营养液铁源及铁素浓度对白菜型油菜育苗效果的影响

为筛选植物工厂环境下白菜型油菜育苗适用铁源并探究铁素浓度对油菜幼苗生长的影响,在铁素浓度2.8 mg/L下比较了EDDHA-Fe与EDTA-Fe这2种螯合铁的育苗效果;在优选铁源的基础上,设置3个铁素水平(0、2.8和5.6 mg/L)进行油菜育苗,重点调查油菜幼苗根系形态指标、根系活力、茎叶的形态指标以及活性铁含量等。结果表明：1)相同铁素浓度下,利用铁源EDTA-Fe培育的油菜茎叶中活性铁含量较EDDHA-Fe提升了12.6%,具有更高的根系活力;油菜对价格较为低廉的铁源EDTA-Fe的吸收利用效率较高;2)采用优选出的铁源EDTA-Fe进行油菜育苗,相较于2.8 mg/L铁素,铁素浓度为5.6 mg/L时培育的油菜幼苗根系表面积、根系分枝数和根系总长度均得到显著提高,幼苗叶面积提高29.1%,干物质积累量提高18.4%。油菜幼苗在无铁处理组中不能正常生长,侧根发育受阻,未发现二级侧根的形成。综上可知,油菜育苗工厂中铁肥选用EDTA-Fe效益高于EDDHA-Fe,在本试验所设置的环境温湿度及光照条件下,提高铁素浓度至5.6 mg/L更有利于油菜的生长。     

LED光源红蓝光配比对生菜光合作用及能量利用效率的影响

为了提高植物光能及电能利用效率,降低植物工厂光源的投入产出比,该文从不同红蓝光配比(R/B)对生菜光合作用影响机理入手,分析不同R/B对生菜光能及电能利用效率的影响。以荧光灯处理(FL)作为对照,通过设置不同红蓝光配比(R/B)共7个处理进行试验,测定不同R/B下生菜的Ru Bis Co羧化速率和氧化速率、光合电子流分配以及叶氮分配。结果表明:1)当R/B≥8时,增大蓝光比例显著降低了总电子传递速率向参与光呼吸的光合电子流的分配,促进了叶氮向羧化系统和生物能学系统中的投入,提高了叶片的光合作用;2)当R/B≤8时,生菜电能利用效率(electric-energy use efficiency,EUE)和光能利用效率(light use efficiency,LUE)随着R/B增加而显著增大,R/B≥8处理间EUE无显著性差异,但R/B=12处理下LUE较R/B=8处理高12.5%。综上所述,在光强为200μmol/(m2·s)的红蓝LED植物工厂中,R/B为8是影响生菜光合作用、光能及电能利用效率的转折点;为保证生菜高效生产,以红蓝光配比不小于8为宜。     

温室多层立体栽培联合补光对生菜产量及品质的影响

针对温室单层栽培模式空间利用率低,资源浪费的问题,以阿奎诺生菜为研究对象,探究温室多层立体栽培结合人工补光模式对生菜产量、品质及电能利用率的影响。试验结果表明:栽培架中层和下层补光处理能显著提高生菜总干物质量。中、下层补光处理下,每增加1%日光照累积量(Daily light integral,DLI),单位面积产量分别增加0.6%和0.8%。栽培架中层补光处理、下层补光处理和对照上层不补光处理叶片比叶面积(Specific leaf area,SLA)比中层和下层不补光处理更小,即叶片更厚。高光强下生长的叶片在光合能力及光化学成分的形成有明显的促进作用,补光处理下叶片中的可溶性糖含量和叶绿素含量均高于不补光处理。在补光处理下虽然耗电量增加了,但生菜产量也明显提高了,补光处理下的投入/产出值与栽培架最上层不补光处理差异不显著为0.08~0.09 kW·h/g,但均明显高于中、下层不补光处理的0.2~0.3 kW·h/g,而且温室中采用3层栽培模式后,空间利用率提高了2倍。     

基于CFD的植物工厂圆形锯齿状水冷LED灯管降温效果模拟

为及时将LED灯管芯片产生的热量传导出去,提升LED灯的性能,延长其使用寿命,设计了一种圆形锯齿状水冷LED灯管,并通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)软件构建水冷LED灯管模型,对其降温效果进行研究。在模型中将LED灯珠芯片设置为内热源,热流密度根据灯珠的数量和电光转化效率计算,其值为1.7×10~7 W/m~3。验证试验表明,模拟值与实测值吻合较好,最大误差为16.4%,构建的CFD模型能准确模拟灯管各结构的温度分布。利用验证的模型模拟不同水流速度对水冷LED灯管温度分布及水流压降的影响。结果表明:不同流速下水冷LED灯管的金属散热灯罩、灯珠芯片和水流的温度分布比较均匀,表明该灯管的结构设计合理,灯珠芯片释放的热量能很快传导到水流中并被带走;当灯管入口水流速度从0.10 m/s增加到0.25 m/s时,进出水温差从1.4℃下降到0.5℃。因此,在对水冷LED灯管进行串联时,可根据进水温度和环境温度的差来计算可串接灯管数量;入口水流速度的增加亦会增加水流阻力,根据模拟得到灯管进出水压差计算出灯管对水流的阻力系数为2.2,为水泵选型提供了依据。     

