CN103098665A - 一种基于标准环境下的植物种植***及其种植方法 - Google Patents

一种基于标准环境下的植物种植***及其种植方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于标准环境下的植物种植***，它包括至少一个独立于外界的利用人造光源为唯一或主要光源的种植区域、中央控制***、至少一套子控制***；所述子控制***包括人造光源控制***、二氧化碳供应***、氧气供应***、温度控制***、湿度控制***、营养灌溉***、节奏韵律播放***。本发明还公开了一种基于标准环境下的植物种植方法。本发明为植物生长创造了理想的环境，通过科学精确的植物外部因素控制，在种植最佳条件及光能稳定充足的条件下，因应不同植物的光合需求，建立6-23小时为一个日夜光周期，使光合作用的时间利用率达到90%以上，极大的增加了产量和提高了质量，不需施加农药，更为绿色环保。

Description

一种基于标准环境下的植物种植***及其种植方法
技术领域
本发明涉及一种植物种植***，特别是涉及一种基于标准环境下的植物种植***。本发明还涉及一种基于标准环境下的植物种植方法，属于种植技术领域。
背景技术
植物生长需要光合作用，常规种植的植物其光合作用的光源主要来自于太阳光。植物生长随着日出日落昼夜交替呈现出周期性有规律的变化，这些变化影响到植物的生长速率。影响植物光合作用效率的外部因素主要有以下几种：（1）光照；（2）二氧化碳；（3）温度；（4）水分；（5）矿质营养；（6）光合作用的日变化。为提高植物的生长效率，可通过科学综合调节上述6种外部因素来实现。目前常用的方式是地膜履盖、大棚种植、定时浇水施肥等，这些常规的手段只能单一的解决温度、光照、水分、营养等问题，无法从根本上为植物设计出标准稳定的外部生长环境。因此提高植物生长效率的质量依然不可控。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种基于标准环境下的植物种植***。
本发明的第二个目的在于提供一种基于标准环境下的植物种植方法。
本发明的第一个目的通过以下技术方案予以实现：
一种基于标准环境下的植物种植***，它包括至少一个围蔽式独立于外界的利用人造光源为唯一或主要光源的种植区域；中央控制***；每个种植区域都安装有与中央控制***网络联接的至少一套子控制***。
所述的中央控制***是一计算机控制***，在该***中预设各子控制***的调度时间和工作参数（包括设定人造光源***启闭时间及强度变化参数，设定二氧化碳供应***的启闭时间及供气量，设定温度***各时点的温度变化，设定喷淋***的开启时间及水量、设定营养灌溉***的启闭时间及水量等。）；中央控制***在时间调度表上的各个时点，控制各子控制***启闭并按工作参数进行工作。
所述的子控制***包括人造光源控制***、二氧化碳供应***、氧气供应***、温度控制***、营养灌溉***、湿度控制***、节奏韵律播放***。研究表明节奏韵律适宜的音乐能促进植物生长是由于声波的刺激作用。我们知道，植物的叶片表面分布着许许多多的气孔。气孔是植物与外界环境进行气体交换和蒸发水分的“窗口”。当音乐播放后，音乐的旋律经空气传播会产生有节奏的声波，这声波振动刺激植物叶片表面的气孔，可增大气孔开放度。气孔增大后，植物增加吸收了光合作用的原料——二氧化碳，使光合作用更加活跃，合成的有机物质不断增加；同时，植物的呼吸作用也得到增强，为植物的生长提供了更多的能量。
植物完成一个昼夜生命活动的周期过程是：当日出后阳光照射到植物叶片表面，叶片下表面气孔张开，产生对二氧化碳吸力，在这种吸力的作用下，不同位置的二氧化碳进入叶片内；另一个途径是根系吸收的水分和微量元素通过主茎——侧枝和叶柄进入叶片内，两路原料汇集叶片内通过光合作用合成有机物，白天在阳光的照射下连续合成有机物暂储于叶片中，待日落后，植物将一天制造的有机物运储到根、茎、花、果、幼叶和生长点里。这样一个过程，可使植株变高，茎杆***，花朵开放，果实膨大，根系变多，单株产量增加。这就是多数植物昼夜生命活动的规律，也是植物白天不长夜间长的本质所在。这一规律揭示了植物是有生物钟的，而生物钟的重要特点是可以调拨，调拨生物钟的因子主要是光照。
