CN103098674B - 一种植物种植系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种植物种植系统，该系统包括围蔽式独立于外界的利用自然光源的种植区域，对种植区域内环境进行控制的中央控制系统，与中央控制系统联系的子控制系统；所述子控制系统包括光源侦测系统、人造光源系统、遮光系统、二氧化碳系统、氧气系统、灌溉水系统、温度系统、湿度系统。通过对植物种植环境进行科学控制，使植物产量提高。

Description

一种植物种植系统

技术领域

本发明涉及一种植物种植系统，特别是涉及一种提高植物生长效率与质量的种植系统，属于种植技术领域。

背景技术

绝大多数植物生长需要进行光合作用，常规种植的植物其光合作用的光源主要来自于太阳光。植物生长随着日出日落昼夜交替呈现出周期性有惯性的规律，但也随着季节阴晴冷暖干涝的气候而产生变化，这些变化影响到植物的生长速率。影响植物光合作用效率的外部因素主要有以下几种：（1）光照；（2）二氧化碳；（3）温度；（4）水分；（5）矿质营养。为提高植物的生长效率，可通过科学综合调节上述5种外部因素来实现。目前常用的方式是地膜履盖、大棚种植、定时浇水施肥等，这些常规的手段只能单一的解决温度、光照、水分、营养等问题，无法从根本上为植物设计出标准稳定的外部生长环境。因此提高植物生长效率与质量依然不可控。

发明内容

有鉴于此，有必要针对目前提高植物生长效率的质量依然不可控的问题，提供一种植物种植系统。该植物种植系统为植物生长创造了良好的环境，通过科学精确的植物外部因素控制，使植物生长物生长效率与质量提高。

本发明采用以下技术方案：

一种植物种植系统，包括围蔽式独立于外界的利用自然光源的种植区域，对种植区域内环境进行控制的中央控制系统，与中央控制系统联系的子控制系统；所述中央控制系统中预设子控制系统的工作参数，并控制子系统进行工作；所述子控制系统包括，

光源侦测系统，用于收集种植区域内的光照强度，并反馈至中央控制系统；

人造光源系统，用于对种植区域进行光照补充，提高种植区域内光照强度；

遮光系统，用于对种植区域进行遮光屏蔽，降低种植区域内光照强度；

二氧化碳系统，用于收集调节种植区域内二氧化碳含量信息，将二氧化碳含量信息反馈至中央控制系统，并对种植区域提供二氧化碳；

氧气系统，用于收集调节种植区域内氧气含量信息，将氧气含量信息反馈至中央控制系统，并对种植区域提供氧气；

灌溉水系统，用于对种植区域内植物进行灌溉，并补充矿质营养；

温度系统，用于收集种植区域内的温度信息，将温度信息反馈至中央控制系统，并对温度进行调节；

湿度系统，用于收集种植区域内的湿度信息，将湿度信息反馈至中央控制系统，并对湿度进行调节。

所述植物种植系统还包括网络系统，所述中央控制系统与子系统通过网络系统相连。从而可实现对子系统的远程控制。

所述种植区域为温室、搭棚、大棚、绿屋、网室、植物工厂的其中一种。

所述的中央控制系统为计算机控制系统，计算机控制系统中预设各子控制系统的工作参数，包括灌溉水系统启闭时间及水量、植物良好生长环境的光照强度、二氧化碳浓度、氧气浓度、环境温度、环境湿度等。种植区域内环境与预设参数有偏差时，所述计算机控制系统控制子系统进行相应的操作，或用人工方式直接对子系统进行相应的操作。

所述中央控制系统将种植区域内的光照强度设定为二个或二个以上档次，中央控制系统根据光照强度档次以及光源侦测系统反馈的信息，来控制人造光源系统或遮光系统完成相应的操作，同时控制二氧化碳系统、氧气系统、灌溉水系统、温度系统、湿度系统完成相应的操作；或显示相关操作信息，以人工的方式直接对人造光源系统或遮光系统进行相应的操作。

进一步的，所述光照强度的档次按不同时间大自然晴天的光照强度有序地设定，既可以保证植物快速生长，也节省人造光源系统的能源消耗。

进一步的，所述光照强度的档次据植物光合作用的需要来设定，从而可极大提高植物的生速度。

所述人造光源系统包括植物种植灯。所述植物种植灯可为LED植物种植灯、T5或T8植物节能灯管、伞形植物生长灯、GE高光通钠灯中的一种或一种以上的任意组合。当种植区域内自然光的光照强度无法支撑植物进行光合作用时，植物种植灯开启；当种植区域内自然光的光照强度可以支撑植物进行光合作用时，植物种植灯关闭。