基于CFD的植物工厂冠层微环境管道通风效果模拟

为增加植物工厂多层栽培模式中作物冠层内部气流扰动,该研究设计了一种冠层微环境管道通风装置,利用计算流体力学软件（Computational Fluid Dynamics,CFD）构建三维栽培模型。在模型中,将植物冠层区域考虑为多孔介质,多孔介质的黏滞阻力系数为25,惯性阻力系数为1.3;LED灯管设置为热源模型,热源模型散热量为297 525 kW/m3。利用模型模拟并实测入口速度为8 m/s时植物冠层表面和上部空间气流速度,发现空气流域的平均误差为16%,模拟值与实测值吻合较好。利用验证的模型模拟不同入口速度下植物冠层的气流分布,结果表明：进气速度设置为8 m/s,该速度下植物冠层内部适宜速度区域体积占比为67.58%,冠层表面适宜速度区域面积占比为55.23%,冠层内部气流平均速度为0.14 m/s。研究表明植物工厂冠层微环境管道通风模式能有效增加冠层气流扰动。     

人工光植物工厂风机和空调协同降温节能效果

为减少人工光植物工厂中空调降温耗电量,该文利用风机引进外界低温空气与空调协同降温方式,以低功率的风机减少高功率空调的运行时间。结果表明,与仅利用空调进行降温的对照植物工厂相比,利用风机和空调协同降温的试验植物工厂节能效果明显,当植物工厂内部明、暗期空气温度分别设定在25℃和15℃,外界空气温度在-4～12℃时,明期耗电量的节省率为24.6%～63.0%,暗期为2.3%～33.6%,其节能效果随着外界空气温度的降低而增加;并且该降温方式可以将植物工厂内空气温度控制在目标值。因此,采用风机与空调协同方式对植物工厂内空气温度进行调控,可以减少植物工厂降温耗电量,降低其运行成本。     

光期湿度对植物工厂生菜干烧心及其营养品质的影响

【背景】 近年来,植物工厂因具有可在垂直立体空间进行周年计划性、省力化和无农药、洁净安全生产等传统农业无可比拟的优势,在全球得到蓬勃发展。然而,由于植物工厂内叶菜生长速度较快,而新叶部位的蒸腾较弱等原因,较易发生干烧心,大幅降低叶菜外观和内在品质。【目的】 研究光期不同湿度对水培生菜干烧心、生长及其营养品质的影响,优化预防或减缓生菜干烧心发生的植物工厂湿度环境参数,为防控生菜干烧心发生,提高植物工厂生菜品质和运行效益提供技术和理论支撑。【方法】 选用在植物工厂环境下较易发生干烧心的‘Tiberius’生菜作为研究对象,在光环境、温度、二氧化碳等环境条件保持一致的情况下,使光期（16 h）各处理空气相对湿度分别维持在50%（RH50）、70%（RH70）和90%（RH90）,暗期（8 h）各处理空气相对湿度保持一致为70%,湿度控制正负误差在5%以内。调查各处理组生菜干烧心发生情况、叶片光合参数、产量及营养品质的差异。【结果】 与RH70和RH90相比：（1）RH50处理显著提高了生菜新叶中钙离子含量,降低了采收时干烧心发生率,并且随着相对湿度水平降低,干烧心的初次发生时间得到显著推迟;（2）RH50处理未对试验光强下生菜的净光合速率产生影响,但却显著增加了生菜气孔导度、蒸腾速率和胞间CO₂浓度,促进了茎叶的钙离子运输;（3）RH50处理未显著降低生菜的总叶面积及茎叶鲜重,但却明显改善了生菜营养品质,使淀粉、抗坏血酸和可溶性蛋白的含量得到显著提高。【结论】 植物工厂高湿环境是生菜干烧心频发的原因之一,通过合理降低湿度水平能够在不显著影响生菜光合能力及产量的情况下,有效减缓生菜干烧心的发生,提高生菜的外观和营养品质,增加其商品价值,保障植物工厂优质高效生产。