المشتبه بهما الأساسيان.
يتأثر فسيولوجيا الدواجن بشكل مختلف حسب كل لون. من خلال تشجيع تكاثر الخلايا الساتلية في العضلات الهيكلية ، فإن الضوء الأخضر ، على سبيل المثال ، يسرع بشكل كبير معدل النمو في سن مبكرة. يرفع الضوء الأزرق مستويات الأندروجين في البلازما ، مما يعزز التطور في سن متأخرة. الضوء الأزرق منخفض التردد يمنع الحركة. كما أنه يقلل من حدوث أكل لحوم البشر بين كبار السن (خاصة في الدجاج اللاحم الذي يتم تربيته للاستهلاك البشري). بسبب التحفيز الأكثر فعالية لإفراز هرمون التستوستيرون عند استخدامه معًا ، يشجع الضوء الأخضر والأزرق على تكوين الألياف العضلية. إجمالاً ، فقد تبين أن الضوء الأزرق قد يزيد من تحويل العلف بنسبة تصل إلى 4 في المائة ، ويقلل التكلفة لكل رطل بنسبة تصل إلى 3 في المائة ، ويزيد الوزن الحي الإجمالي بنسبة تصل إلى 5 في المائة.
في بداية فترة التربية ، يحفز الضوء الأحمر ويشجع النشاط الجنسي وكذلك يرفع معدلات النمو في الدجاج والديك الرومي. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يحسن الحركة ، مما يقلل من مشاكل الساق في نهاية مرحلة التربية. يقلل الضوء الأحمر من استهلاك العلف لكل بيضة توضع مع الحفاظ على نفس حجم البيض وأوزان الصفار والزلال ووزن القشرة وسمكها. بشكل عام ، فقد ثبت أن الضوء الأحمر قد يطيل فترة ذروة الإنتاج ، ويحسن إنتاج البيض بما يصل إلى 38 بيضة لكل دجاجة ، وربما يقلل من تناول الطعام بنسبة تصل إلى 20 في المائة.
كفاءة الطاقة ضرورية للنجاح.
يتم استخدام جزء كبير من إجمالي استخدام الطاقة للإضاءة الزراعية. تتجمع المؤسسات الزراعية في منطقة جغرافية ضيقة ، ولديها أنظمة إضاءة مماثلة ، ويتم تعديلها بسرعة ، وتتفاعل بشكل جيد مع الحوافز. تتمتع الصناعة الزراعية في أمريكا الشمالية ، ولا سيما في الغرب الأوسط ، بإمكانية توفير طاقة تبلغ مليار دولار سنويًا ، وفقًا للمجلس الأمريكي لاقتصاد موفر للطاقة (ACEEE). اثنين من مفاعلي الطاقة النووية معادلة لذلك. 7 في المائة من النفقات في المزرعة ، وفقًا لكيت فارلي من ACEEE ، مرتبطة بالطاقة. مع الإعانات والمنح والحوافز الأخرى ، قد يؤدي التحول من الإضاءة المتوهجة إلى إضاءة LED إلى توفير في الطاقة بقيمة 2000 دولار لكل حظيرة. هذه التخفيضات ستزيد بشكل كبير من ربحية كل حظيرة للمزارعين.
فكر فقط في توفير الطاقة في السوق بالكامل. يقع ستة من أكبر 10 منتجين للبيض في الغرب الأوسط ، حيث يوجد أكثر من 2500 مصنع لطبقة البيض على مستوى البلاد. يستخدم كل نشاط طبقة 800 مصباح ساطع في المتوسط لكل منشأة. سيكون هناك توفير 800 مصباح (9 واط - 3 واط) / ضوء 16 ساعة / 365 يومًا / سنة ، أو 28،032 كيلو واط / ساعة لكل عملية ، إذا تم استبدال هذه المصابيح بمصابيح LED. في أيوا وأوهايو وإنديانا ، 42 في المائة من عمليات الطبقة ، كان هناك انخفاض في استخدام الطاقة بمقدار 70 مليون (مليون) كيلوواط ساعة في هذه الولايات الثلاث فقط.
نظرًا لأن سوق دجاج التسمين يستهلك أربعة أضعاف الطاقة التي يستهلكها سوق الطبقات ، فإن المدخرات تكون ملحوظة بشكل أكبر. تم العثور على الجزء الأكبر منها في الولايات الجنوبية الشرقية والجنوبية الوسطى ، ولا يزال العديد منها يستخدم إضاءة غير فعالة. بناءً على 4 حظائر / مزرعة ، 132 مصباحًا / حظيرة ، 100 واط / ضوء ، 18 ساعة / يوم ، 52 يومًا / قطيع ، و 5.5 قطعان / سنويًا ، يبلغ متوسط استخدام الطاقة الضوئية المتوهجة لمزارع الدجاج اللاحم 271814 كيلو واط ساعة لكل مزرعة سنويًا.
تم حساب التوفير في الطاقة من قبل الدكتور جوي براي من جامعة ستيفن إف أوستن في Nacogdoches ، تكساس من خلال مقارنة تقنية AgriShift LED من Once Innovations مع المصابيح المتوهجة الحالية و HPS في إعداد الإنتاج. وفقًا لبحوث براي حول الدواجن ، فإن مزرعة فروج اللحم النموذجية التي تستخدم نظامًا تقليديًا متوهجًا / HPS تستخدم 3837 كيلو وات في الساعة لكل قطيع سنويًا. خفضت مصابيح AgriShift LED من استهلاك الطاقة في نفس المزرعة بأكثر من 95 في المائة لكل مزرعة لكل قطيع ، إلى 109 كيلو واط في الساعة فقط. قد يؤدي تطبيق هذا عبر القطاع بأكمله إلى توفير الطاقة الوطنية من 2 إلى 5 مليار كيلوواط ساعة ، أو ما يعادل الإنتاج الكامل لمحطة طاقة نووية واحدة. راجع "حل الزراعة LED يستفيد من تصميم مكيف الهواء المستقل" للحصول على مزيد من المعلومات حول Once Innovations و AgriShift.
