不同光质组合对生菜生长和能量利用效率的影响

【目的】筛选较优的光质组合,提高人工光植物工厂生菜产量和能量利用效率。【方法】以光强为200μmol/(m~2·s),R/B为4/1的红蓝光(RB)为对照,在光强为150μmol/(m~2·s),R/B为4/1的红蓝背景光基础上,分别添加50μmol/(m~2·s)的绿光(G)、黄光(Y)、橙光(O)和远红光(FR)组成4种不同光质组合处理,分别用RBG、RBY、RBO和RBFR表示,对不同光质组合处理生菜的生长及形态、光合能力、能量利用效率等指标进行比较研究。【结果】RBG、RBO和RBFR处理生菜地上部鲜质量较RB处理分别增加14.5%,14.5%和30.8%,地上部干质量分别增加13.3%,24.1%和29.9%(P0.05)。RBG处理可以增加生菜的株高、总叶面积、净光合速率和能量利用效率。与RB处理相比,RBY处理对生菜的地上部干、鲜质量影响不显著;RBO处理可以提高生菜叶片的光合能力和能量利用效率。RBFR处理可以增加生菜的地上部干、鲜质量,但在实际生产中,生菜叶片较易出现烧尖现象。【结论】RBG和RBO是工光植物工厂生产中较为合适的光质组合。     

中国设施农业研究现状及发展战略

本文以设施农业的发展背景分析为基础,介绍了目前国际上在温室智能化管理、节能与新能源利用、高效栽培、植物工厂和温室机器人等设施农业关键技术领域的发展趋势,对我国设施农业的研究现状和问题进行了系统阐述。针对目前我国设施农业存在的问题,提出了今后的发展战略和建议。     

植物工厂导气栽培槽通风对冠层环境影响模拟

为了增加植物工厂多层栽培模式中作物冠层内部气流扰动和简化通气管道施工工艺,该研究设计了一种集栽培床和通风管路于一体的导气栽培槽(cultivation bed integrated with draft-tube,CBT)。利用流体计算软件(computational fluid dynamics,CFD)构建了CBT模型,通过模拟和实测入口速度为5.0 m/s时植物冠层内部的气流速度,得到栽培区域几何中心截面速度的模拟值与实测值分布趋势一致,计算模拟值与实测值的均方根误差为0.22 m/s,表明该模型能准确模拟气流速度。利用验证的模型模拟了不同进气速度对作物冠层内部气流分布的影响得到入口速度为6.0 m/s时,植物冠层空间适宜的气流区域体积占比最高,为56.3%,该入口速度下冠层区域的气流平均速度为0.15 m/s。根据模拟结果,选取6.0 m/s为CBT的入口速度,以成熟期生菜作为试验材料,在同一环境条件下对比CBT通风模式和传统通风模式(traditional ventilation control,TVC)下生菜冠层内部微环境,测试通风调温效果。结果表明,CBT处理的冠层内光期...     

利用室外冷源空气的植物工厂降温节能效果分析

通过利用室外冷源空气协同空调进行植物工厂降温,以仅使用空调降温的植物工厂为对照,同时结合零浓度差CO2施肥方法使植物工厂内外CO2浓度保持一致,调查引进室外冷源空气对植物工厂内空气温度、饱和水汽压差、CO2浓度、降温设备的节能率、性能系数(COP,coefficient of performance)及奶油生菜产量和光合色素含量的影响。结果表明:(1)引进室外冷源空气的降温方法可以将试验植物工厂内温度控制在目标范围:明期23~27℃、暗期18~22℃,外界温度越低,温度变化幅度越大;同时段试验植物工厂内的空气饱和水汽压差(明期1.3~2.7k Pa,暗期1.2~1.9k Pa)高于对照(明期0.3~1.3k Pa,暗期0.3~0.5k Pa);配合零浓度差CO2施肥法基本能将明期大部分时段的CO2浓度控制在与外界浓度相同范围内(400~500μmol·mol-1)。(2)试验期间,与仅使用空调的降温方法相比,引进室外冷源空气的方法能使植物工厂总耗电量节省10.8%,其中试验植物工厂降温系统比对照节省了66.2%的耗电量。(3)在外界温度-4~5℃以及显热比0.4~0.9的条件下,引进室外冷源空气的风机性能系数为19.3~28.9,高于空调降温的COP值(试验植物工厂为5.3~14.7,对照植物工厂为5.8~14.9)。(4)引进室外冷源空气的降温方法未对生菜产量和光合色素含量造成显著影响。因此,采用引进室外冷源空气的控制方法不仅可以节省植物工厂的降温耗电量,还能提高降温设备的性能系数,取得显著的节能效果。     