为提高产量，缩短植物的生长周期，需要重新调整植物的生物钟，因此所述人造光源***的启闭设定为每6-23小时为一周期——即设定6-23小时为一个人工日夜光周期，每周期的光照强度分为光照前弱档、光照强档、光照后弱档、光照暗档，其中光照前弱档时间占周期时间的1%-10%，光照强档时间占周期时间的35%-78%，光照后弱档占周期时间的1%-10%，光照暗档（即关闭）占周期时间的20%-45%。
二氧化碳是植物合成产量的主要原料，也就是植物的“主食”。目前大气中可供植物进行光合作用的二氧化碳浓度仅有330umol/L左右，要满足多数植物种类对二氧化碳的需求还有几十倍以至上百被的差距，植物对二氧化碳日需求量又受光照强弱，温度高低，作物品种，水分等诸多因素的影响。在一定范围内，同一品种植物对二氧化碳需求量，随光照强度、温度的增加而增大，反之，随光和温度的下降而减少。二氧化碳的日需求量是一个动态变化值。
为确保植物能够吃饱，所述二氧化碳供应***的启闭以6-23小时为一周期，光照强度为光照前弱档和光照后弱档时，二氧化碳供应***开启，并使种植***内的二氧化碳浓度保持在10000umol/L-30000umol/L之间；光照强度为光照强档时，种植***内的二氧化碳浓度保持在30000umol/L-140000umol/L之间；光照强度为光照暗档时，二氧化碳供应***关闭。
所有的生物生存都需要能量，植物也必须通过呼吸作用释放能量（无氧或有氧），供自身机体的需要。大多数植物在外界吸取无机盐和二氧化碳，通过光合作用，产生多糖有机物。植物为自养型生物，不能从外界直接获取能量，因此，必须分解自身产生的多糖，而分解多糖又必须通过呼吸作用。因此，呼吸作用是植物生存、生长必不可少的。氧气是植物正常呼吸的重要因子，氧气不足直接影响呼吸速度，也影响到呼吸的性质。绿色植物在完全缺氧条件下就进行无氧呼吸，大多数陆生植物根尖细胞的无氧呼吸产物是酒精和CO2，酒精对细胞有毒害作用，所以大多数陆生植物不能长期忍受无氧呼吸。
为保证植物在夜间能进行有氧呼吸，所述氧气供应***的启闭以6-23小时为一周期，仅在光照强度为光照暗档时段开启，其余时段均关闭。
所述温度控制***各时点的温度变化以6-23小时为一周期，光照强度为光照前弱档时的温度为12-25℃，光照强度为光照强档时的温度是15-30℃，光照强度为光照后弱档时的温度是12-25℃，光照强度为光照暗档时的温度为5-20℃。
所述湿度控制***的启闭以6-23小时为一周期，该***包括湿度控制装置、气雾喷淋装置和除湿装置，所述的湿度控制装置24小时不间断开启，并设定光照强度为光照前弱档和光照强档时的湿度为30%-70%，光照后弱档和光照暗档时的湿度为55%-95%,其中的气雾喷淋装置的启闭及开度受控于湿度控制装置，除湿装置的启闭受控于湿度控制装置。
所述营养灌溉***的启闭以6-23小时为一周期，光照强度为光照前弱档和光照强档时进行营养水灌溉，光照强度为光照后弱档和光照暗档时仅进行水灌溉或暂停灌溉。
所述节奏韵律播放***的启闭以6-23小时为一周期，光照强度为光照前弱档和光照强档时进行快节奏音乐播放，光照强度为光照后弱档和光照暗档时进行慢节奏音乐播放。
所述的种植区域为包含地下室的多层楼式，每单一楼层有多层式的立体种植区域。
所述人造光源***中的人造光源为植物种植灯。
所述的植物种植灯可为LED灯珠排列的灯组、由至少一组LED植物种植灯排列组成的灯组、至少两根T5或T8植物生长灯管联排组、GE高光通钠灯、伞形植物生长灯中的一种或一种以上的任意组合。
所述植物种植***还包括植物种植灯移动控制***。
所述所有植物种植灯中，其中的80-93%为红光植物种植灯，7-20%为蓝光植物种植灯。
