基于植物工厂温光效应的农作物栽培模型研究

基于植物工厂温光效应的农作物栽培模型研究

刘欣

承德石油高等专科学校数理部河北承德067000

摘要：本文基于温室效应的介绍分析，对目前植物工厂模式的智能化、集约化的芽苗菜种植项目背景和优势进行探索，对温室植物栽培方式简介，并对植物工厂的栽培试错方式进行分析，更加科学清楚的认识温光效应问题，有利于对种植品质进行预测分析，并推动周边生态农业建设发展。

关键词：温室效应；植物工厂；栽培

中图分类号：TP273文献标识码：A

作者简介:刘欣(1977.6－)，女，河北承德人，副教授，硕士，研究方向为应用数学、经济数学和算法等。在研基金项目:1.承德市科技项目(基于Douglos函数的芽苗菜生态农庄生产模式与优化研究201606020)；2.承德市科技创新创业苗圃资金支持项目(设施农业物联网植物工厂数据系统研发CGX2017KMP0004）

StudyonCropCultivationModelsBasedonTemperatureandLightEffectsofPlant

LiuXin

(Departmentofsocialscienceandmathematics,ChengdePetroleumCollege,Chengde,Hebei067000)

Abstract:Basedontheintroductionandanalysisofthegreenhouseeffect,thispaperexploresthebackgroundandadvantagesoftheintelligentandintensivesproutvegetablecultivationprojectinthecurrentplantfactorymode,introducesthegreenhouseplantcultivationmodebriefly,andanalyzesthetrial-and-errorcultivationmodeintheplantfactory,soastounderstandthetemperatureandlighteffectmorescientificallyandclearly.Forecastandanalysisofplantingquality,andpromotethedevelopmentofperipheralecologicalagriculture.

Keywords:Greenhouseeffect;plantfactory;cultivation.

一温光效应简介

温室自动控制原理,在综合各指标时,对空气温度、湿度、土壤温度、湿度、二氧化碳浓度等各因子及指标,采用不同系统和不同机理来设计温室的方案。对于叶菜类、果菜类不同作物不同生长阶段，研究指出智能温室控制系统（专家系统）设定不同的温度、湿度的综合调节指标。影响温度变化的主要因子包括光照、温室内外的温度、热湿交换、天窗的开启度的情况。通过以上各因子的的调整,计算机将综合起来的因子影响度，调整中给出同样原理的实时监测,直到达到允许偏差范围内。启动加热系统来完成调整,使温度保持在设定的作物适宜生长的温度范围内。作物生长的关键环境因子主要是空气温度、湿度、土壤温度、湿度、二氧化碳浓度等参数，叶菜类、果菜类不同作物不同生长阶段的温度需求，对农作物对温度的敏感度和要求范围也是不同的。此外，需考虑到农作物在生长过程中，植物体的重量受最初重量、生长时间t以及增长率r三个因素的影响。植物体越大，其生产效能越高。在很难控制温度的环境中，随着大棚种植方式的改良，以及自动化智能控制技术的研究,温室自动控制计算机对采集各种传感器对实时信息数据进行处理,对设定的温度与实测值的偏差大小,智能温室系统作出科学判断,采取升温或降温措施,发出控制指令,最终得到室内作物生长所需的设施安排及温度环境。

二植物工厂发展现状

农作物生长是指个体生命周期中，构造和机能从简单到复杂的单到复杂的质变过程，是植物体各部分、各器官与外界环境相互作用的结果。如植物体经萌芽、春化阶段、光照阶段后，进入生殖生长，到成熟衰老阶，根、茎、叶的发生叶的发生、形成、衰老等属于发育范畴。2016年中国科学院植物研究所在福建建立全球最大的植物工厂。植数据系统的主要特点如下：在植物工厂为封闭式厂房结构，属于无尘无菌净化空间，如图1所示，即是植物生长不需要太阳照射，专家根据采集不同植物生长的曲线数据，利用LED光谱技术（部分光）及传感器等电子自动化设备，对空气和土壤的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度及营养液等获得数据，通过云计算系统对植物生长多因素实施智能控制，克服植物对季节、气候、土地、空气等自然条件依赖，实现正常生长，甚至多周期生长，提高蔬菜的营养价值和产量，有效降低成本，提高栽培利润。植物工厂技术科学技术含量高，产量高，标志农业开启绿色智慧农业时代。国内外的科技巨头开始研究植物工厂，包括谷歌。

