一种植物工厂生菜栽培环境优化调控方法技术

本发明专利技术的提供了一种植物工厂生菜栽培环境优化调控方法，该方法包括如下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种植物工厂生菜栽培环境优化调控方法


[0001]本专利技术涉及植物工厂种植领域，具体的说涉及一种植物工厂生菜栽培环境优化调控方法
。

技术介绍

[0002]植物工厂种植生菜因可以实现全年的连续种植，不受季节与气候条件限制，通过高密度种植实现高产量，因而具有不可替代的栽培优势
。
植物工厂内的环境调控还可有效减少水肥使用量，通过循环水与精确肥料供给提高利用资源效率，消除对农药的依赖，避免了土壤与水源的污染
。
环境调控的重要性在于通过优化植物生长所需的环境因素，如温
、
光
、
水
、
二氧化碳等，最大程度地促进植物生长与发育，提高农作物产量与质量，同时提高资源利用效率
。
[0003]目前关于生菜的植物工厂栽培中，主要的环境调控方法包括基于阈值的和基于环境变化量的调控
。
基于预设阈值的调控是当环境参数超过或低于设定阈值，相应调控措施被触发，如温湿度及二氧化碳浓度控制；基于环境变化量的调控是通过连续监测环境参数的变化，判断变化趋势，并根据变化趋势调控，如光照与温度控制
。
目前这些调控方法通常配备传感器和自动控制装置，可以根据实时环境数据和设定的目标值进行调节，以将环境参数稳定在适宜的生长条件范围内，实现环境调控目的
。
但在植物工厂中，不仅环境会有变化，植物也在不断地生长发育变化
。
同时，植物的生长变化也会带来环境的变化
。
如植物叶片的蒸腾作用使大量水汽扩散到空气中，增加了空气湿度，并带走一部分空气中的热能，从而造成温度和湿度的变化；同时蒸腾作用也受到光照强度和
CO2浓度的调控，呈动态变化状态
。
因此，在植物工厂栽培中，植物与环境时刻在发生互相作用和影响
。
但是由于植物状态的变化无法精准监测，因此目前考虑植物与环境互作的环境优化调控方法仍是空白
。
[0004]生菜是目前植物工厂栽培面积最大的作物，因此，需要开发一种融合生菜生长状态的植物工厂栽培中的环境优化调控方法
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种植物工厂生菜栽培环境优化调控方法，该方法包括如下步骤：
S1.
环境变量的建立和相互耦合；
S2.
生菜状态变量的建立及与环境变量的耦合；
S3.
环境优化策略的建立；
S4.
环境控制策略反馈及环境优化控制
。
[0006]具体的说，本专利技术提供的一种植物工厂生菜栽培环境优化调控方法，包括如下具体步骤：
[0007]S1.
环境变量的建立和相互耦合
[0008]S1.1.
环境变量的建立
[0009]生菜生长所需的关键环境变量包括室内温度
T
in
、
室内湿度
RH
in
、
光照强度
PPFD
和二氧化碳浓度
Ca
；以上环境变量可通过温湿度传感器
、
二氧化碳传感器
、
光强传感器构建的传感器网络，根据设定好的时间间隔
(
如5分钟
)
定时采集数据并将第
[i]时刻的环境变量数
据记录为：
T
[i],RH
[i],PPFD
[i],Ca
[i]；
[0010]S1.2.
环境变量与环境状态的耦合
[0011]环境变量之间并非相互独立的，而是存在耦合影响，共同决定了环境状态，包括改变“饱和水汽压差
VPD”、
饱和空气的“潜热
/
显热
ε”以及空气“焓值
h”；环境变量可通过环境状态间接影响植物的生理反应，因此可通过数学公式建立环境变量与环境状态的相互关系，从而进一步建立环境变量与生菜的状态变量的相关关系
。
[0012]S1.2.1.
温度和湿度变量与饱和水汽压差的耦合
[0013]环境变量
T
in
与
RH
in
通过公式
I
与“饱和水汽压差
VPD”进行耦合；在任意时刻的
VPD
[i]的计算公式为：
[0014]VPD
[i]＝
0.36
×
exp(0.05
×
T
[i])
‑
(RH
[i]/100)
×
0.36
×
exp(0.05
×
T
[i])(
公式
I)S1.2.2.
温度变量与空气“潜热
/
显热”的耦合
[0015]当前环境条件下，温度变化
1℃
时饱和空气的潜热
/
显热
ε
[i]通过公式
II
与温度变量进行耦合：
[0016]ε
[i]＝
0.7156
×
exp(0.0533
×
T