所述的植物种植灯移动控制***为控制植物种植灯的上下移动及水平移动；所述上下移动为植物种植灯可以任意变更与植物间的照射距离；所述水平移动为植物种植灯在同一水平面上任意前后和/或左右和/或圆形的移动，以变更植物种植灯与植物间的照射方位。
所述光照强度位于光照前弱档和光照后弱档时段，植物种植灯的光通量为300-2500流明;光照强度位于光照强档时段，植物种植灯的光通量为2500-20000流明;光照强度位于光照暗档时段，植物种植灯关闭。
本发明的第二个目的通过以下技术方案予以实现：
一种基于标准环境下的植物种植方法，它按以下方式种植：
将植物种植于如权利要求1-17的种植***中，种植密度为每亩2000-5000株，并人为的设置成6-23小时为一个日夜周期；
在所述的日夜周期内，前1%-10%的时间里，对植物提供弱光，温度调节为12℃-25℃，湿度控制在30%-70%之间，并进行营养水灌溉及CO2供应，同时进行进行快节奏音乐播放；
接下来的35%-78%的时间里，对植物提供强光，温度调节为15℃-30℃，湿度控制在30%-70%之间，并进行营养水灌溉及CO2供应，同时进行进行快节奏音乐播放；
在接下来的1-10%的时间里，对植物提供弱光，温度调节为12℃-25℃，湿度控制在55%-95%之间，并进行水灌溉或暂停灌溉，停止CO2供应，同时进行进行慢节奏音乐播放；
在一个日夜周期最后的20%-45%时间里，光源关闭，温度调节为5℃-20℃，湿度控制在55%-95%之间，并进行水灌溉或暂停灌溉，开始氧气供应，同时进行进行慢节奏音乐播放。
本发明的一种基于标准环境下的植物种植***，为植物生长创造了理想的标准环境，通过科学精确的植物外部因素控制，在种植最佳条件及光能稳定充足的条件下，因应不同植物的光合需求，建立不同时间的日夜光周期，使光合作用的时间利用率达到90%以上，可缩短4/5的育苗时间，极大的提增加了产量和提高了质量（蔬菜可增产200%-400%，花、果提早20-30天开花或结果，花卉鲜艳度增加）；减少病虫害及畸形果；不需要施加农药，更为绿色环保。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图（未画出种植区域）。
图中：1-中央控制***，2-人造光源控制***，3-二氧化碳供应***，4-氧气供应***，6-温度控制***，7-湿度控制喷淋***，8-营养灌溉***，9-节奏韵律播放***，11-湿度控制装置，12-喷淋装置，13-除湿装置，14-人造光源，16-植物种植灯移动控制***。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明:
实施例1
一种基于标准环境下的植物种植***，它包括一个围蔽式独立于外界的利用人造光源14为唯一光源的种植区域；中央控制***1；与中央控制***1网络联接的一套子控制***;所述的子控制***包括人造光源控制***2、二氧化碳供应***3、氧气供应***4、温度控制***6、湿度控制喷淋***7、营养灌溉***8、节奏韵律播放***9。
所述中央控制***1是一计算机控制***，在该***中预设各子控制***的调度时间和工作参数，包括设定人造光源控制***2启闭时间及强度变化参数，设定二氧化碳供应***3的启闭时间及供气量，设定氧气供应***4的启闭时间及供气量，设定温度控制***6各时点的温度变化，设定湿度控制喷淋***7的开启时间及水量、设定营养灌溉***8的启闭时间及水量、设定节奏韵律播放***9的开启时间和播放模式等。中央控制***1在时间调度表上的各个时点，控制各子控制***启闭并按工作参数进行工作。
所述人造光源控制***2的启闭设定为每6小时为一周期（即设定6小时为一个日夜周期），每周期的光照强度分为光照前弱档、光照强档、光照后弱档、光照暗档，其中光照前弱档时间占周期时间的1%-10%，光照强档时间占周期时间的35%-78%，光照后弱档占周期时间的1%-10%，光照暗档（即关闭）占周期时间的20%-45%。
