CN102523956A - 植物生长*** - Google Patents

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Abstract

本发明的一种植物生长***，包括：第一光源，用于辐照红光至植物；第二光源，用于辐照远红光至所述植物；控制部分，其控制所述第一光源和所述第二光源的辐照操作；以及时间设定部分，其设定所述控制部分操作所述第一光源和所述第二光源的辐照的时间区段。所述时间设定部分设计为使得：所述第一光源在日落之前开始红光辐照；并且所述第二光源在所述红光辐照之后开始远红光辐照。

Description

植物生长***
技术领域
本发明涉及用于加速植物的生长的植物生长***。
背景技术
常规地，已知的植物生长方法中，辐照人造光至植物来调整植物的生长率、开花时间、等。例如，据报道，通过在日落后利用远红光(far-red light)辐照诸如菊花的短日照植物和日照中性植物诸如菊花的短日照(short-day)植物和日照中性(day-neutral)植物，该植物的生长得到了促进(见JP2006-67948A)。
在短日照和日照中性植物的生长促进方法中，利用单色远红外光辐照植物。然而，辐照至植物的光不必是单色的，而是可以使用具有不同波长的多种光。
作为使用具有不同波长的两种光的植物生长方法的一个范例，报道了在日落后辐照红光和远红光的至少之一到茄属植物(西红柿)达1至3个小时以获得高糖西红柿(见JP2007-282544A)。
作为另一范例，公开了加速短日照植物的开花时间的短日照处理方法(见JP2009-136155A)。在此方法中，在短日照植物的光周期中，利用红光和远红光同时在接近白天阶段的开始和结束时和/或在接近白天阶段的开始和结束时的任意之一辐照短日照植入。
然而，在JP2006-67948A中公开的方法中，辐照至植物的远红光仅具有弱的生长促进效果。
在JP2007-282544A中描述的方法中，辐照红光和远红光的至少之一至西红柿不必然加速西红柿的生长，虽然它增加了西红柿的含糖量。此方法不限于西红柿，但是不必然适用于其它植物。
在JP2009-136155A中公开的***中，同时辐照至短日照植物的红光和远红光不必然促进短日照植物的生长，虽然它们加速了短日照植物的开花时间。
发明内容
考虑到上述情况，本发明的目的是提供用于显著促进植物的生长的植物生长***。
根据本发明，提供了一种植物生长***，所述植物生长***包括：第一光源，用于辐照红光至植物；第二光源，用于辐照远红光至所述植物；控制部分，其控制所述第一光源和所述第二光源的辐照操作；以及时间设定部分，其设定所述控制部分操作所述第一光源和所述第二光源的辐照的时间区段，其中，所述时间设定部分设计为使得：所述第一光源在日落之前开始红光辐照；并且所述第二光源在所述红光辐照之后开始远红光辐照。在植物生长***中，所述时间设定部分优选地设计为使得所述第二光源在所述第一光源的所述红光辐照完成后开始所述远红光辐照。此外，在所述植物生长***中，优选地，所述第一光源的峰值波长在610至680nm的范围内，且所述第二光源的峰值波长在685至780nm的范围内。
在植物生长***中，优选地，通过控制从单个光源发射的光的波长来实现所述第一光源和所述第二光源。
在植物生长***中，优选地，所述第二光源以0.02W/m2或更大的辐照度和0.2kJ/m2或更大的每日积分辐照度发射所述远红光。此外，优选地，所述时间设定部分设计为使得：所述第一光源在直至接近日落的第一时间区段发射所述红光；并且所述第二光源在直至接近日落的第二时间区段发射所述远红光。