[i])(
公式
II)
[0017]S1.2.3.
空气温湿度与空气“焓值”的耦合
[0018]空气中的焓值是指空气中含有的总热量，受温度和湿度共同影响；焓值
h
[i]由计算公式
III—
公式
V
计算：
[0019]h
[i]＝
(1.01+1.84
×
d
[i])
×
T
[i]+2500
×
d
[i](
公式
III)
[0020]d
[i]＝
(0.622
×
RH
[i]/100
×
Ps
[i]/1000)/(101.3
‑
RH
[i]/100
×
Ps
[i]/1000)(
公式
IV)
[0021]Ps
[i]＝
133.332
×
exp(18.3036
‑
3816.44/(T
[i]+227.02))(
公式
V)
[0022]S2.
生菜状态变量的建立及与环境变量的耦合
[0023]S2.1.
生长状态变量的建立
[0024]本专利技术建立的生菜状态变量包括叶面积指数
LAI、
生长速率
GR、
叶片光截获
Rn
和蒸腾速率
E
；状态变量之间以及状态变量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种植物工厂生菜栽培环境优化调控方法，其特征在于该方法包括如下具体步骤：
S1.
环境变量的建立和相互耦合
S1.1.
环境变量的建立生菜生长所需的关键环境变量包括室内温度
T
in
、
室内湿度
RH
in
、
光照强度
PPFD
和二氧化碳浓度
Ca
；以上环境变量可通过温湿度传感器
、
二氧化碳传感器
、
光强传感器构建的传感器网络，根据设定好的时间间隔定时采集数据并将第
[i]
时刻的环境变量数据记录为：
T
[i]
,RH
[i]
,PPFD
[i]
,Ca
[i]
；
S1.2.
环境变量与环境状态的耦合
S1.2.1.
温度和湿度变量与饱和水汽压差的耦合环境变量
T
in
与
RH
in
通过公式
I
与“饱和水汽压差
VPD”进行耦合；在任意时刻的
VPD
[i]
的计算公式为：
VPD
[i]
＝
0.36
×
exp(0.05
×
T
[i]
)
‑
(RH
[i]
/100)
×
0.36
×
exp(0.05
×
T
[i]
) (
公式
I)S1.2.2.
温度变量与空气“潜热
/
显热”的耦合当前环境条件下，温度变化
1℃
时饱和空气的潜热
/
显热
ε
[i]
通过公式
II
与温度变量进行耦合：
ε
[i]
＝
0.7156
×
exp(0.0533
×
T
[i]
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(
公式
II)S1.2.3.
空气温湿度与空气“焓值”的耦合空气中的焓值是指空气中含有的总热量，受温度和湿度共同影响；焓值
h
[i]
由计算公式
III
‑
公式
V
计算：
h
[i]
＝
(1.01+1.84
×
d
[i]
)
×
T
[i]
+2500
×
d
[i]
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(
公式
III)d
[i]
＝
(0.622
×
RH
[i]
/100
×
Ps
[i]
/1000)(101.3
‑
RH
[i]
/100
×
Ps
[i]
/1000) (
公式
IV)Ps
[i]
＝
133.332
×
exp(18.3036
‑
3816.44/(T
[i]
+227.02))
ꢀꢀꢀ
(
公式
V)S2.
生菜状态变量的建立及与环境变量的耦合
S2.1.
生长状态变量的建立生菜状态变量包括叶面积指数
LAI、
生长速率
GR、
叶片光截获
Rn
和蒸腾速率
E
；状态变量之间以及状态变量与环境变量之间存在的相互影响关系可通过数学公式进行描述；
S2.2.
叶面积指数与温度的耦合任意时刻的叶面积指数
LAI
[i]
与温度的有效积累
GDD
有关，相关关系为公式
VI
：
LAI
[i]
＝
exp(3.35+0.015
×
GDD
[i]
‑
1.152e
‑5×
GDD
[i]2
)
×
54/10000 (
...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱婷婷，张滢钰，杨娟，郑秀国，刘勇，许叶颖，崔佳维，何立中，丁小涛，王虹，
申请(专利权)人：上海市农业科学院，
类型：发明
国别省市：