植物工厂中光照和温度控制技术研究
装配式建筑中植物工厂系统的设计与施工要点

装配式建筑中植物工厂系统的设计与施工要点概述近年来,随着城市化进程的加快和环境污染的增多,人们对于绿色建筑和环保技术的需求越来越大。
植物工厂作为一种新兴而创新的农业生产方式,被广泛应用于城市中的装配式建筑中。
本文旨在探讨装配式建筑中植物工厂系统的设计与施工要点,以提供相关专业人士在实际操作中所需注意的事项。
一、设计要点1.选址与空间规划首先,在装配式建筑中设置植物工厂系统之前,需要合理选址,并根据实际情况进行空间规划。
选址时应考虑到光照、通风等因素对于植物生长的影响,并确保空间布局合理,并能满足生产所需设备和办公区域的布置。
2.光照及灯具设计光照是植物正常生长发育所必须的条件之一。
在植物工厂系统中,合理设计光照设备非常重要。
可以采用天然日光辅助或全光谱LED灯光来提供光照需求,以保证植物的正常生长。
3.温湿度控制装配式建筑中易受季节变化影响,因此,在设计植物工厂系统时需要考虑温湿度的控制。
可以通过安装通风设备、空调和加湿器等,实现对室内温湿度的精确控制,以达到植物健康生长所需的理想环境条件。
4.水源及灌溉系统在植物工厂系统中,水源是至关重要的。
需要保证水源质量良好,并建立合理的灌溉系统。
可采用滴灌、喷淋或气雾等方式进行浇水,以减少浪费和提高用水效率。
5.选择适宜的植物品种在装配式建筑中设计植物工厂系统时,应选择适应当地环境和气候条件并具有较高商品价值的植物品种。
根据市场需求进行精细化管理与可持续生产。
二、施工要点1.稳固基础结构首先,在施工过程中需优先确保整个装配式建筑及其相关设备平稳且稳固地安放,以保证后续的正常运作,并及时安装好一些必要的支撑结构或框架,以支持未来植物生长所需的设备和管道。
2.电力及水源供应在装配式建筑中安装植物工厂系统前,需确保电力和水源供应畅通无阻。
电力供应与灯光、空调等设备息息相关。
而良好的水源供应则能满足植物生长所需的浇水和加湿等需要。
3.合理配置设备装配式建筑中植物工厂系统会涉及到多种设备,如灌溉系统、照明设备、通风设备等。
植物工厂设计方案

植物工厂设计方案1. 引言植物工厂是一种通过控制环境条件来种植植物的现代农业生产模式。
它利用先进的技术手段,如LED光源、温度湿度控制系统等,为植物提供最佳的生长环境。
本文将介绍一个基于垂直种植的植物工厂设计方案,旨在提高植物生长效率和提供高质量的农产品。
2. 设计目标本设计方案的目标是在有限的空间内实现高效的植物生产,并确保农产品的质量和安全性。
具体目标如下:•提供适宜的光照、温度和湿度,以满足植物生长的需求。
•最大化空间利用,通过垂直种植方式提高产能。
•实现自动化控制,减少人工操作和能源消耗。
•保证农产品的无农药残留和纯净度,提供安全的食品。
3. 设计要素3.1 空间布局植物工厂的空间布局应充分考虑到植物的生长需求和操作的便利性。
本方案建议采用多层垂直种植架的布局方式,以最大化空间利用。
种植架的高度和间距应根据植物的生长特性和灯光的照射需求进行调整。
3.2 光照系统植物工厂的光照系统是核心设备之一。
本方案建议使用LED光源,通过控制不同波长的光线和光照强度,以提供最适合植物生长的光照条件。
光照系统还应考虑到节能和照明效果,以确保稳定而高效的生产环境。
3.3 温湿度控制温度和湿度是植物生长的重要影响因素。
本方案建议采用先进的温湿度控制系统,以确保生产环境中的温度和湿度处于最适宜的范围。
系统应配备温湿度传感器,并能自动调整加热、冷却和除湿设备,以维持稳定的生产条件。
3.4 自动化控制为了减少人工操作和提高生产效率,本方案建议实现植物工厂的自动化控制。
通过集成传感器和执行器,可以实现对光照、温湿度、水分和营养等因素的自动调节和监控。
自动控制系统还可以与农业物联网平台连接,实现远程监控和数据分析。
3.5 无土栽培系统为了减少土壤传染病的风险并提高水肥利用效率,本方案建议采用无土栽培系统。
通过在种植架上设置水培槽和营养液供给系统,可以实现植物的根系生长和养分吸收。
无土栽培系统还可以与自动化控制系统集成,实现自动供水和营养液循环。
设施园艺皇冠上的明珠——植物工厂

设施园艺皇冠上的明珠——植物工厂汤山翠谷〃智能数字植物工厂由中国农业科学院农业环境可持续发展研究所与北京中环易达设施园艺科技有限公司自主研发完成。
植物工厂建筑面积300平方米,总投资350余万元,由植物育苗工厂和蔬菜工厂两部分组成,以节能荧光灯和LED为人工光源,并配有制冷与加热双向调温控湿系统、营养液在线检测与控制系统、光照/CO2联动气肥增施系统和远程监控系统等,可实时对植物工厂的温度、湿度、光照、CO2和营养液浓度进行自动监控,实现智能化管理。
十大系统和四大核心技术植物工厂(Plant Factory)是通过设施内高精度环境控制实现作物周年连续生产的高效农业系统,是以计算机为核心可全程监控植物发育过程、温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境要素,不受或很少受自然条件制约的省力型生产方式。
植物工厂是现代生物技术、建筑工程、环境控制、机械传动、材料科学、设施栽培和计算机技术等多学科集成创新的产物。
概况而言,植物工厂拥有十大系统和四大核心技术:1、植物立体栽培系统2、植物营养液配制系统3、人工光源控制系统4、温度监测及控制系统5、湿度监测控制系统6、风速监测及控制系统7、光照/CO2联动气肥增施系统8、配电系统9、计算机智能控制系统10、视频监控图像传输系统。
四大核心技术1、环境控制技术2、营养液在线监控技术3、营养液栽培技术4、节能光源利用技术。
五大特点植物工厂由于栽培环境高度自动控制,从而实现了蔬菜等植物的周年持续稳定的生产。
作为生产者,可以实现省工省力栽培,解放劳动力;从消费者角度来看,植物工厂能提供无农药、安全、优质的农产品。
其显著特点:1、完全排除了不利自然气候环境影响。
植物工厂可以在自然环境恶劣,不适传统栽培的地区进行建造生产,如沙漠、孤岛、地下、南北极或者土壤气候不适宜区域栽培,使农业生产的空间限制得到了解放。
2、极大提升了农业生产力,单位面积产量是传统生产的几十倍甚至上百倍。
植物工厂模式下LED光质对水培韭菜生长、风味及品质的影响