不同绿蓝光比例对罗勒生长及其能源利用效率的影响

【目的】在红光(R,660 nm)保持定量的条件下,探究不同绿蓝光比例(G/B)对罗勒(Ocimum basilicum Linn.)生长、气孔特征、光合能力以及能源利用效率的影响,为植物工厂罗勒高效节能生产提供技术支撑。【方法】在植物工厂环境下,以罗勒为试验材料,将生长19 d的罗勒幼苗分别置于RB(R﹕G﹕B=8﹕0﹕8,设为对照处理)、RG₁B₇(R﹕G﹕B=8﹕1﹕7)、RG₁B₃(R﹕G﹕B=8﹕2﹕6)、RG₁B₁(R﹕G﹕B=8﹕4﹕4)、RG₃B₁(R﹕G﹕B=8﹕6﹕2)、RG₇B₁(R﹕G﹕B=8﹕7﹕1)和RG(R﹕G﹕B=8﹕8﹕0)7种不同光质组合处理中,光照强度设置为160μmol·m^-2·s^-1,其中红光占50%,光照时间为16 h/d,光/暗期温度为25℃/23℃,相对湿度设定为65%,光期CO...     

设施环境下蔬菜干烧心的发生原因及防控策略

随着我国设施农业的快速发展，蔬菜生产亟需从数量向质量转型，提高蔬菜质量已成为设施蔬菜发展的首要问题。干烧心是叶菜类蔬菜生产中普遍存在的由钙缺乏引起的生理性病害，在设施环境下尤为严重。本文从蔬菜种类、设施环境（风速、湿度、光环境、营养液）和栽培管理的角度，系统分析了设施环境下蔬菜干烧心发生的原因，并提出了相应的防控策略。     

红蓝光下光强对生菜电能、光能利用效率及品质的影响

通过调查红蓝LED光源下生菜的光能利用效率(LUE)和电能利用效率(EUE),以期确定人工光栽培环境下红蓝LED的优化光强参数。本试验LED光源的红蓝光配比设定为1∶1,光强分别为200、300和400μmol/(m2·s)的3个处理(分别以L200、L300和L400表示),生菜定植38d后收获。结果表明:1)定植至收获期间,对每次间苗所收获生菜的干重以及定植38d后收获生菜的干重进行累计计算,处理L300下生菜的EUE最大,为0.948%,较处理L200和L400下生菜的EUE分别高5.22%和46.6%;处理L200下生菜的LUE最大,为4.17%,较处理L300和L400下生菜的LUE分别高12.0%和59.3%。2)定植38d后处理L300下生菜地上部分的鲜干重最大,平均值分别为41.3和2.58g,较处理L200和L400下地上部分鲜重分别高23.5%和25.2%;地上部分干重分别高28.4%和12.8%。3)处理L300与处理L200相比,定植38d后前者叶片的可溶性糖含量较高,硝酸盐含量较低;但与处理L400之间无显著性差异。综合考虑光能、电能利用效率及干重累积量,推荐300μmol/(m2·s)作为红蓝LED组合光源下生菜生长较优的光照强度。     

根际通电栽培对植物工厂生菜生长及叶烧病发生的影响

针对人工光植物工厂内由钙缺乏而引起的叶菜叶烧病频发的问题,以较易发生叶烧病的生菜作为试验材料,采用在生菜根际建立电压为-15kV全天工作的通电系统,使生菜植株带负电,并在地上部生长空间形成正向电场的方法,设置根际通电处理为试验组,无通电处理为对照组,探究根际通电栽培对生菜生长、钙离子吸收以及叶烧病发生的影响。结果表明:1)对照组的生菜植株在第13天发生叶烧病现象,而试验组的生菜则在第15天出现叶烧病,且在第20天叶烧病的发生率降低了46.9%;2)移栽第20天,与对照组相比,试验组生菜植株的地上部和地下部鲜质量分别提高了6.3%和30.9%,干质量分别提高了17.2%和22.4%;3)移栽第10天,试验组生菜的根系活力和Ca~(2+)吸收能力分别较对照组提高了133.3%和108.9%;4)移栽第20天,试验组生菜的气孔导度、蒸腾速率和胞间二氧化碳浓度分别较对照组提高了46.2%、49.0%和5.2%,生菜光合产物的积累也得到提高。综上,在植物工厂综合环控条件下,根际通电栽培能显著改善生菜的生长发育,并能有效地减缓叶烧病的发生。     

Energy saving effect on cooperating cooling of conditioner and air exchanger in plant factory with artificial light

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。     

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。