إن توفير الطاقة للشركات التي تنتج لحم الخنزير أمر جدير بالملاحظة. يوجد في الغرب الأوسط 1.8 مليون مقبس ضوء إجمالي ، معظمها من CFL ، وثمانية من أفضل 10 ولايات للخنازير موجودة هناك. يمكن للغرب الأوسط توفير 540 مليون كيلوواط في الساعة عن طريق التبديل إلى مصابيح الخنازير LED ، والتي من شأنها توفير 52.2 مليون كيلوواط في الساعة (CFL) - 25. 2 مليون كيلوواط في الساعة (SSL)=27 مليون كيلوواط في الساعة - 20 ساعة / يوم {{ 10 أيام.
القواعد والخصومات
شكلت التكاليف الأولية المرتفعة حاجزًا على الرغم من تحسين الكفاءة والفعالية وانخفاض التكلفة الإجمالية لملكية معدات الإضاءة الزراعية القائمة على LED. ويرجع ذلك جزئيًا إلى عدم وجود أي معايير أداء لقطاع الإضاءة الزراعية ، مما يجعل من الصعب على مستهلكي منتجات الإضاءة الزراعية القائمة على LED الاستفادة من خصومات المرافق لمنتجات الإضاءة المتوهجة والموفرة للطاقة المستخدمة في البيئات السكنية والتجارية الموفرة للطاقة. .
أداء ومعايير الإضاءة من حيث صلتها بالأشخاص في التطبيقات السكنية والتجارية هي محور معايير الإضاءة الحالية. تحمل سلع الإضاءة التجارية علامة DesignLights Consortium (DLC) ، بينما تعرض منتجات الإضاءة الاستهلاكية الموفرة للطاقة شعار Energy Star. للأسف ، لا يوجد معيار أداء أو ملصق يقارن بمعدات الإضاءة الزراعية. لهذا السبب ، تجد المرافق صعوبة في تضمين هذه الأجهزة في برامج الخصم الخاصة بها ، مما يضعها في وضع اقتصادي غير موات. لا يزال بإمكان المزارعين الحصول على خصم من خلال تعديل منتجات الإضاءة الاستهلاكية والتجارية للأغراض العامة لحظائرهم (والتي قد تتطلب إرفاقها في تركيبات متينة أو ذات مواقع رطبة) ، ولكن منتجات الإضاءة الجاهزة المصممة خصيصًا للحيوانات والحظائر البيئات غير مؤهلة عادة.
البرنامج الذي يصنف بشكل خاص عناصر الإضاءة من حيث الأداء الزراعي هو ما يطلبه الموردون والمستخدمون (مثل المزارعين) لمنتجات الإضاءة الزراعية. من شأن مثل هذا المخطط أن يزود العملاء ومزودي الطاقة بالمعرفة التي يحتاجون إليها لتقييم خيارات إضاءة المزرعة مع تسوية ساحة اللعب للحصول على حسومات. قد يتم تضمينه كجزء من Energy Star أو DLC أو حتى يعمل بشكل منفصل. يتعامل المعيار المثالي مع خصائص الأداء المهمة بما في ذلك المتانة والأداء والموثوقية والسلامة ويوفر الاتساق عبر مختلف المرافق. يجري بالفعل تطوير معيار ، وقد أشارت العديد من المرافق بالفعل إلى اهتمامها بالمشاركة.
قيادة مستقبل الزراعة
يتركز الجزء الأكبر من أنشطة البحث والتطوير الآن على صناعات الخنازير والدواجن ، ولكن يمكن أيضًا استخدام تقنية بمجرد الابتكارات على وجه الخصوص في تربية الأحياء المائية ، والأبقار الحلوب ، وصناعات الخيول. على سبيل المثال ، الضوء الأحمر غير مرئي للحيوانات مثل الخنازير والماشية والخيول ، وبالتالي في الليل ، يتم تعتيم الضوء إلى طيف أحمر للسماح بإجراء الصيانة دون إزعاج الماشية. تتبنى المستشفيات البشرية استراتيجية مماثلة ، مما يسمح للأفراد بالتجول ليلاً دون استخدام الضوء الأبيض الذي من شأنه أن يقلل من تخليق الميلاتونين ويعطل نوم المرضى. (راجع "إضاءة الحالة الصلبة تبرز الأشكال الحقيقية للرعاية الصحية المعاصرة" من هذه المشكلة للحصول على معلومات إضافية حول الإضاءة المستخدمة في الرعاية الصحية.)
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام الأطياف المصممة خصيصًا لإدارة موائل الأحواض للأسماك والقشريات. تجري الأبحاث الجامعية لتقييم تأثير إضاءة LED على إنتاج السلطعون ، بينما قامت البرك التجارية في الصين وبليز بتركيب أنظمة الإضاءة AquaShift كمثال. يوجد أكثر من 17 مليار دولار من إمكانات السوق العالمية للإضاءة الزراعية الصلبة. لن يرتفع هذا إلا عندما يكتشف مصنعو LED طرقًا جديدة لاستخدام الضوء لتحسين رفاهية الحيوانات ، وزيادة الإنتاج الزراعي ، وخفض تكاليف الطاقة.