所述遮光系统在种植区域内自然光的光照强度高于植物进行光合作用的最佳光照强度时，对种植区域进行遮光屏蔽，降低光照强度或紫外线强度，使光合作用高效地进行。当光照强度低过一定值后，即种植区域内的光照强度较低，所述遮光系统取消对种植区域的遮光屏蔽。

所述二氧化碳系统包括测量种植区域二氧化碳浓度的二氧化碳侦测表，向种植区域提供二氧化碳的二氧化碳供应系统。植物在不同光照强度下，进行光合作用需要的二氧化碳量不同，在一定范围内提高二氧化碳的浓度能提高光合作用的速率。二氧化碳侦测表将二氧化碳浓度信息反馈至中央控制系统，中央控制系统将该浓度信息与现阶段光照强度下，预设二氧化碳浓度进行对比，再控制二氧化碳供应系统进行相应操作，即开启、关闭、增加二氧化碳供应速度、降低二氧化碳供应速度。

所述氧气系统包括测量种植区域氧气浓度的氧气侦测表，向种植区域提供氧气的氧气供应系统。植物多为自养型生物，不能从外界直接获取能量，因此，必须分解自身产生的多糖，而分解多糖又必须通过呼吸作用。因此，呼吸作用是植物生存、生长必不可少的。氧气是植物正常呼吸的重要因子，氧气不足直接影响呼吸速度，也影响到呼吸的性质。绿色植物在完全缺氧条件下就进行无氧呼吸，大多数陆生植物根尖细胞的无氧呼吸产物是酒精和CO2，酒精对细胞有毒害作用，所以大多数陆生植物不能长期忍受无氧呼吸。而种植区域为围蔽式独立于外界的空间，外界氧气不能进入种植区域内。为了满足植物主要进行有氧呼吸时，对氧气的需求，需要调节氧气的浓度。氧气侦测表将氧气浓度信息反馈至中央控制系统，中央控制系统将该浓度信息与现阶段光照强度下，预设氧气浓度进行对比，再控制氧气供应系统进行相应操作，即开启、关闭、增加氧气供应速度、降低氧气供应速度。

所述灌溉水系统包括灌溉水源、灌溉管道、备用工作水槽、灌溉水喉，所述灌溉水源、备用工作水槽、灌溉水喉通过灌溉管道依次相连；所述备用工作水槽内装纳有矿质营养，可补充植物生长所需要的矿质营养。

所述灌溉水系统还包括水质处理池、粗放过滤装置、灌溉用储放池、精准过滤装置、灌溉用水备用池；所述灌溉水源、水质处理池、粗放过滤装置、灌溉用水储放池、精准过滤装置、灌溉用水备用池、备用工作水槽、灌溉水喉通过灌溉管道依次相连。

所述温度系统包括测量种植区域内空气温度的空气温度侦测表，测量种植区域内土壤温度的土壤温度侦测表，以及向种植区域提供热量或摄取其热量的温度调节系统。植物的光合作用在一定范围内，随着温度的上升而加快。但当温度高于光合作用的最适温度时，植物光合速率明显地表现出随温度上升而下降，这是由于高温引起催化暗反应的有关酶钝化、变性甚至遭到破坏，同时高温还会导致叶绿体结构发生变化和受损；高温加剧植物的呼吸作用，而且使二氧化碳溶解度的下降超过氧溶解度的下降，结果利于光呼吸而不利于光合作用。而植物呼吸作用又消耗自身多糖，那么在植物主要进行呼吸作用时，即光照强度低下时，降低温度可增加植物的产量。空气温度侦测表、土壤温度侦测表将温度信息反馈至中央控制系统，中央控制系统将该温度信息与现阶段光照强度下的预设温度进行对比，再控制温度调节系统向种植区域提供热量或摄取热量。