㊀山东农业科学㊀2023ꎬ55(10):44~52ShandongAgriculturalSciences㊀DOI:10.14083/j.issn.1001-4942.2023.10.007收稿日期:2022-12-09基金项目:国家现代农业产业技术体系项目(CARS-24-B-02)ꎻ北京市农林科学院财政专项 人工光植物工厂调控韭菜风味技术及其分子机制(CZZJ202209) ꎻ财政部和农业农村部:北京市农林科学院蔬菜研究中心改革与发展项目(KYCX202001-03)作者简介:李伟(1995 )ꎬ男ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为设施园艺与无土栽培ꎮE-mail:1536433312@qq.com通信作者:王丽萍(1969 )ꎬ女ꎬ博士ꎬ教授ꎬ主要从事设施园艺与无土栽培等研究ꎮE-mail:wlp29@163.com植物工厂模式下LED光质对水培韭菜生长、风味及品质的影响李伟1ꎬ2ꎬ3ꎬ佟静2ꎬ3ꎬ武占会2ꎬ3ꎬ刘宁2ꎬ3ꎬ王宝驹2ꎬ3ꎬ季延海2ꎬ3ꎬ王丽萍1(1.河北工程大学园林与生态工程学院ꎬ河北邯郸㊀056038ꎻ2.北京市农林科学院蔬菜研究所ꎬ北京㊀100097ꎻ3.农业农村部华北都市农业重点实验室ꎬ北京㊀100097)㊀㊀摘要:为探究植物工厂中适合韭菜生长的最佳光质ꎬ本试验以韭菜品种 791 为材料ꎬ设置白光㊁红光㊁蓝光和绿光4种光质处理ꎬ研究不同LED光质对水培韭菜生长㊁产量㊁营养成分和风味品质的影响ꎮ结果表明ꎬ与白光相比ꎬ红光处理下韭菜叶宽㊁产量和根系活力分别提高17.0%㊁31.6%和9.2%ꎬ总酚和类黄酮含量分别提高28.6%和40.9%ꎬ并抑制韭菜株高和假茎粗的增加ꎻ蓝光处理下韭菜生长更加健壮ꎬ产量较高ꎬ可溶性蛋白㊁酶促丙酮酸㊁VC含量最高ꎬ总酚㊁类黄酮含量较高ꎬ纤维素㊁硝态氮含量最少ꎮ电子鼻传感器显示ꎬ氮氧化物(W5S)㊁硫化合物(W1W)㊁芳烃化合物和硫的有机化合物(W2W)各风味物质在蓝光处理下相对电导率值最高ꎬ表明蓝光处理能提高韭菜风味品质含量ꎮ综合分析认为ꎬ韭菜生产中使用蓝光进行处理能实现较高产量㊁最优品质及风味的有机结合ꎮ关键词:韭菜ꎻLED光质ꎻ品质ꎻ辛辣性ꎻ风味中图分类号:S633.304+.7㊀㊀文献标识号:A㊀㊀文章编号:1001-4942(2023)10-0044-09EffectofLEDLightQualityonGrowthꎬFlavorandQualityofChineseChiveunderWaterCultureConditioninPlantFactoryModeLiWei1ꎬ2ꎬ3ꎬTongJing2ꎬ3ꎬWuZhanhui2ꎬ3ꎬLiuNing2ꎬ3ꎬWangBaoju2ꎬ3ꎬJiYanhai2ꎬ3ꎬWangLiping1(1.SchoolofLandscapeandEcologicalEngineeringꎬHebeiUniversityofEngineeringꎬHandan056038ꎬChinaꎻ2.InstituteofVegetablesꎬBeijingAcademyofAgricultureandForestrySciencesꎬBeijing100097ꎬChinaꎻ3.NorthChinaKeyLaboratoryofUrbanAgricultureꎬMinistryofAgricultureandRuralAffairsꎬBeijing100097ꎬChina)Abstract㊀InordertoexploretheoptimallightqualityforthegrowthofChinesechivesinaplantfactoryꎬthisexperimentwasconductedwiththeChinesechivevariety 791 asmaterialꎬandfourtreatmentsofwhitelightꎬredlightꎬbluelightandgreenlightwereset.TheeffectsofdifferentLEDlightqualityonthegrowthꎬyieldꎬnutritionalcompositionandflavorqualityofhydroponicChinesechiveswerestudied.TheresultsshowedthatcomparedwithwhitelightꎬredlightincreasedtheleafwidthꎬyieldꎬrootactivityꎬtotalphenoliccontentandflavonoidcontentofChinesechivesby17.0%ꎬ31.6%ꎬ9.2%ꎬ28.6%and40.9%ꎬrespectivelyꎬandin ̄hibitedtheincreaseofplantheightandpseudostemdiameter.UnderbluelighttreatmentꎬtheChinesechivesgrewmorerobustꎻtheyieldandthecontentsofsolubleproteinꎬenzymaticpyruvateꎬVCꎬtotalphenolsandflavonoidswerehigherꎬandthecontentsofcelluloseandnitratenitrogenwerethelowest.Theelectronicnosesensorshowedthattherelativeconductivityvalueofnitrogenoxides(W5S)ꎬsulfurcompounds(W1W)ꎬaro ̄maticcompoundsandsulfurorganiccompounds(W2W)werethehighestunderbluelighttreatmentꎬindica ̄tingthatbluelighttreatmentcouldimprovetheflavorqualitycontentofChinesechives.Comprehensiveanaly ̄sissuggestedthatbluelighttreatmentinChinesechiveproductioncouldachievehigheryieldꎬoptimalqualityandbetterflavor.Keywords㊀ChinesechiveꎻLEDlightqualityꎻQualityꎻSpicyꎻFlavor㊀㊀LED灯作为人工补充光源ꎬ其电光的转化效率高ꎬ发光效率在80~180lm/W之间ꎬ大大节约成本[1]ꎮ随着LED灯的发展㊁普及与不断的更新换代ꎬ其逐渐在植物工厂中开始使用ꎬ实现了植物多层多架多时段种植ꎬ这不仅能提高植物工厂内的空间利用效率ꎬ还能增大不同颜色光质在生产中的利用效率[2]ꎮ不同植物的不同生长时期对光质敏感程度不尽相同ꎬ白光作为一种混合光源ꎬ虽能满足植物对光源的要求ꎬ但会造成资源浪费ꎮ光质是光的重要属性ꎬ植物的生长和品质直接受到光质的影响[3-4]ꎮ植物体内存在着光敏色素㊁隐花色素以及紫外光-B受体三种类型的感光受体ꎬ分别感应600~800nm红光㊁320~500nm蓝紫光及280~320nm紫外光[5]ꎮ红光可以促进植物的营养生长ꎬ增大叶面积ꎬ提高株高㊁植株生物量以及光化学效率ꎬ同样对茎生长也具有正向调控作用ꎬ它通过调控体内激素IAA含量实现[6-8]ꎮ蓝光可以影响植物光形态的建成ꎬ也可以提高植物的营养品质[9]ꎮ绿光不仅能刺激较低冠层的光能利用效率ꎬ还能延缓叶片衰老[10]ꎮ绿光的加入提高了甜椒的果实重以及干物质含量[11]ꎮ有研究表明经过绿光处理的植株ꎬ生长速率和生物量得到提高ꎬ但光强过大则会抑制生长[12]ꎮ韭菜(AlliumtuberosumRottl.exSpr.)