植物工厂炼苗用LED光环境控制系统及生产方法技术方案

本发明专利技术涉及一种植物工厂炼苗用LED光环境控制系统及生产方法，该系统包括光源、控制器、传感器和光源驱动装置；光源，放置在植物工厂内植物种苗上方，用于对种苗进行照射，其中，光源为可见光、近紫外光和远红光的组合发光体；光源驱动装置，用于接收控制信号控制所述组合发光体的输出状态和强度；传感器，用于对植物工厂内部及外部光照环境进行探测；控制器，用于根据传感器探测数据，通过控制所述光源驱动装置驱动所述光源对植物种苗进行动态照射。

【技术实现步骤摘要】
植物工厂炼苗用LED光环境控制系统及生产方法
本专利技术是关于一种植物工厂炼苗用LED光环境控制系统及生产方法，涉及植物工厂

技术介绍
设施工厂化育苗是在人工创造的舒适条件下进行批量生产种苗的繁育方式，是现代设施园艺产业的重要组成部分。在此环境下种苗通常缺乏逆境锻炼，由于未经逆境锻炼的种苗抗性较差，适应能力弱，当其移植于露地或简易设施条件下栽培时，需很长时间适应新环境，光合性能及植物正常生长必然受到制约，从而影响种苗活力及后续产量形成。当前，在温室等保护地育苗情况下，通常采取放风、降温、适当控水等措施对幼苗强行锻炼，使其定植后能够迅速适应陆地的逆境条件，缩短缓苗时间，增强其抵抗能力。植物工厂是公认的农业发展最高级阶段，被认为是未来解决人口、资源和环境问题的一个有效技术手段。植物工厂育苗是植物工厂产业的重要组成部分，也是设施工厂化育苗的未来发展趋势。然而，当前植物工厂育苗炼苗技术还很缺乏。自然界中，由于太阳高度角持续变化、植物冠层相互遮阴及云层移动等多因素影响，光的动态变化无处不在。植物不仅需要对光强的瞬间变化做出快速地响应，而且需要在强弱光转换期间及时地耗散掉无法利用的光能，避免对光合机构产生损伤。因此，当在植物工厂稳定的光环境下培育的幼苗移植于露地或温室条件下栽培必然要应对及适应动态光环境与强光胁迫；与此同时，幼苗还需应对诸如高、低温，干旱等逆境。研究证实，健全的光破坏防御能力是植物抵御动态光环境下高光胁迫的必要保障，尤其是在逆境条件下维持光合机构有效运转的必要策略。因此，在幼苗定植前通过在植物工厂人为创造动态光环境来诱导其光破坏防御能力形成，从而提升幼苗移植后对自然界动态光环境的适应能力，是植物工厂育苗炼苗应考虑的重要方面。目前，植物工厂光环境均为稳态的弱光环境，远达不到炼苗的目的。LED具有光谱和光强可调等优势，被认为是植物工厂最为理想的人工光源。虽然结合智能控制技术实现LED光强动态变化犹如探囊取物，但是将LED动态光环境应用于植物工厂炼苗生产还尚未涉及。当前，LED已广泛应用于工厂化植物生产，其中以红蓝光谱为主，因为植物在红蓝波段的光合效率最高。但是，植物从自然界中进化而来，除了直接为植物光合作用提供能量的红蓝光外，植物正常的生长也需要通过光受体感知其他波段的光信号来影响其生命过程。因此，植物工厂炼苗用光环境除了考虑光强动态变化外，还需考虑其光谱应尽可能接近太阳光谱，从而达到种苗移植后快速适应自然光环境的能力。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种植物工厂炼苗用LED光环境控制系统及生产方法，能够为植物工厂提供动态光环境，以模拟自然界光强波动，诱导种苗叶片提早形成光破坏防御机制。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种植物工厂炼苗用LED光环境控制系统，该系统包括光源、控制器、传感器和光源驱动装置；光源，放置在植物工厂内植物种苗上方，用于对种苗进行照射，其中，光源为可见光、近紫外光和远红光的组合发光体；光源驱动装置，用于接收控制信号控制所述组合发光体的输出状态和强度；传感器，用于对植物工厂内部和/或外部光照环境进行探测；控制器，用于根据传感器探测数据，通过控制所述光源驱动装置驱动所述光源对植物种苗进行动态照射。优选地，所述控制器包括处理器、通信单元和用户接口；所述处理器，用于根据所述传感器探测的光合有效辐射强度，通过所述通信单元发送控制命令到所述光源驱动装置，进而驱动所述光源对植物工厂内的育苗进行照射；所述用户接口，用于输入设定光照参数供所述处理器进行执行。优选地，所述处理器动态控制光源对植物种苗进行照射，还包括：在可见光动态变化过程中，当光合有效辐射强度高于设定值时，近紫外光开启，以模拟自然界晴天光环境，反之则关闭；当光合有效辐射强度低于设定值时，远红光开启，以模拟自然界阴天光环境，反之则关闭。优选地，所述传感器包括设置在植物工厂室内可见光传感器和设置在植物工厂外部的室外可见光传感器，其中，所述室内可见光传感器可以设置在所述光源下方，用于探测种植区域内的光合有效辐射强度，所述室外可见光传感器用于测量室外的光合有效辐射强度。优选地，所述处理器动态控制光源对植物工厂内的育苗进行照射，还包括：所述处理器根据由用户上传的“时间-强度”命令指定光强波动，控制器根据设定命令控制光强动态变化；或者所述处理器由所述用户接口输入光强动态变化阈值范围、光周期、日累积可见光光强，根据设定数据对光强动态变化进行实时调节，调节过程中通过室内传感器实时测定光强并反馈，用于动态调节光强变化；或者所述处理器根据室外传感器进行光强动态变化来调节。优选地，所述控制器还包括显示单元，所述显示单元用于显示当前系统及各组光源的状态、正在进行中的光照波动方案，以及系统运行过程中生成的操作记录和日志信息。优选地，所述组合发光体采用在光合有效辐射400-700nm范围内接近标准太阳光谱的可见光、中心波长365nm+/-10nm的近紫外光以及中心波长735nm+/-10nm远红光，所述组合发光体各波长的光源在种植区域内均匀布置，使得各波长的电磁波能均匀分布到种植区域各处。优选地，所述光源下方安装可拆卸的柔光罩、散射膜或散射玻璃，其中，透光率>90％，散射率>50％。第二方面，本专利技术提供基于本专利技术第一方面所述植物工厂炼苗用LED光环境控制系统的植物种苗炼苗生产方法，包括以下内容：控制器获取传感器的数据，根据预设条件控制光源在光照期内光强实现无规律动态变化，其中，光强动态变化采用以下方式中一种或多种：方式一：光强波动程序可由用户上传的“时间-强度”命令，控制器根据设定命令控制光强动态变化；方式二：由用户接口输入光强动态变化阈值范围、光周期和日累积可见光光强，控制器则根据设定数据对光强动态变化进行实时调节，调节过程中通过光源下方设置室内传感器实时测定光强并反馈给控制器用于调节光强动态变化命令；方式三：控制器根据室外传感器进行光强动态变化调节。进一步地，在可见光动态变化过程中，当可见光光强高于设定值时近紫外光开启，以模拟自然界晴天光环境，反之则关闭；当可见光光强低于设定值时远红光开启，以模拟自然界阴天光环境，反之则关闭。进一步地，在可见光动态变化过程中，当可见光光强高于设定值时近紫外光开启，以模拟自然界晴天光环境，反之则关闭；当可见光光强低于设定值时远红光开启，以模拟自然界阴天光环境，反之则关闭。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、和植物工厂种苗生产中常用的稳态光相比，基于本专利技术的动态光控制系统，使得动态光照在植物工厂中的实施成为可能，其中包括动态变化的瞬时光照强度和日累积光照强度，有效提升种苗的产量或者育苗/炼苗的品质；2、基于本专利技术的动态光育苗方法，可在不对幼苗光合作用系统造成永久性破坏的情况下对其实现高光胁迫，提升其光保护能力；同时还能够提升幼苗对室外环境的适应性，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植物工厂炼苗用LED光环境控制系统，其特征在于，该系统包括光源、控制器、传感器和光源驱动装置；/n光源，放置在植物工厂内植物种苗上方，用于对种苗进行照射，其中，光源为可见光、近紫外光和远红光的组合发光体；/n光源驱动装置，用于接收控制信号控制所述组合发光体的输出状态和强度；/n传感器，用于对植物工厂内部和/或外部光照环境进行探测；/n控制器，用于根据传感器探测数据，通过控制所述光源驱动装置驱动所述光源对植物种苗进行动态照射。/n