植物工厂的共同特征是：有固定的设施；这种设施农业实行自动化、半自动化对植物生长发育所需的温度、湿度、光照强度、光照时间和二氧化碳浓度进行采集反馈调控；采用营养液栽培技术，无土栽培来提高农作物的数量和质量、营养价值。同时，这非常符合现代人们对食品安全的诉求，植物工厂的绝对优势是无农药、污染物残留，因植物体所在的光控、温室及无菌和无土营养液的生存环境，使病虫害大大减少，在土壤、水源和空气严重污染的当今时代，土壤修复、水源污染是巨大投资，植物工厂存在的价值会更被重视。专家只需据最佳生长数据，模拟大自然环境关键环节进行种植，并修正调整，在建立大数据研究的基础上，最终确定多种叶菜、果菜等栽培品种最佳生长曲线及栽培环节。

图1无尘无菌净化空间（网络图片）

三温室植物栽培方式简介

1.基质栽培方式（无土栽培）

基质栽培方式，即是传统无土栽培，植物种在砾石、蛭石、珍珠岩、沙、泡沫海绵、秸秆、树皮等做成的基质材料里，缺点是基地延续连作的陈基质易带病虫菌，传染病。

2.水培方式

栽培作物现有的营养液，仍在不断改造配方的过程中。水培条件下蔬菜生长快速，主要缺点就是亚硝酸盐含量易超标。亚硝酸盐，为生活腌制品中常见物质，是某种无机化的总称，主要指亚硝酸钠，白色至淡黄色粉末或颗粒状，味微咸，易溶于水，亚硝酸盐广泛存在于人类环境中，可引起亚硝酸盐中毒，甚至死亡。

3.气雾栽培方式

一种最新改良方式，利用喷雾装置将营养液雾化，直接喷射到植物根系以提供植物生长的一种无土栽培技术。在设计的栽培装置（槽、箱或床）中，营养液通过雾化喷射到根系表面，减少栽培浸泡产生的亚硝酸盐含量，并使之有效解决土壤栽培中难解决的水分、空气、养分供应矛盾，气雾栽培是目前改造的最节水、最节肥、免农药的栽培方式。

四植物工厂栽培方式探索

植物工厂无光照无土栽培出现的时间数十年，植物品种最佳生长资料有限，处在在不断的温室实验、数据采集和摸索中，对于基质、水培、气雾方式的试错选择，比如有些梗菜栽培方式会不同，如果芋头、红薯、马铃薯等无法泡在营养液里，对智能化控制下温度、湿度、二氧化碳浓度、光照条件、营养液成分等的试错选择，红光蓝光促进植物茎的增粗生长，红：蓝不同的比例条件下，2:1-4:1-8:1等，少量紫外光的加入等。植物工厂设备研发、销售与建置方向，针对不同的投资规模，及农作物对象，生产出设备、营养液等配方。

五综合评价与结论

该项目符合国家休闲旅游产业政策和行业发展规划，符合国务院《关于城市带承接产业转移示范区规划》的批复的精神要求，市场前景较好，管理措施得力，运行方案科学可行，符合环保要求和规定。。从项目的经济链分析来看，该项目的实施有助于促进绿色蔬菜产业链的形成，带动参与农户的增收，通过建立仿生种植示范点。开展良种先育、繁育和保存研究，建立绿色智慧农业产业优质、高产种质资源库，为高产蔬菜产业投放市场和稳定发展进行有益探索，对当地现代农业、休闲农业、智慧农业的带动作用及示范作用；解决当地村民就业，实现贫困村贫困人口脱贫致富。

参考文献

[1]陈辉．休闲旅游“农家乐”走向探析［Ｊ］．西南民族学院学报（哲学社会科学版），1998：106－108．

[2]樊梅，龙勤，王皓．昆明市生态农庄发展中存在的问题及解决对策研究［Ｊ］．现代化农业,2014：37－39．

[3]张汛翰．游憩规划设计研究：游憩项目设置方法探析［Ｊ］．中国园林