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适于蔬菜栽培的LED光源系统的研制与应用

彭艳艳  
【摘要】:近年来,以LED光源为基础的人工光蔬菜栽培研究取得了重大的突破,初步确立了以红蓝组合光为核心的人工光栽培模式。但鉴于精准“给光”装备技术的缺乏、实验手段的局限,使得将光作为精准变量的研究工作难以深入,适于蔬菜栽培的精准光源系统研究一直局限于同水平重复阶段。本文综合应用LED发光技术、智能控制技术、智能装备技术、数值模拟技术、光生物学、及蔬菜栽培学等诸多跨界领域的知识,研制出两套LED智能精准植物调光系统,并利用此装备试验精准分析光质对蔬菜光需特性、生长发育及营养品质的影响,在一定程度上实现了这一行业难点的突破。1.研制了一种LED生物光照分析装置(行业首创并获得发明专利授权),可通过LED精准调光植物光源组按预设程序扫描式照射正下方的植物同化箱,快速研究不同植物或同种植物不同生长阶段在不同精准光质条件下的光需数据,其中红光最大光照强度达到2500μmol·m-2·s-1,蓝光达到2700μmol·m-2·s-1,同时适用于精准光照与温湿度、二氧化碳等环境因子的快速协同研究。并采用此设备对小白菜、辣椒、蒜苗等3种蔬菜在10种单一光质条件下进行了光需实验测试,结果差异显著:例如在20℃的温度条件下,测试660nm红光照射下的光补偿点,小白菜为75.2μmol·m-2·s-1,辣椒为46.9μmol· m-2·s1;蒜苗为59.6μmol·m-2·s-1。2.研制了一种LED植物智能调光台,理论可实现任意光谱均匀组合,40cm高度条件下复合光谱平均光照强度达到1238μmol·m-2·s-1,标准差为60μmol·m-2·s-1,均匀性达到0.9,每个光质通道均可以曲线调控光周期,是探索植物生长发育所需要的最佳光照条件的理想设备,并采用此设备,研究了不同LED光质对叶用莴苣生长发育和营养品质的影响:红光促进叶用莴苣的营养生长,提高其产量,可溶性糖含量提高了54.9%,蓝光显著提高可溶性蛋白含量,对比提高了56.2%。3.在以上实验数据支撑基础上,研制了适用于蔬菜栽培的LED光源系统,以叶用莴苣为例,栽培层间距30cm条件下,每平方米LED光源系统能耗约136W,生菜生长周期约25天,生菜品质和硝酸盐含量达到国家绿色蔬菜标准。本论文的成果将为蔬菜作物设施栽培光环境精准调控研究提供新的科研设备系统平台,对促进蔬菜设施精准栽培的快速发展,具有重要的理论和实践指导意义。


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