为百合科葱属多年生草本宿根植物ꎬ因其独特的风味品质广受大众欢迎ꎮS-烃基半胱氨酸亚砜[S-alk(en)ylcysteinesulfoxideꎬCSOs]是葱属植物中含硫的天然产物[13]ꎬ是形成韭菜风味品质的主要成分之一[14-15]ꎮ跟土培相比ꎬ水培韭菜茬次频率较快㊁生长期短ꎬCSOs表达不充分ꎬ造成韭菜风味品质下降ꎮCSOs主要存在于葱属蔬菜植物中ꎬ但不同种类蔬菜中的CSOs种类也不同ꎬ主要有四种类型ꎬ分别为S-烯丙基-L-半胱氨酸亚砜(ACSO)㊁S-甲基-半胱氨酸亚砜(MCSO)㊁S-丙基-半胱氨酸亚砜(PCSO)㊁S-1-丙烯基-L-半胱氨酸亚砜(PeCSO)ꎮACSO存在于大蒜ꎬMCSO存在于葱属和芸薹属ꎬPCSO和PeCSO存在于洋葱[16]ꎮ当植物受到损伤时ꎬCSOs与蒜氨酸酶(alliinase)等一系列酶反应生成丙酮酸盐㊁氨和含硫化合物ꎬ后者会分解成易挥发㊁有气味的风味物质[17]ꎮ前人在洋葱风味的研究上表明ꎬ洋葱风味与辛辣性息息相关ꎬ丙酮酸含量决定了洋葱的辛辣性ꎬ而葱属植株中有机硫化物的合成和丙酮酸含量80%以上取决于遗传因素ꎬ其余部分受到外界环境影响[18]ꎮ为此ꎬ本试验以白光为对照ꎬ设置红光㊁蓝光㊁绿光3种光质处理ꎬ研究不同LED光质对水培韭菜生长㊁品质以及风味指标的影响ꎬ以期为植物工厂条件下高效率㊁高品质㊁低成本生产韭菜提供技术参考ꎮ1㊀材料与方法1.1㊀试验材料试验于2022年3月9日至4月12日在北京市农林科学院蔬菜研究所的人工光植物工厂中进行ꎮ供试韭菜品种为 791 ꎬ播种时间为2021年7月20日ꎬ定植时间为2021年10月20日ꎮ供试营养液由北京市农林科学院蔬菜研究所专门研发的肥料添加蒸馏水配制而成ꎮ1.2㊀试验设计与管理本试验所用营养液浓度统一控制在EC为(2.5ʃ0.2)mS/cm㊁pH值为6.0ʃ0.2ꎮ光照采用LED植物生长灯供给ꎬ灯管与韭菜距离控制在25cm左右ꎮ试验设置4种光质处理ꎬ即白光㊁红光㊁蓝光㊁绿光ꎬ光照强度均为200μmol/(m2 s)ꎬ光54㊀第10期㊀㊀李伟ꎬ等:植物工厂模式下LED光质对水培韭菜生长㊁风味及品质的影响周期设置为12h(光)/12h(暗)ꎮ2022年3月9日选取没有产生分蘖且生长一致的单株韭菜割去前茬后移栽至水培架上ꎬ采用液培法种植ꎮ植物工厂内ꎬ温度为20ħꎬCO2浓度为1680μmol/molꎬ相对湿度为60%ꎮ1.3㊀测定指标及方法1.3.1㊀生长指标调查㊀采用直尺测量株高㊁叶长㊁叶宽ꎬ采用游标卡尺测量假茎粗ꎬ记录叶片数ꎮ韭菜鲜重和干重采用电子天平称重ꎮ鲜韭菜称重后放进烘箱ꎬ105ħ杀青后75ħ烘干至恒重ꎬ干燥冷却后称干重ꎮ每处理重复3次ꎬ每次5株韭菜ꎮ1.3.2㊀叶片荧光参数测定㊀将整株韭菜进行暗处理30minꎬ利用FluorCam叶绿素荧光成像系统测定韭菜叶片最大荧光(Fm)㊁可变荧光(Fv)㊁初始荧光(Fo)ꎬ然后在作用光强400μmol/(m2 s)下测定初始荧光(Foᶄ)㊁可变荧光(Fvᶄ)㊁稳态荧光(Fs)㊁最大荧光(Fmᶄ)等参数ꎮ利用相应计算公式算出暗适应下最大光化学效率(Fv/Fm)㊁光适应下实际光化学效率(ФPSⅡ)㊁光化学猝灭系数(qP)㊁光系统Ⅱ的潜在活性(Fv/Fo)ꎮ1.3.3㊀生理与营养品质指标测定㊀用乙醇浸提比色法测定叶片光合色素含量ꎻ用2ꎬ6-二氯酚靛酚比色法测定VC含量ꎻ用考马斯亮蓝比色法测定可溶性蛋白含量ꎻ用蒽酮比色法测定可溶性糖含量ꎻ用60%H2SO4消化-蒽酮比色法测定纤维素含量ꎻ用氯化三苯基四氮唑(TTC)法测定根系活力ꎻ用硝基水杨酸法测定硝态氮含量ꎻ用紫外分光光度法测定类黄酮和总酚含量[19-22]ꎮ1.3.4㊀韭菜辛辣度测定㊀利用洋葱辛辣度的检测方法对韭菜的辛辣度进行分析ꎬ其辛辣度通过测定CSOs水解后酶促丙酮酸含量来表示[23]ꎮ每处理取5~8株长势一致的韭菜ꎬ去掉叶尖及茎保留中间部位ꎬ并切成3~5mm小段ꎮ每处理分为背景组和反应组ꎬ每组重复3次ꎬ每重复取0.200g韭菜放入EP管中ꎬ之后背景组加入5%TCA磷酸缓冲液(pH6.5)1.5mLꎬ反应组加入蒸馏水1.5mLꎮ采用高通量植物匀浆提取仪研磨成匀浆ꎬ用台式冷冻离心机在10000r/min㊁25ħ条件下离心5minꎮ将离心后的各处理上清液稀释5倍ꎮ背景组和反应组分别按比例加入稀释后的韭菜组织上清液㊁0.0125%2ꎬ4-二硝基苯肼溶液㊁0.6mol/LNaOH(3ʒ1ʒ5)ꎬ室温下反应5minꎮ用BioTek酶标仪在波长520nm处进行吸光值测定ꎮ将丙酮酸钠溶液进行梯度稀释ꎬ绘制标准曲线ꎬ用于计算韭菜叶片的酶促丙酮酸含量ꎬ间接测定其辛辣度ꎮ为确定韭菜生长期间不同光质下韭菜酶促丙酮酸含量的变化趋势ꎬ于处理7天后每3天进行一次酶促丙酮酸含量测定ꎬ共测定10次ꎮ1.3.5㊀产量调查㊀参考文献[24]的方法进行产量调查ꎮ产量(kg/hm2)=(单个营养液栽培格盘收获韭菜重ˑ10000)/格盘面积(0.11505m2)ꎮ1.3.6㊀风味检测㊀利用PEN3电子鼻进行韭菜风味品质测定ꎮ采用顶空吸空气法检测ꎬ将5g韭菜磨成匀浆并用25mL蒸馏水冲洗进50mL烧杯中用封口膜封口ꎬ放置10minꎬ将取样针头插入密封烧杯的顶部吸取气体样品ꎮ检测条件:传感器冲洗时间为100sꎬ归零时间以及样品准备时间为5sꎬ进样流量为300mL/minꎬ样品测定时间为150sꎮ将传感器响应曲线中第100s的平均值作为特征稳定值用于后续建模ꎮ1.4㊀数据处理与分析采用MicrosoftExcel2010进行数据处理和作图ꎬ采用SPSS25.0软件进行单因素方差分析ꎮ2㊀结果与分析2.1㊀不同LED光质对水培韭菜生长指标的影响由图1可知ꎬ蓝光处理韭菜长势被抑制ꎬ没有出现分蘖现象ꎬ地下部长势优于其他处理ꎬ更利于硫素的转化积累和提高韭菜辛辣度ꎮ图1㊀不同LED光质下水培韭菜形态由表1可以看出ꎬ株高㊁叶长以绿光处理最大ꎬ与白光处理相比分别显著增加51.4%和64㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第55卷㊀40.4%ꎻ但绿光处理韭菜茎过度伸长ꎬ假茎变细ꎬ叶片数减少ꎬ韭菜纤弱易倒伏ꎬ且产量只有21137.48kg/hm2ꎬ较白光处理显著降低26.8%ꎮ红光在提高叶宽和产量方面具有显著促进作用ꎬ与白光相比ꎬ分别提高17.0%和31.6%ꎻ红光处理产量最高ꎬ为38028.59kg/hm2ꎬ说明红光可以显著提高韭菜产量ꎮ与白光相比ꎬ蓝光显著抑制韭菜的叶长㊁假茎粗