【技术特征摘要】
1.一种植物工厂炼苗用LED光环境控制系统，其特征在于，该系统包括光源、控制器、传感器和光源驱动装置；
光源，放置在植物工厂内植物种苗上方，用于对种苗进行照射，其中，光源为可见光、近紫外光和远红光的组合发光体；
光源驱动装置，用于接收控制信号控制所述组合发光体的输出状态和强度；
传感器，用于对植物工厂内部和/或外部光照环境进行探测；
控制器，用于根据传感器探测数据，通过控制所述光源驱动装置驱动所述光源对植物种苗进行动态照射。


2.根据权利要求1所述的植物工厂炼苗用LED光环境控制系统，其特征在于，控制器包括处理器、通信单元和用户接口；
所述处理器，用于根据所述传感器探测的光合有效辐射强度，通过所述通信单元发送控制命令到所述光源驱动装置，进而驱动所述光源对植物工厂内的育苗进行照射；
所述用户接口，用于输入设定光照参数供所述处理器进行执行。


3.根据权利要求2所述的植物工厂炼苗用LED光环境控制系统，其特征在于，所述处理器动态控制光源对植物种苗进行照射，还包括：在可见光动态变化过程中，当光合有效辐射强度高于设定值时，近紫外光开启，以模拟自然界晴天光环境，反之则关闭；当光合有效辐射强度低于设定值时，远红光开启，以模拟自然界阴天光环境，反之则关闭。


4.根据权利要求1所述的植物工厂炼苗用LED光环境控制系统，其特征在于，所述传感器包括设置在植物工厂室内可见光传感器和设置在植物工厂外部的室外可见光传感器，其中，所述室内可见光传感器可以设置在所述光源下方，用于探测种植区域内的光合有效辐射强度，所述室外可见光传感器用于测量室外的光合有效辐射强度。


5.根据权利要求4所述的植物工厂炼苗用LED光环境控制系统，其特征在于，所述处理器动态控制光源对植物工厂内的育苗进行照射，还包括：
所述处理器根据由用户上传的“时间-强度”命令指定光强波动，控制器根据设定命令控制光强动态变化；
或者所述处理器由所述用户接口输入光强动态变化阈值范围、光周期、日累积可见光光强，根据设定数据对光强动态变化进行实时调节，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，张玉琪，杨其长，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11