在植物生长***中，优选地，所述第一光源和所述第二光源中的每一个包括日光从其通过的滤光器，并且所述第二光源以0.5W/m2或更大的辐照度和1kJ/m2或更大的每日积分辐照度发射远红光。此外，优选地，所述时间设定部分设计为使得所述第二光源从接近所述第一光源的红光辐照的结束直至接近日落发射所述远红光。在植物生长***中，优选地，所述第一光源的所述滤光器为波长在610至680nm的范围内的红光从其通过的红色滤光器且所述第二光源的所述滤光器为波长在685至780nm的范围内的远红光从其通过的远红色滤光器。
根据本发明的植物生长***，利用红光和远红光在接近日落时连续辐照植物，由此与常规技术相比，显著地促进了植物的生长。
附图说明
根据接合附图给出的实施例的以下描述，本发明的目的和特征将变得明显，其中：
图1是示出根据本发明的第一实施例的植物生长***的结构的正视图；
图2是示出从以上***中使用的第一光源和第二光源发射的光的频谱特性的视图；
图3是辐照单元的透视图，其中，第一光源和第二光源并入到一个外壳中；
图4是辐照***的正视图，其中，在以上***中采用的第一光源和第二光源设置于植物的较上侧、中间侧、以及较下侧；
图5是辐照***的顶视图，其中，以上***中采用的第一光源和第二光源设置于植物的较上侧、中间侧、以及较下侧；
图6是示出使用以上***的范例中的第一光源和第二光源的光辐照模式的范例的视图；
图7是示出相对于使用以上***的范例的比较范例中的第一光源的光辐照模式的范例的视图；
图8是示出相对于使用以上***的范例的比较范例中的第二光源的光辐照模式的范例的视图；
图9是示出根据本发明的第二实施例的植物生长***的结构的正视图；
图10是示出通过以上***中采用的滤光器的日光的频谱特性的视图；以及
图11是示出以上***中采用的第一光源和第二光源的光辐照模式的范例的视图。
具体实施方式
(第一实施例)
将参照图1至8描述根据本发明的第一实施例的植物生长***。促进植物的生长的植物生长***1用于例如在全封闭类型的植物幼苗生产***中正生长的植物(特别是正开花的植物)、用于用于农业的诸如塑料温室和暖房的设施下的栽培、或户外栽培。
如图1中所示，植物生长***1利用光辐照种植于田埂(ridge)F中的植物P以增强植物P的生长。植物生长***1包括第一光源2、第二光源3、控制这些光源的辐照操作的控制部分4、以及确定控制部分4操作这些光源的辐照的时间区段的时间设定部分5。这里，控制部分4通过分别的电力线6电连接至第一光源2、第二光源3、以及时间设定部分5。
第一光源2优选地设置于植物P以上，以便利用其光辐照整个植物P。利用峰值波长在610至680nm的范围内的红光辐照植物P。第一光源2包括：例如荧光灯23，荧光灯23发射具有可见光区的所有波长的光；以及红色滤光器21，仅使从荧光灯23发射的光中的红光从其通过。替代地，第一光源2可以包括设计为发射峰值波长在610至680nm的范围内的红光的红色LED，而不包括红色滤光器21。如图2中所示，具有红色滤光器21的荧光灯23和红色LED能够例如发射峰值波长分别约为660nm和约630nm的红光。第一光源2不限于以上，但是例如，可以包括红色荧光灯、具有红色滤光器21的白炽灯或HID灯(例如，高压钠灯和氙灯)、以及红色EL元件。