和叶片数ꎮ白光处理下ꎬ韭菜假茎粗和叶片数达到最大值ꎬ分别为13.66mm和10.33片ꎬ显著高于红光㊁蓝光以及绿光处理的韭菜ꎬ说明二者可能受到多种光质的调控ꎮ㊀㊀表1㊀不同LED光质对水培韭菜生长及产量的影响处理株高/cm叶长/cm叶宽/cm假茎粗/mm叶片数产量/(kg/hm2)白光28.93ʃ0.58bc22.13ʃ0.30c0.88ʃ0.02b13.66ʃ0.20a10.33ʃ0.33a28890.40ʃ520.14c红光31.17ʃ0.84b24.07ʃ0.15b1.03ʃ0.03a11.98ʃ0.21b8.33ʃ0.33b38028.59ʃ548.99a蓝光28.53ʃ0.85c20.77ʃ0.29d0.92ʃ0.02b11.69ʃ0.25b9.00ʃ0.58b36382.91ʃ373.82b绿光43.80ʃ0.68a31.07ʃ0.22a0.90ʃ0.03b9.61ʃ0.07c7.67ʃ0.33b21137.48ʃ198.18d㊀㊀注:同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)ꎬ下同ꎮ㊀㊀由表2可知ꎬ韭菜地上部鲜重红光处理下最大ꎬ为73.73gꎬ最低值出现在绿光处理ꎬ为31.83gꎬ因其地上部徒长而茎秆纤弱ꎮ与白光相比ꎬ红光㊁蓝光㊁绿光抑制韭菜干物质积累ꎬ地上部干重分别下降19.5%㊁9.3%㊁72.6%ꎮ植株地上部含水率在绿光处理下达到最大值ꎬ为95.1%ꎮ4种光质处理地下部鲜重表现为白光>红光>蓝光>绿光ꎬ地下部干重表现为蓝光>白光>红光>绿光ꎬ说明蓝光促进地下部干物质积累ꎮ㊀㊀表2㊀不同LED光质对水培韭菜生长指标的影响处理地上部鲜重/g地上部干重/g地上部含水率/%地下部鲜重/g地下部干重/g白光71.88ʃ0.32b5.73ʃ0.12a92.0ʃ0.2c60.79ʃ0.47a8.82ʃ0.16b红光73.73ʃ0.30a4.61ʃ0.09c93.8ʃ0.1b56.38ʃ0.25b8.29ʃ0.17c蓝光64.65ʃ0.17c5.20ʃ0.07b92.0ʃ0.1c54.24ʃ0.57c9.65ʃ0.19a绿光31.83ʃ0.27d1.57ʃ0.04d95.1ʃ0.1a31.17ʃ0.13d3.83ʃ0.13d㊀㊀注:表中地上部鲜㊁干重和地下部鲜㊁干重均为5株的平均值ꎮ2.2㊀不同LED光质对水培韭菜荧光指标的影响Fv/Fo常被用来衡量植株叶片中PSⅡ原初光能转化效率以及潜在的活性ꎻФPSⅡ常被用作衡量叶片中光合电子传递快慢的指标ꎻqP为光化学淬灭系数ꎬ反映PSⅡ中原初电子QA的还原状态ꎬqP值越大PSⅡ中的电子传递活性越大ꎮ由表3可知ꎬFv/Fm㊁Fv/Fo的变化趋势相同ꎬ均为蓝光>绿光>白光>红光ꎬ蓝光处理达到最大值ꎬ分别为0.794㊁3.85ꎻ绿光处理qP达到最大值ꎬ为0.829ꎻ红光处理ФPSⅡ达到最大值ꎬ为0.622ꎮ㊀㊀表3㊀㊀不同LED光质对水培韭菜Fv/Fm㊁Fv/Fo㊁qP㊁ФPSⅡ的影响处理Fv/FmFv/FoqPФPSⅡ白光0.767ʃ0.007b3.29ʃ0.05c0.821ʃ0.008ab0.615ʃ0.006a红光0.761ʃ0.005b3.24ʃ0.07c0.817ʃ0.004ab0.622ʃ0.001a蓝光0.794ʃ0.002a3.85ʃ0.04a0.805ʃ0.006b0.620ʃ0.004a绿光0.776ʃ0.002b3.46ʃ0.03b0.829ʃ0.004a0.619ʃ0.006a2.3㊀不同LED光质对水培韭菜叶绿素含量的影响由表4可知ꎬ与白光相比ꎬ红光㊁蓝光㊁绿光都抑制韭菜叶绿素的合成ꎬ并且绿光的抑制效果更显著ꎮ叶绿素a㊁叶绿素a+b含量均为白光>蓝光>红光>绿光ꎬ叶绿素b含量为白光>红光>蓝光>绿光ꎮ说明韭菜叶绿素对单一光源敏感程度不同ꎬ受到多种光质共同影响ꎮ㊀㊀表4㊀不同LED光质对水培韭菜叶绿素含量的影响处理叶绿素a/(mg/g)叶绿素b/(mg/g)叶绿素a+b/(mg/g)叶绿素a/b白光0.879ʃ0.014a0.330ʃ0.004a1.209ʃ0.018a2.667ʃ0.014ab红光0.800ʃ0.008b0.289ʃ0.004b1.089ʃ0.012b2.769ʃ0.017ab蓝光0.821ʃ0.004b0.285ʃ0.017b1.106ʃ0.013b2.900ʃ0.190a绿光0.704ʃ0.018c0.280ʃ0.003b0.985ʃ0.018c2.509ʃ0.070b2.4㊀不同LED光质对水培韭菜营养品质的影响由表5可知ꎬVC含量表现为蓝光>白光>红光>绿光ꎬ说明红光和绿光抑制韭菜VC的生成ꎬ而蓝光有利于韭菜VC的生成ꎬVC含量最大值为389.85mg/kgꎮ韭菜可溶性糖含量各处理间没有显著差异ꎬ含量在2.13%~2.17%ꎮ经过蓝光处理74㊀第10期㊀㊀李伟ꎬ等:植物工厂模式下LED光质对水培韭菜生长㊁风味及品质的影响㊀㊀表5㊀不同LED光质对水培韭菜营养品质的影响处理VC/(mg/kg)可溶性糖/%可溶性蛋白/(mg/g)酶促丙酮酸/(μmol/g)硝态氮/(mg/kg)白光169.87ʃ0.95b2.14ʃ0.02a6.24ʃ0.03a5.62ʃ0.15b7798.35ʃ78.79b红光143.01ʃ0.53c2.13ʃ0.03a6.06ʃ0.09b6.21ʃ0.08a8130.77ʃ16.04a蓝光389.85ʃ1.19a2.17ʃ0.03a6.34ʃ0.01a6.40ʃ0.20a5100.16ʃ52.62c绿光78.82ʃ1.28d2.15ʃ0.03a4.43ʃ0.01c6.10ʃ0.04a7677.33ʃ49.49b的韭菜可溶性蛋白含量最高ꎬ为6.34mg/gꎬ红光㊁绿光处理韭菜的可溶性蛋白含量都有不同程度的降低ꎬ较白光处理分别降低2.9%㊁29.0%ꎮ经过单色光处理的韭菜酶促丙酮酸含量都有不同程度的提高ꎬ红光㊁蓝光㊁绿光处理之间差异不显著ꎮ硝态氮含量表现为红光>白光>绿光>蓝光ꎬ最低值为5100.16mg/kgꎬ与白光相比降低34.6%ꎮ说明适当的蓝光可以降低韭菜的硝态氮含量ꎬ提高韭菜营养品质ꎮ由图2可知ꎬ白光处理韭菜的纤维素含量最高ꎬ表现为白光>红光>绿光>蓝光ꎻ红光处理韭菜的总酚含量和类黄酮含量最高ꎬ总酚含量表现为红光>白光>蓝光>绿光ꎬ类黄酮含量表现为红光>蓝光>白光>绿光ꎮ总酚和类黄酮含量最大值分别为7.33mg/g和126.1mg/kgꎬ较白光处理分别提高28.6%和40.9%ꎻ蓝光处理的韭菜纤维素含量最少ꎬ较白光处理降低50.1%ꎮ红光处理韭菜的根系活力最大ꎬ为734.57μg/(g