一种实现叶菜全株原位光合作用的生产系统及栽培方法技术方案

一种实现叶菜全株原位光合作用的生产系统及栽培方法，涉及全人工光植物生产技术领域，所采用的技术方案包括供光装置、喷雾装置，供光装置包括光源，喷雾装置包括喷头，还包括栽培件和转动装置，栽培件用于固定植株且将植株的根系、茎、叶均暴露在外；转动装置周期性地转动植株和/或围绕植株转动光源、喷头。本发明专利技术采用转动装置和光、水、肥一体化方式，不仅能够丰富已有绿色器官叶绿体数量、诱导非绿色器官根系叶绿体合成，充分挖掘各个部位光合潜能，而且通过实现全株原位光合作用，能够减少茎、叶内光合产物向根系以及水、肥由根系向茎、叶长距离运输造成的能量损耗，从而提高植株光合生产能力。生产能力。生产能力。

【技术实现步骤摘要】
一种实现叶菜全株原位光合作用的生产系统及栽培方法


[0001]本专利技术涉及全人工光植物生产
，尤其涉及一种实现叶菜全株原位光合作用的生产系统及栽培方法。

技术介绍

[0002]近年来由于市场需求的推动，全人工光型垂直植物生产系统日趋成熟。目前全人工光型垂直植物生产系统主要以根系水培和雾培为主，照明光源多为顶光源。但由于枝叶间相互遮蔽，内膛和底部受少量光或不受光，植株以冠层光合作用为主；且由于大多数异面叶植物叶腹栅栏组织朝上，接受自上而下的光，叶背海绵组织仅接受少量透射光，叶背光合能力未得到充分发挥；同时，受叶、茎等地上部绿色组织进行光合作用而地下部非绿色组织根系吸收水、肥和固持植株的传统思维局限，现有植物生产系统中植株根系生长环境均避光，其初始光合功能被严重忽略。此外，根系吸收的水、肥需经木质部长距离运输至茎、叶供其光合作用，且茎、叶所产生的光合产物同样需经韧皮部长距离运输至根系供其正常生长所需，长距离运输势必会消耗大量能量。