所述二氧化碳供应***3的启闭以8小时为一周期，光照强度为光照前弱档和光照后弱档时，二氧化碳供应***3开启，并使种植***内的二氧化碳浓度保持在10000umol/L～30000umol/L之间；光照强度为光照强档时，种植***内的二氧化碳浓度保持在30000umol/L～140000umol/L之间；光照强度为光照暗档时，二氧化碳供应***3关闭。
所述氧气供应***4的启闭以6小时为一周期，并且仅在光照强度为光照暗档时段开启，其余时段均关闭。
所述温度控制***6各时点的温度变化以6小时为一周期，光照强度为光照前弱档时的温度为12-25℃，光照强度为光照强档时的温度是15-30℃，光照强度为光照后弱档时的温度是12～25℃，光照强度为光照暗档时的温度为5-20℃。
所述湿度控制喷淋***7以6小时为一周期，包括湿度控制装置11、喷淋装置12和除湿装置13，所述的湿度控制装置11以24小时不间断开启，并设定光照强度为光照前弱档和光照强档时的湿度为30%～70%，光照后弱档和光照暗档时的湿度为55%～95%,其中的喷淋装置12的启闭及开度受控于湿度控制装置11；除湿装置13的启闭受控于湿度控制装置11。
所述营养灌溉***8的启闭以6小时为一周期，光照强度为光照前弱档和光照强档时进行营养水灌溉，光照强度为光照后弱档和光照暗档时仅进行水灌溉或暂停灌溉。
所述节奏韵律播放***9的启闭以6小时为一周期，光照强度为光照前弱档和光照强档时进行快节奏音乐播放，光照强度为光照后弱档和光照暗档时进行慢节奏音乐播放。
所述的种植区域为包含地下室的多层楼式，每单一楼层有多层式的立体种植区域。
所述人造光源控制***2中的人造光源14为植物种植灯。
所述的植物种植灯为LED灯珠排列的灯组、由至少一组LED植物种植灯排列组成的灯组、至少两根T5或T8植物生长灯管联排组、GE高光通钠灯、伞形植物生长灯中的一种或一种以上的任意组合。
所述植物种植***还包括植物种植灯移动控制***16。
所述所有植物种植灯中，其中的80-93%为红光植物种植灯，7-20%为蓝光植物种植灯。
所述的植物种植灯移动控制***16为控制植物种植灯的上下移动及水平移动；所述上下移动为植物种植灯可以任意变更与植物间的照射距离；所述水平移动为植物种植灯在同一水平面上任意前后和/或左右和/或圆形的移动，以变更植物种植灯与植物间的照射方位。
所述光照强度位于光照前弱档和光照后弱档时段，植物种植灯的光通量为300-2500流明;光照强度位于光照强档时段，植物种植灯的光通量为2500-20000流明;光照强度位于光照暗档时段，植物种植灯关闭。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：取消节奏韵律播放***，各子控制***的启闭设定为每10小时为一周期（即设定10小时为一个日夜周期）。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：包括两个种植区域和两套子控制***，并且以人造光源为主要光源，其中一套子控制***的启闭设定为每12小时为一周期（即设定12小时为一个日夜周期）;另一套子控制***的启闭设定为每8小时为一周期（即设定8小时为一个日夜周期）。
实施例4
本实施例与实施例3的区别在于：包括三个种植区域和三套子控制***，其中第一个种植区域以人造光源为唯一光源，第一套子控制***的启闭设定为每16小时为一周期（即设定16小时为一个日夜周期）;第二个种植区域以人造光源为主要光源，第二套子控制***的启闭设定为每9小时为一周期（即设定9小时为一个日夜周期）；第三个种植区域以人造光源为唯一光源，第三套子控制***的启闭设定为每15小时为一周期（即设定15小时为一个日夜周期）。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于：取消湿度控制喷淋***，并且各子控制***的启闭设定为每18小时为一周期（即设定18小时为一个日夜周期）。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于：各子控制***的启闭设定为每20小时为一周期（即设定20小时为一个日夜周期）。
