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人工光源在闭锁式植物工厂中的应用研究

作　者: 刘水丽
导　师: 杨其长
学　校: 中国农业科学院
专　业: 环境工程
关键词: 植物工厂 环境控制系统 LED DFT NFT
分类号: S316
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


闭锁式植物工厂是设施农业发展的高级阶段，具有节能、环保、控制精度高、生产成本低等特点，发展前景广阔。针对目前国内外植物工厂的现状以及栽培设施内环境控制水平低、产量低、植株品质差、成本高等问题，本研究利用不透光的绝热材料建设了一个人工光型闭锁式植物工厂，设计开发了实时动态监控的环境控制系统，可实现环境因子的高精度控制，为植物生长提供优化的物理环境；研制了种苗繁育LED光环境调控装置、光照距离可调式荧光灯板，有效地改善植物生长所需的光环境，提高植物的光能利用率；通过负载可调式空调与空气循环系统，调控系统内部的物质和能量的流动，节省资源；采用营养液循环供液系统，实现了物质的再循环利用；通过对环境控制系统的试验研究以及相关的生物学试验，为闭锁式植物工厂以及新型节能环保光源LED在育苗领域的应用研究提供了理论和试验依据。1、试验结果表明，环境控制系统可对植物工厂内的温度、相对湿度、CO2浓度和光照进行综合调控。温度实现周期波段式控制，控制范围为15℃-29℃，控制精度达到±0.5℃；相对湿度控制在50％～85％；CO2浓度控制在1000±301μmol．mol-1；荧光灯PPFD调整范围67～2001μmol·m-2·s-1；2、LED光环境调控装置中两种LED的波长分别达到660±5nm和450±5nm，PPFD调整范围为0～250μmol·m-2·s-1，光谱比例在一定范围内可任意调整，可针对多种植物进行相关研究。3、人工光与自然光环境下生菜栽培对照试验充分表明闭锁式植物工厂内两个品种的光合速率显著高于温室指标，散叶生菜光合速率为对照的1.8倍，奶油生菜为对照的1.3倍。奶油生菜和散叶生菜处理的地上部鲜重最大值分别为143.9g和132.7g，为对照的1.2倍和1.4倍；叶片数分别达到了36.7片和25.6片，为对照的1.4倍和1.3倍。4、人工光与自然光环境下黄瓜育苗对照试验表明LED光环境下植株生长速率高于其他处理，主要表现在叶面积大，叶片数多，叶片生长速度快，扎根较深，表现出一定的生长优越性。其光合速率为5.021μmol·m-2·s-1，分别为LF15，LF20，LF30的1.8倍，2.0倍和3.6倍。5、综合分析环境控制系统的控制效果，提出了系统的不足之处及优化方案。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 研究的背景与意义  11
  1.2 闭锁式植物工厂的研究进展  11-13
  1.3 闭锁式植物工厂人工光环境研究进展  13-17
    1.3.1 植物栽培的光环境  13
    1.3.2 人工光源光照存在的问题  13-14
    1.3.3 LED(light emitting diode)光源  14
    1.3.4 LED在植物栽培领域的应用  14-15
    1.3.5 LED国内外研究进展  15-17
    1.3.6 LED植物种苗工厂模式的提出  17
  1.4 研究目标和内容  17-18
  1.5 总体研究思路  18-19
第二章 闭锁式植物工厂及其环境控制系统的研制  19-36
  2.1 闭锁式植物工厂的设计与建造  19-21
    2.1.1 外围护结构要求及其设计  19-20
    2.1.2 闭锁式植物工厂结构设计  20
    2.1.3 培养架设计  20-21
  2.2 环境控制系统的研制  21-25
    2.2.1 环境控制系统设计方案  21-22
    2.2.2 环境控制原理及硬件构成  22-24
    2.2.3 环境控制系统的软件结构  24-25
  2.3 温度控制系统的研制  25-26
  2.4 相对湿度控制系统的研制  26-27
  2.5 CO_2控制系统的研制  27-28
  2.6 空气循环系统的设计  28-29
  2.7 营养液供液系统的研制  29-32
    2.7.1 营养液供液系统设计  29-31
    2.7.2 NET、DFT栽培水盘设计  31-32
  2.8 光源控制系统的设计  32-34
    2.8.1 荧光灯光源控制系统  32-33
    2.8.2 LED光源控制系统  33-34
  2.9 本章小结  34-36
第三章 闭锁式植物工厂的环境控制方案及效果分析  36-47
  3.1 温度控制方案及效果分析  36-37
    3.1.1 温度控制方案  36
    3.1.2 温度控制效果分析  36-37
  3.2 相对湿度控制方案及效果分析  37-39
    3.2.1 相对湿度控制方案  37-38
    3.2.2 相对湿度控制效果分析  38-39
  3.3 CO_2浓度控制方案及效果分析  39-40
    3.3.1 CO_2浓度控制方案  39
    3.3.2 CO_2浓度控制效果分析  39-40
  3.4 荧光灯光照控制方案及效果分析  40-43
    3.4.1 荧光灯光照控制方案  40-41
    3.4.2 PPFD调节方案  41-42
    3.4.3 光照控制效果分析  42-43
  3.5 LED光源控制方案及效果分析  43-45
  3.6 本章小结  45-47
第四章 人工光与自然光环境下DFT栽培对照试验  47-55
  4.1 试验材料与方案  47-49
  4.2 试验结果与分析  49-53
    4.2.1 生理指标对比分析  49-51
    4.2.2 形态指标对比分析  51-52
    4.2.3 营养品质指标对比分析  52-53
  4.3 本章小结  53-55
第五章 人工光与自然光环境下植物育苗对照试验  55-61
  5.1 试验材料与方案  55-56
  5.2 试验结果与分析  56-59
    5.2.1 生理指标对比分析  56-58
    5.2.2 形态指标对比分析  58-59
  5.3 本章小结  59-61
第六章 结论与建议  61-63
  6.1 结论  61
  6.2 建议  61-63
参考文献  63-68
致谢  68-69
作者简历  69

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中图分类: > 农业科学 > 农学（农艺学） > 作物生物学原理、栽培技术与方法 > 保护地栽培
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