第二光源3优选地设置于植物P以上，接近第一光源2，并利用峰值波长在685至780nm的范围内的远红光辐照植物P。第二光源3例如包括：荧光灯33，荧光灯33发射具有可见光区的所有波长的光；以及远红色滤光器31，其仅使从荧光灯33发射的光中的远红光从其通过。替代地，第二光源3可以包括远红色LED，该远红色LED设计为发射峰值波长在685至780nm的范围内的远红光，不包括远红色滤光器31。如图2中所示，具有远红色滤光器31的荧光灯3和远红色LED3例如能够发射峰值波长分别约为740nm和约735nm的远红光。第二光源3不限于以上，而是例如可以包括远红色荧光灯、具有远红色滤光器31的白炽灯或HID灯(例如，高压钠灯和氙灯)、以及远红色EL元件。
可以通过控制从单个光源发射的光的波长来实现第一光源2和第二光源3。例如，这可以用以下方式实现：关于荧光灯设置红色滤光器21和远红色滤光器31，并且红色滤光器21和远红色滤光器31彼此被交换(未示出)，荧光灯发射红光和远红光。
控制部分4具有例如微计算机、继电器、开关等。此外，控制部分4可以包括调光器(未示出)，用于调节从第一光源2和第二光源3中的每一个发射的光的辐照度。调光器包括光控制器，并电控制从第一光源2和第二光源3中的每一个发射的光的辐照度。为了获得对植物P的充分的生长促进效果，第二光源3优选地利用远红光辐照植物P，远红光在植物P附近的辐照度为0.02W/m2或更大，并且每日积分辐照度(integral irradiance perday)为0.2kJ/m2或更大。第一光源2优选地利用红光辐照植物P，红光的辐照度比第二光源3的辐照度高或与之相等，但是其辐照功率不受特别限制。可以通过使用Leica制造的测光仪Li-250和传感器Li-200SA来测量辐照度。
时间设定部分5设计为：使得第一光源2在日落之前的时间区段开始利用红光辐照植物P；且第二光源3在第一光源2的红光辐照完成时开始利用远红光辐照植物P。因此，在接近日落的时间区段，利用从第一光源2发射的红光和从第二光源3发射的远红光连续辐照植物。
时间设定部分5设计为使得第一光源2和第二光源3中的每一个在预设定的时间开始或停止光辐照，预设定的时间例如是利用定时器、微计算机等设定的。时间设定部分5可以设置有光电传感器，以使用该光电传感器来探测植物P附近发射的自然光(日光)的辐照度，由此确定第一光源2和第二光源3中的每一个的光辐照的开始或停止时间。此外，时间设定部分5可以设置有太阳能时间开关，并且根据预存储在太阳能时间开关中的日出和日落时间，时间设定部分可以确定第一光源2和第二光源3中的每一个的光辐照的开始或停止。
如图3中所示，多个第一光源2和第二光源3可以并入单个外壳C中。此时，第一光源2和第二光源3优选地交替布置，以利用更均匀的光辐照更宽的区域。
同时，在植物P高和/或具有许多枝叶的情况下，从第一光源2和第二光源3发射的光几乎不能到达植物P的较低部分和/或内部部分。在此情况下，如图4中所示，除植物P的较上侧外，第一光源2和第二光源3优选地设置在植物P的中间侧和较低侧。从而，通过第一光源2和第二光源3，能够利用更均匀和强的光辐照植物P，而不依赖于植物P的形状。此时，设置在植物P的中间侧和较低侧的第一光源2和第二光源3优选地配置成使得它们的安装角是可调节的，以便以期望的角度辐照植物P。
如图5中所示，较上光源2a和较上光源3a分别是设置在植物P以上的第一光源2和第二光源3。较上光源2a和较上光源3a例如正好沿田埂F延伸的方向以规则间隔设置在植物P以上。此外，侧部光源2b和侧部光源3b分别为分别设置在植物P的中间侧的第一光源2和第二光源3。侧部光源2b和侧部光源3b例如沿田埂F延伸的方向以规则间隔设置在田埂F之间的植物P的中间侧。此外，较低光源2c和较低光源3c分别是设置在植物P的较低侧的第一光源2和第二光源3。较低光源2c和较低光源3c沿田埂F延伸的方向以规则间隔设置在田埂F之间的地上。侧部光源2b、3b和较低光源2c、3c是防水的，并且例如由连续光源构成，连续光源诸如是中空光导类型发光装备、光纤、以及形成为细长形状的EL装置。
