植物工厂光照和温度调控

植物工厂光照和温度调控

植物工厂是在高精度环境控制的封闭或半封闭生长空间内进行植物周年生产的系统。在系统内需要为对象作物提供适宜的生长环境。

这些环境因子包括：光照（光强、光质和光照时数）、温度、湿度、CO2浓度、风速以及营养液的pH、EC、肥料成分、溶氧量、液温、流速等。

对植物工厂进行环境优化控制，最根本的是要明确作物光合作用、产物积累、转流分配、发育和呼吸等生理过程与环境因子之间的关系，综合考虑各环境因子的复合作用效果，选择运行成本低、效果好的调控手段进行优化控制，以达到理想的控制效果。这里，主要对植物工厂的光照、温度调节作重点介绍。

光环境调控技术

光照是作物生命活动的能量源泉，又是某些作物完成生命周期的重要信息。无论是弱光、短日照或强光、长日照都可能成为某些作物生长、发育的限制因子。

因此，对植物工厂内的光照环境进行调节控制是十分必要的。光照环境的调节，是根据作物的种类及生育阶段，通过一定的措施，调节光照条件，创造良好的光照环境，以提高作物的光合效率。补光调节光合补光在高纬度地区或连阴天，造成光强和光照时数不足，或整体作物具有较高的光照强度要求时，进行光合补光是必要的。利用人工光源补充照明是行之有效的方法。目前使用的人工光源仅限于电光源一种，通常使用高压钠灯（HID）进行补光。由于成本太高，大面积应用还难以做到，但在蔬菜育苗工厂中应用则较为经济且能育出壮苗。

光周期补光

对于光周期敏感的作物，特别是在光周期的临界期，当暗期过长而影响作物的生长发育时，应对作物进行人工光周期补光。光周期补光是作为调节生长发育的信息提供的，需用的光照度较低，一般为22Lx左右。补光时间因植物种类、天气状况、地理条件而变化。为抑制短日照植物开花，一般在早晚补光4h，使暗期短于7h；也可进行深夜间断暗期补光2～5h，间断暗期也能起到早晚补光，抑制短日照植物开花的效果。

遮光调节

光合遮阳

光合遮阳主要目的是降温和减弱光照强度，四周不需严密搭接，也叫部分遮阳。目前，生产上比较实用的遮阳方法是采用黑纱网、无纺布或缀铝遮阳网进行内遮阳或外遮阳。对于玻璃温室，还可在玻璃表面上刷一层白灰或玻璃表面喷水，达到遮阳降温的效果。

光周期遮光

光周期遮光的目的是延长暗期，保证短日照作物对最低连续暗期的要求，这种方法多用于进行花期调控。延长暗期要保证光照强度低于临界光周期强度（约22Lx 以下），通常采用黑布或黑色薄膜在作物顶部和四周严密覆盖，因而光周期遮光又叫完全遮光。在遮光期间，应加强通风，防止黑膜下面出现高温高湿，危害植株。

人工光源的选择及室内光源布置

早期的人工光选择多是在生长室内组合使用大量的荧光灯与少量的白炽灯，有时则根据不同的研究用途分别选择使用高压水银灯或氙气灯。后来又采用卤化金属灯。而在植物工厂里多用高效率的高压钠灯，同时LED（发光二极管）和LD （激光灯）等新光源也在进一步研究与开发之中。

人工光源的选择依据

人工光源的选择取决于不同的使用目的，选择时应遵循合理和经济的原则。在选择和设计光照系统时需要考虑许多要素，其中包括：作物对光的响应；其他环境因素的影响；作物对光照度、光照时间和光谱成分的要求；可产生最佳效果的光源；最均匀光照系统的设计；系统的投资及运行费用等。在设计人工光照时，应考虑光谱能量，尽量选择发射光谱与需用光谱接近的产品，必要时再考虑应用多种光源组合；考虑光源强度时，既要使多组灯组合具有一定的调节余地，又要尽量不增加灯具设置和更新投资。另外，选择人工光源时，还要考虑光源的热负荷。一般情况下，人工光源采用红外和远红外光的比例较大，因此相当多的能量

以热效应方式传递到温室环境中，能耗很大，同时所产生的热效应给控制过程造成许多不利影响。所以在选择人工光源时，一定要充分考虑光源的发光效率。常用人工光源

☆白炽灯从光谱来看，白炽灯的辐射能主要是红外线，可见光所占比例很小。白炽灯

发光效率很低（约10～20lm/W），目前，常用的白炽灯为40～100W，一般只作为辅助

光源应用。

☆荧光灯是一种低压气体放电灯，内壁涂有荧光粉。通过改变荧光粉的成分可获得不同的可见光谱。荧光灯光谱性能好，发光性能较好（约65lm/W），使用寿命长，是现有电光源中最成功、使用最广泛的一种。由于荧光灯提供线光源，一般可获得更均匀的光照。主要缺点是单灯功率小，一般为3～125W，多用于光周期补光。

☆金属卤化物灯一种新型光源，具有发光效率高（约100lm/W）、光色好、寿命长和输出功率大等特点，是目前高强度人工光照的主要光源。作物生产中常用的是400W 和1000W两种规格。安装灯具时应同时考虑设置反光罩，使光照更均匀，光照强度更大。

☆高压钠灯和低压钠灯高压钠灯性能类似金属卤化物灯，寿命约24000h。广泛用于蔬菜及花卉的光合补光。低压钠灯是一种很特殊的光源，只有589nm的发射波长，在电光源中的发光效率最高。由于产热量小，低压钠灯与高压钠灯可以更加接近作物。GR EENHOU SE HOR TICULT URE 3 5

☆LED光源LED的光谱域宽在±20nm左右，波长正好与植物光合作用和形态建成的光谱范围吻合。近年来，GaAIAs的红色LED（660nm）的发光效率达到了22%以上，GaN的蓝色LED（410nm和470nm）的发光效率也达到了8%以上, 把发蓝色光的InGaN半导体和发黄绿光的YAG（Yttrium AluminumGarnet）合成一体化的白色LED的价格也在不断降低。PPF 设置为150mol·m-2·s-1，R/B 比为5、10、20的LED和金属卤化物灯的对照试验相比，R/B比为10的LED光源的植物产量无论从干物重还是品质来讲都比金属卤化物灯要好。LED的使用寿命一般在50000h以上，发光效率高，发热少，实现了低热负荷和生产空间小型化。同时，脉冲发光也有利于植物的光合作用。因此，以现在普遍推广的高压钠灯18元人民币/W的使用成本推算,即使是LED光源比高压钠灯贵上10倍也是有可能推广应用的。由于蓝色LED成本还比较高，LED光源的大规模推广应用还需要一段时间。

☆LD光源激光的发光效率较高，且激光设备的发光光谱与植物光合作用的叶