技术实现思路

[0003]针对现有技术方案中传统光照模式不能充分发挥植株整株光合能力、且光合产物以及水、肥长距离运输从而造成的能量大量浪费等问题，本专利技术提供了一种实现叶菜全株原位光合作用的生产系统及栽培方法。
[0004]本专利技术提供如下的技术方案：一种实现叶菜全株原位光合作用的生产系统，包括供光装置、喷雾装置，所述供光装置包括光源，所述喷雾装置包括喷头，还包括栽培件，所述栽培件用于固定植株且将植株的根系、茎、叶均暴露在外；转动装置，所述转动装置周期性地转动植株和/或围绕植株转动光源、喷头，用于驱动植株茎、叶、根系轮流朝向光源、喷头。
[0005]优选地，所述栽培件包括沿竖直方向延伸的定植柱、与所述定植柱转动连接且贯通所述定植柱的固定管以及可拆连接在所述固定管内的定植篮；所述转动装置包括用于驱动所述定植柱围绕竖直方向转动的第一转动装置以及用于驱动所述固定管围绕定植篮中轴线转动的第二转动装置。
[0006]优选地，所述定植篮的中轴线与水平面设置有夹角。
[0007]优选地，所述光源和喷头分别设置在所述定植柱中轴线的两侧。
[0008]优选地，所述定植柱转动连接有至少一列沿竖直方向依次排列的固定管；所述供光装置包括延伸方向与所述定植柱平行的底板，所述光源设置在所述底板朝向所述定植柱的一侧；所述喷雾装置包括至少一列沿所述定植柱延伸方向依次排列的喷头。
[0009]优选地，所述光源为LED灯板。
[0010]优选地，所述喷雾装置包括茎、叶用水肥喷雾装置和根系用水肥喷雾装置，所述茎、叶用水肥喷雾装置和根系用水肥喷雾装置均设置有喷头。
[0011]一种应用于上述生产系统的栽培方法，包括以下步骤，
[0012]S1，将植株固定在栽培件上，并将植株的根系、茎、叶均暴露在栽培件外；
[0013]S2，启动转动装置，周期性地改变植株根系、茎、叶相对于光源和喷头的位置和角度，使植株根系、茎、叶轮流朝向光源、喷头；
[0014]S3，启动供光装置和喷雾装置，使植株的根系、茎、叶及其各个角度均接受光和水、肥。
[0015]优选地，在步骤S2中，通过改变第一转动装置的转速来调整根系、茎、叶朝向光源的时间占比。
[0016]优选地，在步骤S3中，所述喷雾装置包括茎叶用水肥喷雾装置和根系用水肥喷雾装置，所述茎叶用水肥喷雾装置和根系用水肥喷雾装置均包括喷头，当植株的茎、叶处于茎叶用水肥喷雾装置喷头的喷洒范围时启动茎叶用水肥喷雾装置，当植株的根系处于根系用水肥喷雾装置喷头的喷洒范围时启动根系用水肥喷雾装置。
[0017]本专利技术的有益效果是：栽培件将植株的根系、茎、叶均暴露在外，采用转动装置周期性地转动植株和/或光源、喷头，使植株冠层、内膛、底部、茎、叶(腹背两面)以及根系的各个角度均能周期性地接受光、水、肥。本专利技术采用转动装置和光、水、肥一体化方式，不仅能够丰富已有绿色器官叶绿体数量、诱导非绿色器官叶绿体合成以充分挖掘植株各个部位光合潜能，而且通过实现全株原位光合作用减少了茎、叶内光合产物向根系以及水、肥由根系向茎、叶长距离运输造成的能量损耗，从而提高植株光合生产能力。
附图说明
[0018]图1为本专利技术一个实施例的示意图。
[0019]图2为图1的A部放大后剖面图。
[0020]附图标记：1
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光源，2
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喷头，3
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栽培件，31
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定植柱，32
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固定管，33
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定植篮，34
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传动齿轮，35
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微型转动电机。
具体实施方式
[0021]以下结合附图及附图标记对本专利技术的实施方式做更详细的说明，使熟悉本领域的技术人在研读本说明书后能据以实施。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0022]本专利技术提供了一种实现叶菜全株原位光合作用的生产系统，包括供光装置、喷雾装置，供光装置包括光源1，喷雾装置包括喷头2，还包括栽培件3和转动装置，栽培件3用于固定植株且将植株的根系、茎、叶均暴露在外；转动装置周期性地转动植株和/或围绕植株转动光源、喷头。
[0023]供光装置为植株提供光照，包括向植株直接发射光线的光源1。喷雾装置为植株提供水、肥，利用喷头2将水、肥喷洒到植株上，喷头2可采用雾化喷头，所喷洒的肥料包括茎、叶用肥和根系用肥，可参照雾培技术中所采用的喷雾装置。栽培件3用于固定植株，特别的，将植株的根系、茎、叶均暴露在栽培件外，使根系、茎、叶都能接受光和水、肥。
[0024]光对叶绿体的合成起诱导作用。根系细胞中的前质体或白色体向叶绿体的转变受光诱导，给予一定光照能够激发根系的潜在光合作用能力。在传统种植方式条件下(根系避光)，根细胞内质体主要以富含淀粉粒的白色造粉体为主，此时根系呈白色；在本专利技术中，当
根受到一定光量持续性诱导时，根细胞内前质体发育成具有高度成熟类囊体膜结构的叶绿体，且叶绿体在根系细胞内分布较为均匀，此时根系呈现绿色，具备一定的光合能力，其自身光合作用所产生的光合产物可以维持生长所需，减少甚至无需茎、叶光合产物输送供养。此外，叶背海绵组织叶肉细胞富含叶绿体，其光合速率可达叶腹最大光合速率的60
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80％，在低光强下甚至具有相似的光合速率。植物的茎、叶同样具有与根系类似的水、肥吸收能力，通过喷雾等方式将茎、叶用肥(如叶面肥)及水分施加到茎、叶表面，可以有效补充营养，满足植株生长需要，与只由根系吸收水、肥再输送至茎、叶的传统种植方式相比，减少了水、肥长距离运输造成的能量损耗。
[0025]由此可见，植物的任何一个器官组织均具备光合潜能及水、肥吸收功能。基于上述结论，在本专利技术中，原位光合作用是指植物一器官、组织所接受的光和吸收的水、肥可以就近参与光合作用，且光合作用所产生的有机物能够直接参与附近器官、组织的生长，由此形成良性循环。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现叶菜全株原位光合作用的生产系统，包括供光装置、喷雾装置，所述供光装置包括光源(1)，所述喷雾装置包括喷头(2)，其特征在于：还包括，栽培件(3)，所述栽培件(3)用于固定植株且将植株的根系、茎、叶均暴露在外；转动装置，所述转动装置周期性地转动植株和/或围绕植株转动光源、喷头，用于驱动植株茎、叶、根系轮流朝向光源、喷头。2.根据权利要求1所述的一种实现叶菜全株原位光合作用的生产系统，其特征在于：所述栽培件(3)包括沿竖直方向延伸的定植柱(31)、与所述定植柱(31)转动连接且贯通所述定植柱(31)的固定管(32)以及可拆连接在所述固定管(32)内的定植篮(33)；所述转动装置包括用于驱动所述定植柱(31)围绕竖直方向转动的第一转动装置以及用于驱动所述固定管(32)围绕定植篮(33)中轴线转动的第二转动装置。3.根据权利要求2所述的一种实现叶菜全株原位光合作用的生产系统，其特征在于：所述定植篮(33)的中轴线与水平面设置有夹角。4.根据权利要求2所述的一种实现叶菜全株原位光合作用的生产系统，其特征在于：所述光源(1)和喷头(2)分别设置在所述定植柱(31)中轴线的两侧。5.根据权利要求2所述的一种实现叶菜全株原位光合作用的生产系统，其特征在于：所述定植柱(31)转动连接有至少一列沿竖直方向依次排列的固定管(32)；所述供光装置包括延伸方向与所述定植柱(31)平行的底板，所述光源(1)设置在所述底板朝...

【专利技术属性】
技术研发人员：王芳，廖秋红，任茂智，杨其长，李清明，刘高峰，
申请(专利权)人：中国农业科学院都市农业研究所，
类型：发明
国别省市：