较上光源2a、侧部光源2b以及较下光源2c可以是根据植物P的生长在光分布和光体积上是可调整的。例如，在植物P仍然小的情况下(生长阶段的开始)，与植物P分开的较上光源2a关闭，并且接近植物P的侧部光源2b和较下光源2c开通。此时，侧部光源2b和较低光源2c优选地改变它们的安装角以使它们的光分布窄，使得利用聚焦光辐照植物P。此外，植物P在生长阶段的开始未充分发展枝叶，使得甚至在光体积低较低时，辐照至植物P的光也能够到达植物P以上的所有地方。因此，优选地，降低从侧部光源2b和较下光源2c发射的光量。
另一方面，在植物P已经充分生长的情况下，所有较上光源2a、侧部光源2b、以及较下光源2c开通。此时，侧部光源2b和较低光源2c优选地改变它们的安装角度，以使它们的光分布更宽，使得利用光辐照植物P的较宽范围。此外，充分发展了的植物P具有许多枝叶，如果光体积不足够，则使得辐照至植物P的光不能到达植物P里面。因此，优选地，增加从较上光源2a、侧部光源2b以及较下光源2c发射的光量。
属于开花植物的菊花(Seyprinse)用作植物P，并且检查植物生长***1对菊花的生长促进效果。菊花被栽培达约四个月，即从十月末种植开始至下一个二月收获。种植后，为了保持菊花的营养生长，通过在午夜点亮白炽灯来执行停止四个小时的黑暗阶段，直至十二月的开始(开始种植后约45天，其中，菊花具有20cm或更大的高度)。在完成黑暗阶段的停止后，移植菊花以再现生长，并且同时由第一光源2和第二光源3开始对菊花的光辐照。此光辐照继续直至菊花开花。第一光源2和第二光源3分别包括：设置于菊花以上的密度为40片(piece)/m2的红色LED；设置于菊花以上的密度为20片/m2的远红色LED。
如图6中所示，在此范例中，从日落之前2小时直至日落，利用从第一光源2发射的峰值波长为630nm的红光以约0.1W/m2的辐照度辐照菊花。在完成红光辐照后，从刚好日落后直至日落后3小时，利用从第二光源3发射的峰值波长为735nm的远红光以约0.02W/m2的辐照度辐照光菊花。
以如下方式评估植物生长***1对菊花的生长促进效果：使得将通过使用本***使80％或更多的菊花生长得具有80cm或更高的茎所需的平均天数与比较范例的那些相比较。作为比较范例，采用无来自第一光源2的红光和无来自第二光源3的远红光辐照菊花的第一情况(比较范例1)、利用仅来自第一光源2的红光辐照菊花的第二情况(比较范例2)、以及利用仅来自第二光源3的远红光辐照菊花的第三情况(比较范例3)。
如图7中所示，在比较范例2中，从日落之前2小时直至日落，利用从第一光源2发射的峰值波长为630nm的红光以约0.1W/m2的辐照度辐照菊花。
如图8中所示，在比较范例3中，从刚好日落后直至日落后3小时，利用从第二光源3发射的峰值波长为735nm的远红光以约0.02W/m2的辐照度辐照光菊花。
如表格1的比较范例中所示，利用无来自第一光源2的红光和无来自第二光源3的远红光，即仅自然光(日光)使辐照的80％或更多的菊花具有80cm或更高的茎平均需要102天。此外，如比较范例2中所示，当除自然光以外，利用来自第一光源2的红光辐照菊花时，菊花的生长稍微加速，使得80％或更多的菊花具有80cm或更高的茎需要97天。此外，如比较范例3中所示，当除自然光外，利用来自第二光源3的远红光辐照菊花时，菊花的生长在一定程度上加速，使得80％或更多的菊花具有80cm或更高的茎需要91天。关于这些比较范例，在本实施例中，当除自然光外，利用来自第一光源2的红光和来自第二光源3的远红光连续辐照菊花时，使80％或更多的菊花具有80cm或更高的茎仅需要83天。此结果显示植物生长***1能够有效地加速菊花的生长。