h)ꎬ较白光处理提高9.2%ꎻ与白光相比ꎬ蓝光㊁绿光处理降低韭菜的根系活力ꎬ继而降低韭菜从营养液中吸收营养物质的效率ꎮ图2㊀不同LED光质对水培韭菜营养品质的影响2.5㊀不同LED光质对水培韭菜酶促丙酮酸含量的影响从图3可以看出ꎬLED光质处理第10天时韭菜酶促丙酮酸含量出现峰值ꎬ以绿光处理最大ꎬ含量为10.66μmol/gꎻ第34天时白光处理韭菜酶促丙酮酸含量最低ꎬ为5.62μmol/gꎮ韭菜生长初期至收获期ꎬ红光㊁蓝光㊁绿光处理下韭菜体内酶促丙酮酸含量总体高于白光处理ꎬ韭菜生长期内酶促丙酮酸含量大致呈下降趋势ꎮ从韭菜风味考虑ꎬ可以将韭菜收获期提前ꎮ图3㊀不同LED光质处理的水培韭菜酶㊀㊀促丙酮酸含量变化趋势84㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第55卷㊀2.6㊀不同LED光质对水培韭菜风味成分的影响表6为电子鼻仪器测定的10种风味指标ꎮ图4为韭菜样品在电子鼻中的检测信号图ꎬ即电子鼻对韭菜样品敏感物质的响应曲线ꎬ根据10个电子鼻传感器检测到的10种风味物质的相对电导率数值绘制ꎮ其中ꎬG0为传感器通入空气时的初始电导率ꎬG为检测到韭菜样品中挥发性物质时的电导率ꎬG/G0代表传感器的相对电导率ꎮ电子鼻检测到的气体浓度越大ꎬ其响应就越高ꎮ图5为利用100s时电子鼻中趋于稳定的相对电导率绘制的4个处理10种风味物质的柱形图ꎮ其中氮氧化物(W5S)㊁硫化合物(W1W)㊁芳烃化合物和硫的有机化合物(W2W)是判断韭菜风味的关键指标ꎮ可知ꎬW5S㊁W1W㊁W2W均以蓝光处理最佳ꎬ相对电导率分别为4.31㊁12.67㊁3.19ꎬ较白光分别提高4.9%㊁16.6%㊁9.2%ꎬ红光和绿光处理的相对电导率都低于白光ꎮ说明韭菜的特征风味可以因光质的变化而改变ꎬ并以蓝光处理最佳ꎮ㊀㊀表6㊀PEN3电子鼻传感器敏感物质编号传感器敏感物质R1W1C芳烃化合物R2W5S氮氧化物R3W3C氨㊁芳香分子R4W6S氢化物R5W5C烯烃㊁芳族㊁极性分子R6W1S烷类R7W1W硫化合物R8W2S检测醇㊁部分芳香族化合物R9W2W芳烃化合物㊁硫的有机化合物R10W3S烷类和脂肪族图4㊀电子鼻对韭菜样品敏感物质的响应曲线图5㊀100s时电子鼻对韭菜样品敏感物质的响应3㊀讨论3.1㊀不同LED光质对水培韭菜生长及叶绿素荧光指标的影响植株的生长发育㊁形态建成以及根系生长均受到光质的直接影响[25]ꎮ本研究表明ꎬ红光处理提高韭菜植株地上部干物质积累ꎬ增加叶片宽度ꎬ提高产量ꎻ蓝光对株高㊁叶长起抑制作用ꎬ植株矮94㊀第10期㊀㊀李伟ꎬ等:植物工厂模式下LED光质对水培韭菜生长㊁风味及品质的影响化ꎬ其原因可能是蓝光处理使韭菜体内的吲哚乙酸氧化酶活性受到抑制进而影响韭菜长势ꎻ绿光处理显著增加韭菜茎部长度而徒长ꎬ长势弱易倒伏ꎬ这与姜宗庆[26]在香椿芽苗菜㊁刘慧莲等[27]在番茄幼苗上的研究结果一致ꎮ韭菜产量受到地上部鲜重㊁株高㊁叶长㊁茎粗㊁叶片数等生长指标的影响ꎬ红光促进韭菜地上部干物质积累ꎬ产量也随干物质量的上升而增加ꎮ本研究表明ꎬ与白光相比ꎬ红光㊁蓝光对韭菜叶片的叶绿素a㊁叶绿素b含量均有显著抑制作用ꎬ这与前人在蕹菜上的研究结果一致[28]ꎮ绿光处理韭菜体内叶绿素含量显著低于白光处理ꎬ这可能是由于绿光光谱中600~800nm和320~500nm两个吸收区的光量较低ꎬ不利于叶绿素的形成ꎮ本试验中ꎬ绿光处理提高韭菜的qP值ꎬ红光和蓝光处理降低qP值且蓝光的抑制更加显著ꎬ这与吴艳等[29]在珙桐上的研究结果一致ꎮ这是因为绿光能透过植株上层叶片激发低冠层叶片的光合能力ꎬ促进低冠层叶片的光合作用ꎮ韭菜的Fv/Fm㊁Fv/Fo红光处理时下降㊁蓝光处理时上升ꎬ这可能是因为PSⅡ受到蓝光的激发后叶片的潜在活力增大ꎮ不同光质处理间ФPSⅡ值差异不显著ꎬ但以红光处理最大ꎬ显示韭菜叶片的ФPSⅡ受到光质的轻微调控ꎬ这跟红桔㊁木荷㊁杉木幼苗[30-31]上的研究结果一致ꎮ3.2㊀不同LED光质对水培韭菜营养品质指标的影响植物的次生代谢物VC㊁总酚和类黄酮具有较强的抗氧化能力ꎬ其含量受到光质的调控ꎬ是植物中重要的生物活性物质[32]ꎮ由本试验结果可知ꎬ蓝光处理韭菜VC含量显著高于白光处理ꎬ可能是由于蓝光提高韭菜体内的半乳糖内酯脱氢酶活性ꎬ继而促进韭菜VC合成ꎬ这与发芽大豆[33]㊁萝卜芽苗菜[34]上的研究结果一致ꎬ与芹菜[35]上的研究结果不同ꎬ这可能与作物品种特性相关ꎮ红光处理使总酚和类黄酮含量显著增加ꎬ这是因为红光处理提高了韭菜的抗氧化能力ꎬ进而提高二者的含量ꎻ而绿光使类黄酮合成受阻ꎬ这是因为绿光处理下韭菜的抗氧化能力受到抑制ꎻ蓝光下韭菜类黄酮和总酚含量下降ꎬ这与前人的研究结果一致[36]ꎮ本试验中ꎬ蓝光下韭菜硝态氮含量显著低于白光㊁红光以及绿光处理ꎮ有研究表明ꎬ硝酸还原酶活性极易受到光质的影响[37]ꎬ推测蓝光处理下硝酸还原酶活性高于白光㊁红光及绿色处理ꎬ从而降低植株体内的硝态氮含量ꎮ植株的光合作用受到光质的直接影响ꎬ继而影响叶片的光合产物转运到根系ꎬ间接影响植株根系的生长和活力[38]ꎮ本试验结果表明ꎬ韭菜根系活力在红光处理下显著提高ꎬ蓝光㊁绿光处理显著下降ꎬ这与陈娴[39]的研究结果一致ꎮ从本研究结果可以看出ꎬ随着白光㊁红光㊁蓝光㊁绿光处理时间延长ꎬ韭菜酶促丙酮酸含量在其生长期间波动变化ꎬ但总体呈降低趋势ꎬ说明韭菜的辛辣性有降低趋势ꎮ造成酶促丙酮酸含量呈波动变化的原因可能是韭菜生长和品质指标建成之间相互转化ꎬ表现为:处理10~13d间韭菜长势较快ꎬ酶促丙酮酸含量下降也较快ꎬ造成体内CSOs含量表达不足ꎬ韭菜辛辣性减小ꎻ10~34d间ꎬ绿光处理下酶促丙酮酸含量从10.66μmol/g降至7.28μmol/gꎬ这和其他处理差异明显ꎬ其原因可能是绿光造成韭菜徒长且后期养分积累受阻ꎬ进而造成辛辣性降幅增大ꎮ电子鼻系统检测中ꎬW5S(氮氧化物)㊁W1W(硫化合物)㊁W2W(芳烃化合物和硫的有机化合物)为韭菜的特征性风味物质[40]ꎮ本研究结果表明蓝光处理提高韭菜中W5S㊁W1W㊁W2W等关键风味物质含量ꎮ有研究表明ꎬ红光促进草莓果实中相关基因的表达ꎬ提高草莓香气的组成与扩散ꎬ并提高草莓果实中烷烃㊁醛类以及酸类物质[41-42]ꎻ而在本研究中红光抑制韭菜特征性风味物质合成ꎬ这与前人的研究结果不一致ꎬ造成这样的结果可能跟物种有关ꎮ烷类(W1S)相对电导率的大小可以反映植株成熟度ꎬ值越高ꎬ植株的成熟度越高[43]ꎮ经过光的诱导ꎬ4个处理韭菜中W1S的相对电导率明显高于韭菜的特征性风味指标ꎬ造成这样的原因可能是光质促进烷类在植株体内的合成ꎬ但红光㊁蓝光以及绿光处理韭菜中W1S的提升量低于白光处理ꎬ说明白光处理韭菜的成熟度大于其他单色光质处理ꎬ单色光质处理05㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第55卷㊀可以延长韭菜的种植时间ꎮ4㊀结论本试验采用液培无土栽培方式在植物工厂中进行ꎬ设置光照强度为200μmol/(m2 s)的白光㊁红光㊁蓝光及绿光处理ꎬ研究不同颜色光质对韭菜生长㊁产量㊁辛辣性㊁总酚㊁类黄酮含量以及风味成分的影响ꎮ结果显示ꎬ红光对韭菜株高㊁叶长㊁叶宽㊁假茎粗和产量有促进作用ꎬ并增大地上地下部鲜重ꎻ红光处理下韭菜总酚㊁类黄酮含量最高ꎬ可溶性蛋白㊁酶促丙酮酸含量较高ꎬ纤维素含量显著低于白光处理ꎬ但硝态氮含量最高ꎮ蓝光处理下韭菜生长健壮ꎬ产量较高ꎬ可溶性蛋白㊁酶促丙酮酸㊁VC含量最高ꎬ总酚㊁类黄酮含量较高ꎬ纤维素㊁硝态氮含量最少ꎮ综合分析ꎬ韭菜生产上ꎬ建议使用蓝光进行处理ꎬ以实现较高产量㊁最优品质及风味的有机结合ꎮ参㊀考㊀文㊀献:[1]㊀李庆昌.LED光质对玻璃生菜生长的影响及光源阵列优化设计的研究[D].