实施例7
本实施例与实施例1的区别在于：各子控制***的启闭设定为每22小时为一周期（即设定22小时为一个日夜周期）。
实施例8
本实施例与实施例1的区别在于：各子控制***的启闭设定为每23小时为一周期（即设定23小时为一个日夜周期）。
实施例9
一种基于标准环境下的植物种植方法，它按以下方式种植：
将植物种植于上述实施例1～9所述的种植***中，种植密度为每亩2000-5000株，并人为的设置成6-23小时为一个日夜周期；
在所述的日夜周期内，前1%-10%的时间里，对植物提供弱光，温度调节为12℃-25℃，湿度控制在30%-70%之间，并进行营养水灌溉及CO2供应，同时进行进行快节奏音乐播放；
接下来的35%-78%的时间里，对植物提供强光，温度调节为15℃-30℃，湿度控制在30%-70%之间，并进行营养水灌溉及CO2供应，同时进行进行快节奏音乐播放；
在接下来的1-10%的时间里，对植物提供弱光，温度调节为12℃-25℃，湿度控制在55%-95%之间，并进行水灌溉或暂停灌溉，停止CO2供应，同时进行进行慢节奏音乐播放；
在一个日夜周期最后的20%-45%时间里，光源关闭，温度调节为5℃-20℃，湿度控制在55%-95%之间，并进行水灌溉或暂停灌溉，开始氧气供应，同时进行进行慢节奏音乐播放。
本发明可在所有植物的种植中应用，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不对本发明构成任何的限定，凡在发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。并且只要是本说明书及权利要求书中提及的方案均是可以实施的。

Claims (18)

1.一种基于标准环境下的植物种植***，其特征在于：它包括至少一个围蔽式独立于外界的利用人造光源为唯一或主要光源的种植区域；中央控制***；每个种植区域都安装有与中央控制***网络联接的至少一套子控制***。
2.根据权利要求1所述的一种基于标准环境下的植物种植***，其特征在于：所述的中央控制***是一计算机控制***，在该***中预设各子控制***的调度时间和工作参数；中央控制***在时间调度表上的各个时点，控制各子控制***启闭并按工作参数进行工作。
3.根据权利要求2所述的一种基于标准环境下的植物种植***，其特征在于：所述的子控制***包括人造光源控制***、二氧化碳供应***、氧气供应***、温度控制***、营养灌溉***、湿度控制***、节奏韵律播放***。
4.根据权利要求3所述的一种基于标准环境下的植物种植***，其特征在于：所述人造光源***的启闭设定为每6-23小时为一周期——即设定6-23小时为一个人工日夜光周期，每周期的光照强度分为光照前弱档、光照强档、光照后弱档、光照暗档，其中光照前弱档时间占周期时间的1%-10%，光照强档时间占周期时间的35%-78%，光照后弱档占周期时间的1%-10%，光照暗档占周期时间的20%-45%。
5.根据权利要求3或4所述的一种基于标准环境下的植物种植***，其特征在于：所述二氧化碳供应***的启闭以6-23小时为一周期，光照强度为光照前弱档和光照后弱档时，二氧化碳供应***开启，并使种植***内的二氧化碳浓度保持在10000umol/L-30000umol/L之间；光照强度为光照强档时，种植***内的二氧化碳浓度保持在30000umol/L-140000umol/L之间；光照强度为光照暗档时，二氧化碳供应***关闭。
6.根据权利要求5所述的一种基于标准环境下的植物种植***，其特征在于：所述氧气供应***的启闭以6-23小时为一周期，仅在光照强度为光照暗档时段开启，其余时段均关闭。
