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人工光照和温度调控植物工厂是在高精度环境控制的封闭生长空间内进行植物周年生产的系统。在系统内需要为对象作物提供适宜的生长环境因子。

 

这些环境因子包括:光照(光强、光质和光照时数)、 温度、湿度、CO2浓度、风速以及营养液的pH值、EC值、肥料成分、溶氧量、液温、流速、流量等。

 

对植物工厂进行环境优化控制,最根本的是要明确作物光合作用、产物积累、转流分配、发育和呼吸等生理过程与环境因子之间的关系,综合考虑各环境因子的复合作用效果,选择运行成本低、效果好的调控手段进行优化控制,以达到理想的控制效果。

1 栽培室水耕对设施设备和环境的要求

顾名思义是对密闭空间环境进行调控。使用空调、风机(进风口、风道、回风口)、CO2气体、LED植物生长灯、加湿器等,同时对光照、温度、湿度、CO2浓度、风速、溶氧、液温、流速等进行调节,始终保持植物适宜的生长环境。

1.1 环境控制管理

①温度的管理 

白天气温应控制在20~22℃,夜间控制在15~18℃,营养液温度控制18~20℃。

 ②溶解氧、湿度、二氧化碳、光强的管理 

溶解氧控制在6~8 mg/L;湿度控制在70%~90%;CO2浓度控制在800~1 000 μmol/mol;风速控制在0.3~0.7 m/s;光照强度控制在250μmol•m-2•s-1左右,光照时间尽量控制在12 h以下,光周期不宜过长,以防抽薹。

1.2 栽培架

栽培架采用不锈钢制作,共4层,每层高40 cm。包括LED植物生长灯和灯架、反射板,营养液栽培槽,营养液循环的上下水管,营养液储存箱等,把营养液循环系统和水泵连接起来,可使上下层营养液循环流动。

1.3 栽培槽

槽体和栽培板采用ABS材料制成。槽体规格长120 cm、宽60 cm、高15 cm,栽培板规格长120 cm、宽60 cm、厚3 cm,上面排列直径3 cm的定植孔,孔间距为20 cm,槽内设有液位调节装置。

ABS材料的栽培槽具有质量轻、便于组装等特点,定植板是用来固定根部,还可防止灰尘侵入,遮挡光线的射入,防止藻类产生并保持床内营养液温度的稳定。采用DFT的栽培方式,每层可以种植28株。

2 播种育苗

2.1 育苗前处理

菠菜种子实为胞果, 每个果实内含有种子1粒,种皮为革质,外层可以通气和吸水, 而内层为厚壁组织,水分空气不易透入,发芽困难,播种前采用浸种催芽处理。

具体处理方法:清水浸种约12 h后, 用纱布包好,然后在20℃的条件下催芽3~5 天。

2.2 播种

把刚露芽的种子用镊子播在海绵凹孔中,每孔5~7粒。播完后种子表面覆盖2 cm厚的黄沙或蛭石,使根向下生长,种子顺利脱壳。保持海绵内氧气充足。

播种完成后,把育苗盘放在黑暗处,并盖好盖子进行保湿。温度控制在15~20℃。每天揭开盖通风换气一次。如温湿度条件适宜,4天后开始发芽。

齐苗后育苗盘给光,光照强度200μmol•m-2•s-1。温度20℃,湿度70%~80%,大约在播种后6天可以进行分苗,分苗后1周可定植。

3 定植管理

3.1 菠菜营养液配方

Ca(NO3)2·4H2O:472 mg/L;

KNO3:808 mg/L;

NH4H2PO4:152 mg/L;

MgSO4·7H2O:492 mg/L;

EDTA-Fe:20 mg/L;

H3BO3:2.86 mg/L;

MnSO4·4H2O:2.13 mg/L;

ZnSO4·7H2O:0.22 mg/L;

CuSO4·5H2O: 0.08 mg/L;

(NH4)6Mo7O24·4H2O:0.02 mg/L。

 

3.2 定植管理

定植后光照强度控制在200~250μmol•m-2•s-1。60 cm宽的定植板栽4行。株行距为20 cm×20 cm左右。把育好苗的海绵块放在定植孔里即可,定植深度为保证苗的根部可以接触到1 cm深营养液为准。

液位控制在8~10 cm,每天测回液的pH值和EC 值,pH值控制在5.5~6.5,EC值控制在1.5~2.0 mS/cm,2周更换一次营养液。

4 采收

定植20~25天即可采收。此方法种出的菠菜,茎叶粗大,口感嫩脆,硝酸盐含量低。采收完成之后,应及时进行预冷处理,延长供货期,使其在储存和运输过程中保持品质不变。

作者介绍

基金项目:闵行区产学研项目(2017MH283)

臧晓韵,上海市农业科学院,上海市闵行区北翟路2901号,201106,电话:021-62208947,E-mail:rfastc@163.com

潘玲玲,徐乐,韩臻,曹永昌,上海市农业科学院

黄渊军,通讯作者,牛尾电机(苏州)有限公司,电话:15905294921

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