广州:华南理工大学ꎬ2021. [2]㊀杨其长.植物工厂发展史[J].生命世界ꎬ2019(10):4-7. [3]㊀郭奕.不同光质LED光源组合对番茄及黄瓜育苗效果的影响[D].哈尔滨:东北农业大学ꎬ2021.[4]㊀马桂芹ꎬ刘世琦ꎬ刘颖颖ꎬ等.不同LED光源对青蒜苗生长及品质的影响[J].山东农业科学ꎬ2015ꎬ47(5):31-33. [5]㊀张悦.不同光质㊁光照强度及光周期对苦苣生长特性及营养品质的影响[D].武汉:华中农业大学ꎬ2021. [6]㊀史宏志ꎬ韩锦峰ꎬ远彤ꎬ等.红光和蓝光对烟叶生长㊁碳氮代谢和品质的影响[J].作物学报ꎬ1999ꎬ25(2):215-220. [7]㊀李琪.LED光质对金线兰组培苗生理特征和代谢物的影响[D].南昌:南昌大学ꎬ2021.[8]㊀Sánchez ̄BravoJꎬOrtuñoAMꎬBotíaJMꎬetal.Thedecreaseinauxinpolartransportdownthelupinhypocotylcouldproducetheindole ̄3 ̄aceticaciddistributionresponsiblefortheelonga ̄tiongrowthpattern[J].PlantPhysiologyꎬ1992ꎬ100(1):108-114.[9]㊀SengerH.Theeffectofbluelightonplantsandmicroorganisms[J].PhotochemistryandPhotobiologyꎬ1982ꎬ35(6):911-920. [10]MaterováZꎬSobotkaRꎬZdvihalováBꎬetal.Monochromaticgreenlightinducesanaberrantaccumulationofgeranylgerany ̄ledchlorophyllsinplants[J].PlantPhysiologyandBiochemis ̄tryꎬ2017ꎬ116:48-56.[11]LanoueJꎬLittleCꎬHawleyDꎬetal.Additionofgreenlightim ̄provesfruitweightanddrymattercontentinsweetpepperduetogreaterlightpenetrationwithinthecanopy[J].ScientiaHor ̄ticulturaeꎬ2022ꎬ304:111350.[12]SamuolienèGꎬBrazaitytèAꎬSirtautasRꎬetal.Theeffectofsupplementaryledlightingontheantioxidantandnutritionalpropertiesoflettuce[J].ActaHorticulturaeꎬ2012ꎬ952:835-841.[13]YoshimotoNꎬSaitoK.S ̄Alk(en)ylcysteinesulfoxidesinthegenusAllium:proposedbiosynthesisꎬchemicalconversionꎬandbioactivities[J].JournalofExperimentalBotanyꎬ2019ꎬ70(16):4123-4137.[14]WallMMꎬCorganJN.Relationshipbetweenpyruvateanalysisandflavorperceptionforonionpungencydetermination[J].HortScienceꎬ1992ꎬ27(9):1029-1030.[15]韩贝贝ꎬ王宝驹ꎬ佟静ꎬ等.氨基酸处理对水培韭菜产量ꎬ品质及风味的影响[J].中国蔬菜ꎬ2022(5):74-80. [16]WhitakerJR.Developmentofflavorodorandpungencyinon ̄ionandgarlic[J].Elsevierꎬ1976ꎬ22:73-133.[17]许真ꎬ严永哲ꎬ卢钢ꎬ等.葱属蔬菜植物风味前体物质的合成途径及调节机制[J].细胞生物学杂志ꎬ2007(4):508-512.[18]RussoMꎬdiSanzoRꎬCefalyVꎬetal.Non ̄destructiveflavoure ̄valuationofredonion(AlliumcepaL.)ecotypes:anelectronic ̄nose ̄basedapproach[J].FoodChemistryꎬ2013ꎬ141(2):896-899.[19]李合生.植物生理学实验原理与技术[M].北京:北京高等教育出版社ꎬ2000.[20]蔡庆生.植物生理学实验[M].北京:中国农业大学出版社ꎬ2013.[21]张以顺ꎬ黄霞ꎬ陈玉凤.植物生理实验[M].北京:高等教育出版社ꎬ2009.[22]贾丽娥ꎬ马越ꎬ王丹ꎬ等.切段对韭菜贮藏品质及抗氧化活性的影响[J].食品工业科技ꎬ2021ꎬ42(4):282-287ꎬ324. [23]LiuNꎬTongJꎬHuMMꎬetal.Transcriptomelandscapesofmul ̄tipletissueshighlightthegenesinvolvedintheflavormetabolicpathwayinChinesechive(Alliumtuberosum)[J].Genomicsꎬ2021ꎬ113(4):2145-2157.[24]季延海ꎬ武占会ꎬ于平彬ꎬ等.不同营养液浓度对水培韭菜生长适应性的影响[J].中国蔬菜ꎬ2017(11):53-56. [25]邢泽南ꎬ张丹ꎬ李薇ꎬ等.光质对油葵芽苗菜生长和品质的影响[J].南京农业大学学报ꎬ2012ꎬ35(3):47-51. [26]姜宗庆.不同LED光质对香椿芽苗菜生长和品质的影响[J].中国瓜菜ꎬ2020ꎬ33(11):52-55.[27]刘慧莲ꎬ姜倩倩.不同LED光质对番茄幼苗生长的影响[J].北方园艺ꎬ2020(18):38-42.[28]蒋英ꎬ刘素慧.不同光质对蕹菜光合特性及品质的影响[J].江苏农业科学ꎬ2018ꎬ46(2):92-95.[29]吴艳ꎬ荣熔ꎬ陈放ꎬ等.光质对珙桐幼苗形态建成及光合特15㊀第10期㊀㊀李伟ꎬ等:植物工厂模式下LED光质对水培韭菜生长㊁风味及品质的影响性的影响[J].