表格1
Figure BSA00000586164600081
虽然植物生长***1整年可应用，但是其在短白昼时期特别有效，即从秋季至春季的开始，在该时间期间，自然光(日光)降低。
按照根据本实施例的植物生长***1，时间设定部分5设计为使得在日落前和日落后利用来自第一光源2的红光和来自第二光源3的远红光连续辐照植物P。利用红光和远红光在日落附近连续辐照植物P显著地加速了植物P的生长。
在第一实施例中，利用红光和远红光连续辐照被用作范例，但是本发明不限于此。可以例如以规则间隔执行红光辐照和远红光辐照，或者将红光辐照和远红光辐照重叠一段时间。此外，在第一实施例中，将在日落时从红光辐照切换至远红光辐照作为范例，但是本发明不限于此。可以在日落附近任意时间将红光辐照切换至远红光辐照。此外，在第一实施例中，分别采用2小时辐照和3小时辐照作为红光和远红光的辐照时间，但是本发明不限于此。如果获得了足够的积分辐照度，则可以采用任意的辐照时间。
(第二实施例)
将参照图9至图11描述根据本发明的第二实施例的植物生长***。当植物(特别是开花植物)在诸如用于农业的塑料温室或玻璃房的建筑物栽培以及户外栽培中生长时，采用植物生长***11。
如图9中所示，在植物生长***中，第一光源和第二光源分别包括红色滤光器22和远红色滤光器32。植物生长***11包括：红色滤光器22和远红色滤光器32、控制这些滤光器的打开和关闭操作的控制部分4、以及预设定控制部分4打开和关闭滤光器的时间区段的时间设定部分5。由马达驱动的打开和关闭驱动单元7打开和关闭滤光器。这里，控制部分4通过相应的电力线6电连接至打开和关闭驱动单元7和时间设定部分5。
红色滤光器22和远红色滤光器32分别仅透射日光的红光和远红光。然后，红光和远红光进入种植在田埂F中的植物P生长的塑料温室H中。因此，红色滤光器22和远红色滤光器32典型地设置于发射日光的太阳S和植物P之间，诸如在塑料温室H的顶部。
然而，在日光在塑料温室H附近的地面反射进入塑料温室H的情况下，红色滤光器22和远红色滤光器32可以设置于例如塑料温室H的侧壁上。从而，能够从反射的光得到红光和远红光。为了主动地利用反射的光，在植物生长***11中，可以在塑料温室H附近设置用于将日光反射到塑料温室H中的光反射器。
为了获得对植物P的充分的生长促进效应，包括远红色滤光器32的第二光源优选地利用远红光辐照植物P，该远红光在植物P附近的辐照度为0.5W/m2或更大，并且每日积分辐照度为1kJ/m2或更大。包括红色滤光器22的第一光源2优选地利用比第二光源的辐照度高或等于第二光源的辐照度的辐照度辐照植物P，但是特别是其发射功率不受限制。
红色滤光器22和远红滤光器32各可以分别透射波长主要在610nm至680nm的范围内的红光和波长主要在685nm至780nm的范围内的远红光。考虑到农业应用，红色滤光器22和远红色滤光器32优选地包括彩色农用膜，然而它们可以包括例如彩色乙烯薄膜、树脂膜、彩色玻璃、或光学多层滤光器。
如图10中所示，红色滤光器22例如透射日光中的波长约为600至700nm的范围内的红光并且截止波长在以上范围外的其它光。远红色滤光器32例如透射日光中的波长约为700nm或更长的范围内的远红光并且截止波长在以上范围外的其它光。
包括红色滤光器22的第一光源例如利用红光辐照植物P达2小时，即从日落之前3小时直至日落之前1小时。包括远红色滤光器32的第二光源例如利用远红光辐照植物P达1小时，即从日落之前1小时直至日落。