7.根据权利要求6所述的一种基于标准环境下的植物种植***，其特征在于：所述温度控制***各时点的温度变化以6-23小时为一周期，光照强度为光照前弱档时的温度为12-25℃，光照强度为光照强档时的温度是15-30℃，光照强度为光照后弱档时的温度是12-25℃，光照强度为光照暗档时的温度为5-20℃。
8.根据权利要求7所述的一种基于标准环境下的植物种植***，其特征在于：所述湿度控制***的启闭以6-23小时为一周期，该***包括湿度控制装置、气雾喷淋装置和除湿装置，所述的湿度控制装置24小时不间断开启，并设定光照强度为光照前弱档和光照强档时的湿度为30%-70%，光照后弱档和光照暗档时的湿度为55%-95%,其中的气雾喷淋装置的启闭及开度受控于湿度控制装置，除湿装置的启闭受控于湿度控制装置。
9.根据权利要求8所述的一种基于标准环境下的植物种植***，其特征在于：所述营养灌溉***的启闭以6-23小时为一周期，光照强度为光照前弱档和光照强档时进行营养水灌溉，光照强度为光照后弱档和光照暗档时仅进行水灌溉或暂停灌溉。
10.根据权利要求3所述的一种基于标准环境下的植物种植***，其特征在于：所述节奏韵律播放***的启闭以6-23小时为一周期，光照强度为光照前弱档和光照强档时进行快节奏音乐播放，光照强度为光照后弱档和光照暗档时进行慢节奏音乐播放。
11.根据权利要求1所述的一种基于标准环境下的植物种植***，其特征在于：所述的种植区域为包含地下室的多层楼式，每单一楼层有多层式的立体种植区域。
12.根据权利要求11所述的一种基于标准环境下的植物种植***，其特征在于：所述人造光源***中的人造光源为植物种植灯。
13.根据权利要求12所述的一种基于标准环境下的植物种植***，其特征在于：所述的植物种植灯为LED灯珠排列的灯组、由至少一组LED植物种植灯排列组成的灯组、至少两根T5或T8植物生长灯管联排组、GE高光通钠灯、伞形植物生长灯中的一种或一种以上的任意组合。
14.根据权利要求13所述的一种基于标准环境下的植物种植***，其特征在于：所述植物种植***还包括植物种植灯移动控制***。
15.根据权利要求12或13或14所述的一种基于标准环境下的植物种植***，其特征在于：所述所有植物种植灯中，其中的80-93%为红光植物种植灯，7-20%为蓝光植物种植灯。
16.根据权利要求14所述的一种基于标准环境下的植物种植***，其特征在于：所述的植物种植灯移动控制***为控制植物种植灯的上下移动及水平移动；所述上下移动为植物种植灯可以任意变更与植物间的照射距离；所述水平移动为植物种植灯在同一水平面上任意前后和/或左右和/或圆形的移动，以变更植物种植灯与植物间的照射方位。
17.根据权利要求15所述的一种基于标准环境下的植物种植***，其特征在于：所述光照强度位于光照前弱档和光照后弱档时段，植物种植灯的光通量为300-2500流明;光照强度位于光照强档时段，植物种植灯的光通量为2500-20000流明;光照强度位于光照暗档时段，植物种植灯关闭。
18.一种基于标准环境下的植物种植方法，它按以下方式种植：
将植物种植于如权利要求1-17的种植***中，种植密度为每亩2000-5000株，并人为的设置成6-23小时为一个日夜周期；
在所述的日夜周期内，前1%-10%的时间里，对植物提供弱光，温度调节为12℃-25℃，湿度控制在30%-70%之间，并进行营养水灌溉及CO2供应，同时进行进行快节奏音乐播放；
接下来的35%-78%的时间里，对植物提供强光，温度调节为15℃-30℃，湿度控制在30%-70%之间，并进行营养水灌溉及CO2供应，同时进行进行快节奏音乐播放；
在接下来的1-10%的时间里，对植物提供弱光，温度调节为12℃-25℃，湿度控制在55%-95%之间，并进行水灌溉或暂停灌溉，停止CO2供应，同时进行进行慢节奏音乐播放；
在一个日夜周期最后的20%-45%时间里，光源关闭，温度调节为5℃-20℃，湿度控制在55%-95%之间，并进行水灌溉或暂停灌溉，开始氧气供应，同时进行进行慢节奏音乐播放。
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