四川大学学报(自然科学版)ꎬ2020ꎬ57(4):804-810.[30]刘敏竹ꎬ李强ꎬ杨超ꎬ等.LED光质对红桔幼苗生长发育和叶绿素荧光特性的影响[J].中国南方果树ꎬ2021ꎬ50(2):1-7.[31]刘青青ꎬ马祥庆ꎬ黄智军ꎬ等.不同光质对木荷㊁杉木幼苗叶片叶绿素荧光参数和抗氧化酶活性的影响[J].生态学杂志ꎬ2018ꎬ37(3):869-876.[32]王军伟ꎬ陈海燕ꎬ梁曼恬ꎬ等.LED光质对青花菜生长及其生物活性物质的影响[J].应用与环境生物学报ꎬ2020ꎬ26(6):1478-1483.[33]徐茂军ꎬ朱睦元ꎬ顾青.光诱导对发芽大豆中半乳糖酸内酯脱氢酶活性和维生素C合成的影响[J].营养学报ꎬ2002ꎬ24(2):212-214.[34]孙丽ꎬ张静祎ꎬ刘振威ꎬ等.不同光质对萝卜芽苗菜生长和品质的影响[J].资源开发与市场ꎬ2015ꎬ31(3):257-261. [35]高波ꎬ杨振超ꎬ李万青ꎬ等.3种不同LED光质配比对芹菜生长和品质的影响[J].西北农业学报ꎬ2015ꎬ24(12):125-132.[36]陈娴ꎬ刘世琦ꎬ孟凡鲁ꎬ等.不同光质对韭菜营养品质的影响[J].山东农业大学学报(自然科学版)ꎬ2012ꎬ43(3):361-366.[37]余让才ꎬ范燕萍ꎬ李明启.蓝光对黄化小麦幼苗NO-3吸收及硝酸还原酶活性的影响[J].华南农业大学学报ꎬ1996ꎬ17(3):73-77.[38]李凤华ꎬ介元芬ꎬ吴帼秀ꎬ等.红蓝绿LED不同光质对西瓜和甜瓜幼苗质量的影响[J].中国蔬菜ꎬ2022(8):49-56. [39]陈娴.不同LED光源对韭菜生理特性及品质的影响[D].泰安:山东农业大学ꎬ2012.[40]贾丽娥ꎬ马越ꎬ王丹ꎬ等.鲜切韭菜碎的品质变化研究[J].北方园艺ꎬ2020(21):89-96.[41]PengXꎬWangBꎬWangXLꎬetal.Variationsinaromaandspe ̄cificflavorinstrawberryunderdifferentcoloredlight ̄qualityse ̄lectiveplasticfilm[J].FlavourandFragranceJournalꎬ2020ꎬ35(3):350-359.[42]程帅旗ꎬ王丽娟ꎬ高轶楠.草莓果实香气物质研究进展[J].山东农业科学ꎬ2022ꎬ55(1):157-164.[43]闫子茹ꎬ张阳ꎬ高聪聪ꎬ等.基于电子鼻检测香红梨腐烂程度[J].食品安全质量检测学报ꎬ2021ꎬ12(11):4529-4535.25㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀山东农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第55卷㊀。
植物工厂整体解决方案(3篇)

第1篇随着全球人口的增长和城市化进程的加快,粮食安全问题日益凸显。
传统的农业生产模式面临着资源枯竭、环境恶化、气候变化等多重挑战。
植物工厂作为一种新型农业生产方式,以其高效、环保、可持续的特点,逐渐成为解决粮食问题的关键。
本文将详细介绍植物工厂的整体解决方案,包括设计理念、技术支持、系统集成、运营管理等方面。
一、设计理念1. 高效节能:植物工厂应采用节能设计,降低能源消耗,提高能源利用效率。
2. 自动化控制:实现植物生长环境的自动化控制,提高生产效率。
3. 智能化管理:运用物联网、大数据等技术,实现植物生长数据的实时监测和分析。
4. 环保可持续:采用绿色、环保的材料和设备,降低对环境的影响。
5. 适应性强:植物工厂应具备较强的适应能力,能够应对不同气候、土壤等条件。
二、技术支持1. 光照技术:植物工厂采用人工光源,如LED灯、荧光灯等,模拟自然光照,满足植物生长需求。
2. 环境控制技术:通过温湿度、CO2浓度、光照强度等参数的精确控制,为植物提供最佳生长环境。
3. 营养液技术:采用无土栽培技术,通过营养液提供植物生长所需的养分。
4. 植物生长调控技术:运用植物生长激素、植物生长调节剂等,促进植物生长。
5. 智能控制系统:利用物联网、大数据等技术,实现植物生长环境的自动化控制。
三、系统集成1. 光照系统:根据植物生长需求,设计合适的LED灯、荧光灯等光源,满足植物生长光照需求。
2. 环境控制系统:包括温湿度、CO2浓度、光照强度等参数的传感器、执行器等设备,实现环境参数的实时监测和控制。
3. 营养液系统:包括营养液制备、循环、施肥等设备,确保植物生长所需的养分供应。
4. 植物生长调控系统:包括植物生长激素、植物生长调节剂等设备,实现植物生长的精准调控。
5. 智能控制系统:包括物联网设备、服务器、大数据分析平台等,实现植物生长数据的实时监测、分析和处理。
四、运营管理1. 生产计划管理:根据市场需求和植物生长周期,制定合理的生产计划。
植物工厂

植物工厂一、植物工厂的定义植物工厂的定义可归纳如下:广义:在一定生产管理下的全年无休的植物生产系统狭义:在完全人工环境下的全年无休的植物生产系统广义的植物工厂除包含狭义者外,尚包含高度环境控制的太阳光利用型系统(精密温室)。
植物工厂的广义定义包含了广大范围的生产设施,譬如:豆芽菜,蘑菇,萝卜婴等的生产工厂,半自动控制的温室水耕系统,种苗繁殖系统或人工种子生产等的生产系统等均属之。
说到工厂生产时,有二个前提:一个是从自然界妨害的解放,可以不管寒暑且风雨无阻地进行与在自然环境中生产截然不同;再者,工厂生产可预先明确地决定好生产流程,并做好作业分析,也就是说对象的输入输出特性皆可定量的掌握,甚么样的操作会产生甚么样的输出是可以预期的。
只要做好操作的作业手册,按部就班谁也能够生产。
由此点看,理想的植物工厂是生长那些环境条件与作物生长关系已明确地量化的植物,在一定的人工环境下栽培的完全控制型系统。
工厂生产以生长快速又高价格的作物较适合,就资料汇集来说,须要生长过程较单纯,叶面积较大的比较好,所以非结球生菜中的一种沙拉菜恰好可符合这些条件,因此做为叶菜类的代表。
除了沙拉菜之外,果菜类的甜椒,根菜类的萝卜婴(二十日萝卜)等,皆为代表。
豆芽菜或蘑菇类不行光合作用,所以生长程序容易定量化,是另一类代表。
萝卜婴或水芹等的生产工厂通常为了植株体的绿化而使用阳光。
世界上首先成立且成绩辉煌的植物工厂当推丹麦的克里斯天仙农场,其水芹的一贯自动生产系统的实用化非常成功。
与此相似的系统在日本有多家萝卜婴生产工厂中,海洋牧场因自动化程度最高而有名。
此场用暗处发芽,软白栽培,等茎长 10cm ,再在明亮处使双叶绿化。
从播种到收获包装约1周左右。
其他尚有芫荽的水耕栽培,在过去几乎无产量的夏季也因使用了遮光与培养液冷却的技术,使得相当稳定的周年生产也成可能了。
同时因环境条件与培养液条件皆由微电脑控制,所以能够做确实的生产管理。