虽然图9中未详细示出，但是其设计成使得：红色滤光器22从日落之前3小时直至日落之前1小时在塑料温室H的整个顶部展开，或在其整个顶部和侧壁展开；并且远红色滤光器32从日落之前1小时直至日落在塑料温室H的整个顶部展开，或在其整个顶部和侧壁展开。
利用根据第二实施例的植物生长***11，能够通过红色滤光器22和远红色滤光器32的滤光操作从日光获得辐照至植物P的红光和远红光，无需电力。因此与通过电灯生成红光和远红光的植物生长***1相比，植物生长***11在节能方面是极好的。在第二实施例中，无需电灯来生成红光和远红光，由此更简化了***中的电路。
在第二实施例中，也采用红光和远红光的连续辐照作为范例，但是本发明不限于此。可以例如以规则间隔执行红光辐照和远红光辐照，或者将红光辐照和远红光辐照重叠一段时间。
此外，在第二实施例中，将在日落前1小时从红光辐照切换至远红光辐照作为范例，但是本发明不限于此。可以在日落之前任意时间将红光辐照切换至远红光辐照。
此外，在第一实施例中，分别采用2小时辐照和1小时辐照作为红光和远红光的辐照时间，但是本发明不限于此。如果获得了足够的积分辐照度，则可以采用任意的辐照时间。
能够对根据本发明的植物生长***进行各种修改。例如，本***中采用的光源的数量不限于以上实施例中的那些，而是可以增加或减少，如果需要的话。此外，作为本***中的光源，可以一起使用第一实施例中使用的电灯和第二实施例中使用的透射日光的滤光器。

Claims (9)

1.一种植物生长***，包括：
第一光源，用于辐照红光至植物；
第二光源，用于辐照远红光至所述植物；
控制部分，其控制所述第一光源和所述第二光源的辐照操作；以及
时间设定部分，其设定所述控制部分操作所述第一光源和所述第二光源的时间区段，
其中，所述时间设定部分设计为使得：所述第一光源在日落之前开始红光辐照；并且所述第二光源在所述红光辐照之后开始远红光辐照。
2.如权利要求1所述的植物生长***，
其中，所述时间设定部分设计为使得所述第二光源在所述第一光源的所述红光辐照完成后开始所述远红光辐照。
3.如权利要求1或2所述的植物生长***，
其中，所述第一光源的峰值波长在610至680nm的范围内，且所述第二光源的峰值波长在685至780nm的范围内。
4.如权利要求1或2所述的植物生长***，
其中，通过控制从单个光源发射的光的波长来实现所述第一光源和所述第二光源。
5.如权利要求1或2所述的植物生长***，
其中，所述第二光源以0.02W/m2或更大的辐照度和0.2kJ/m2或更大的每日积分辐照度发射所述远红光。
6.如权利要求1或2所述的植物生长***，
其中，所述时间设定部分设计为使得：所述第一光源在直至接近日落的第一时间区段发射所述红光；并且所述第二光源在直至接近日落的第二时间区段发射所述远红光。
7.如权利要求1或2所述的植物生长***，
其中，所述第一光源和所述第二光源中的每一个包括日光从其通过的滤光器；并且所述第二光源以0.5W/m2或更大的辐照度和1kJ/m2或更大的每日积分辐照度发射远红光。
8.如权利要求7所述的植物生长***，
其中，所述时间设定部分设计为使得所述第二光源从接近所述第一光源的红光辐照的结束直至接近日落发射所述远红光。
9.如权利要求7所述的植物生长***，
其中，所述第一光源的所述滤光器为波长在610至680nm的范围内的红光从其通过的红色滤光器且所述第二光源的所述滤光器为波长在685至780nm的范围内的远红光从其通过的远红色滤光器。
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