由于温室及水耕栽培的结合,日夜间冷暖气及培养液冷却的实施,使得较高程度的环境控制为可能,广泛范围的蔬菜、花卉将可做周年生产。
植物工厂人工环境控制栽培室的设计研究

缩 短 , 物 生 长 外观 及 品质 整 齐一 致 , 植 同时 可 减 少病 虫害 的 发 生 。
关 键 词 : 物 工 厂 ; 工 光 源 ; 培 车 间 植 人 栽 中图 分 类 号 : 2. 文 献标 识码 : S20 8 A 文 章编 号 :0 ] 00 (00 1 一O8 —0 10 - 0 92 1 )5 O5 4
身 的 生 长 。所 以 , 常 需 要 创 造 作 物 正 常 生 长 的 环 境 载 通
式简单化 , 采用水培灌溉模式 。
1 人 工环 境控 制栽培 室的设 计
人工环境控制栽培室是在全人工模 拟环境下 , 可连
续 进行 生产。其 内部设计 了立体多层 次栽培架 , 使空 间
得 以充分 利用 。除 此之外 还结 合 了人工光 源和 空调设 备 , 用 智 能 控 制 技 术 使 系统 内 的 生 态 因子 稳 定 性 采
方 面研 究 工作 。
过滤 网壳 。循环 中间段用 于连接 供水 段与 回水 段。供
基金 项 目 : 京 市科技 计 划 资助 项 目( 0 O O O 4 0 0 ) 北 I 865o5oO 。 )
收稿 日期 :O O 4 O 2 l 一0 —1
较好 。 ຫໍສະໝຸດ 11 整体设计 . 人工环境控制栽培室长 为 1. l宽 为 6 1 总 12n, .5m, 面积约 6. 。围护结构采用 聚苯乙烯泡沫夹芯彩钢 88m2
体, 通过 配套 设备 或设施 分别 调控 各个 环境 因子 , 给作 物提供最佳 的适 宜 的生长 环境 , 现农 业工 厂 化 、 实 专业 化生产 , 做到蔬菜 、 水果 、 种苗 长期 均衡 的周 年 供应 , 以 满足人们 日益增 长的生 活水平 的需 要 , 从而实 现更高 的 经济价值 。因此 , 研究和掌握农 业设施 环境要 素的变化 特点及相 关 调 控 和应 用 技 术 , 有 重 要 现 实 意义[ 。 具 人工环境 控制栽 培室采用 全封 闭结 构 , 植物生 长光源大
植物工厂控制系统的功能分析和总体设计

创新思维Innovative Thinking文章编号:1674-9146(2018)02-0024-03植物工厂控制系统的功能分析和总体设计;李中鹏,贾鹤鸣,徐林通,裴慧玲,唐凯涛,苗苗(东北林业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150040)摘要:为了设计植物工厂控制系统,分析了温度、相对湿度、光照强度等影响植物生长的环境因素,并以此为基础,根据不同生长阶段不同植物对环境的要求,进一步细化了这些环境因素的具体技术指标和控制目标,给出了植物工厂 控制系统所需要的控制逻辑体系,从硬件设计和软件设计两个方面,完成了植物工厂控制系统的总体设计。
关键词:自动控制;植物工厂;环境因素控制;控制逻辑;系统总体设计中图分类号:TP273;S31 文献标志码:A DOI :10.3969/j.issn.1674-9146.2018.02.024植物工厂的概念首先是由日本学者提出的!1#。
作为农业设施发展的高级阶段,植物工厂大多采用 密封结构,内部进行高精度的环境控制,很少受外 界环境的影响利用多层立体栽培模式,进行高 密度的种植,实现作物周年连续化生产,产量远远 高于传统农业^51。
笔者主要通过分析环境因素对植 物生长的影响,提出植物工厂控制系统的控制逻 辑,最后完成控制系统的体设。
1植物生长环境特点与影响因素分析1.1植物生长环境 分析植物的生长 植物的 先 传因素 有关系,植物生长的环境因素 必然联系。
由于植物自身的 同,因此植物生长的环 境 能完 同,植物自身的 生长 植物自身 的生长环境。
度,自然界影响植物生长的环境因素很多。
影 响植物生长的环境因素 ,影响 大,为主 因素;影响 ,为要因素。
植物工 厂控制系统的设,要 主因素对植物生长的影响,作为主要的控制对,控植物的生长环境,植物的 生长环境。
当然,主因素的是 制的,1此 控制上相互影响,而且与外界的结构 的系。
1.2植物生长影响因素分析1) 度。
植物的 生长环(植物的 作用 作用、作用产物的传 、植物部生长的、分 分的 作用)者度系。
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植物工厂中光照和温度控制技术研究
植物工厂是一种新型的农业生产方式,利用人工光源和环境控制技术,实现无土培植、精准灌溉、个性化营养方案、精准施肥等一系列先进技术,对植物生长环境进行精细调控,来提高产量和品质。
其中,光照和温度控制技术是植物工厂中的两个重要环节,下面将就这两方面的技术进行详细的探讨。
一、光照控制技术
1. 光照强度控制
光照强度是指光照照射到植物叶面上的光子数量,在植物生长过程中起着至关重要的作用。
光照过强或过弱,都会影响到植物光合作用的正常进行。
因此,在植物工厂中,通过控制光照强度来满足植物生长的需要是至关重要的。
一般来说,植物的生长需要的最佳光照强度是2000-3000LX,而在不同的生长阶段,对光照强度的要求也不同。
例如,幼苗期需要较弱的光照,细胞分裂期需要适中的光照,而生长期则需要较强的光照。
因此,对不同生长阶段的植物,需要进行相应的光照强度调整。
2. 光照时长控制
光照时长指的是一个周期内植物接受到的光照时间。
一般来说,植物需要在一定的光照时间内完成光合作用和呼吸作用,以供应能量维持生命活动。
在植物工厂中,根据植物种类和生长阶段的需要,当然也需要对光照时长进行相应的调节。
例如,在幼苗期,每天需要大约16小时的光照时间,而生长期则只需要8-10个小时的较为均匀的光照时间。
而且,不同植物对光照时长的要求还会存在差别,这就需要设计调节系统来满足不同植物的光照时长需求。
二、温度控制技术
1. 空气温度控制
空气温度是植物生长的一个重要环节,它对植物光合作用、呼吸作用、蒸腾作
用等生理过程均有影响。
在植物工厂中,通过对空气温度的精确控制,可以提供一个舒适的生长环境,有利于植物的健康生长和高产高质。
2. 墙面温度控制
墙面温度是指植物工厂设施中墙面的温度。
墙面温度是影响植物生长的另一个
重要因素。
当室内温度较高时,墙面温度也会较高,使植物利用较少的水分以减轻水分蒸腾,从而保持适宜温度和湿度。
因此,对墙面温度的控制同样是植物工厂中温度控制技术的关键问题。
总的来说,光照和温度控制技术是植物工厂中的两个重要界面,精准且常态化
的控制是一个复杂而具有挑战性的问题。
当前,各种类型的环境控制系统不断涌现,这对于提高植物生长的效率,也带来了更多的机遇和挑战。
未来,越来越多的农业生产将借助于植物工厂的技术和模式,推动现代农业的发展,保障人类的食品安全问题。