所述湿度系统包括测量种植区域内空气湿度的空气湿度侦测表，测量种植区域内土壤湿度的土壤湿度侦测表，以及向种植区域提供水分或摄取其水分的湿度调节系统。空气及土壤湿度影响植物蒸腾作用，蒸腾作用除了是吸收土壤中水分的动力，还是矿物质、营养运输的动力；空气湿度大，蒸腾作用弱；空气湿度的大小还影响植物气孔的开闭，空气湿度过大或过小都会导致气孔关闭，植物气孔关闭，光合作用减慢甚至停止。空气湿度侦测表、土壤湿度侦测表将湿度信息反馈至中央控制系统，中央控制系统将该湿度信息与现阶段光照强度下的预设湿度进行对比，再控制湿度调节系统向种植区域提供水分或摄取水分。

为了延长植物进行光合作用的时间，使用人造光源系统在夜间提高种植区域内的光照强度，并且中央控制系统同时控制其它子系统进行同步运作。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：为植物生长创造了理想的环境，通过科学精确的植物外部因素控制，在种植最佳条件及光能稳定充足的条件下，使植物光合作用速率加快；降低在光照强度低时植物的呼吸作用，从而提高植物的产量；由于种植区域与外界隔离，因而可减少病虫害，以及大自然环境变化对植物生长的影响。

附图说明

图1为本发明优选实施例的结构示意图（种植区域未画出）。

图中：1-中央控制系统，2-子控制系统，3-网络系统，4-光源侦测系统，6-人造光源系统，7-遮光系统，8-二氧化碳系统，9-氧气系统，11-灌溉水系统，12-温度系统，13-湿度系统，14-二氧化碳侦测表，16-二氧化碳供应系统，17-氧气侦测表，18-氧气供应系统，19-空气温度侦测表，21-土壤温度侦测表，22-温度调节系统，23-空气湿度侦测表，24-土壤湿度侦测表，26-湿度调节系统。

具体实施方式

下面通过本发明优选实施例对本发明作进一步的说明。

一种植物种植系统包括围蔽式独立于外界的利用自然光源的种植区域，对种植区域内环境进行控制的中央控制系统1，与中央控制系统1联系的子控制系统2，将中央控制系统1与子控制系统2联系在一起的网络系统3；所述子控制系统2包括光源侦测系统4、人造光源系统6、遮光系统7、二氧化碳系统8、氧气系统9、灌溉水系统11、温度系统12、湿度系统13。

所述种植区域为温室、搭棚、大棚、绿屋、网室、植物工厂的其中一种，自然光可透过种植区域的外墙进入种植区域内。

所述的中央控制系统1为计算机控制系统，计算机控制系统中预设子控制系统2的工作参数，计算机控制系统将子系统反馈的信息与预设工作参数进行对比，根据对比结果将控制命令发送至子控制系统2。所述计算机控制系统将种植区域内的光照强度按不同时间大自然晴天的光照强度有序地设定为四个档次，包括光照前弱档、光照强档、光照后弱档、光照暗档，其中光照前弱档为日出至中午时段，光照强档为是中午至下午时段，光照后弱档为下午至傍晚时段，光照暗档为夜间时段。应该理解，所述光照强度档次还可以按植物光合作用的需要来设定，所述光照强度档次还可以划分多二个、三个或四个以上合适档次。计算机控制系统根据光照强度档次以及光源侦测系统4反馈的信息，来控制人造光源系统6或遮光系统7完成相应的操作，即调节种植区域内光照强度，以加快植物光合作用的速率，同时控制二氧化碳系统8、氧气系统9、灌溉水系统11、温度系统12、湿度系统13完成相应的操作。

所述人造光源系统6为挂靠在种植区域内的植物种植灯，所述植物种植灯可为LED植物种植灯、T5或T8植物节能灯管、伞形植物生长灯、GE高光通钠灯中的一种或一种以上的任意组合。当种植区域内自然光的光照强度低于该时间段的光照强度档次时，计算机控制系统控制植物种植灯开启以提高种植区域内的光照强度，直至达到该时间段的光照强度档次。当种植区域内自然光的光照强度高于该时间段的光照强度档次时，计算机控制系统控制遮光系统7开启，以降低进入种植区域内的自然光的光照强度，直至降低到该时间段的光照强度档次。

所述二氧化碳系统8包括二氧化碳侦测表14，二氧化碳供应系统16。当种植区域内二氧化碳浓度低于现阶段光合作用需求量时，即低于预设二氧化碳浓度时，计算机控制系统控制二氧化碳供应系统16开启或增加二氧化碳供应速度，使种植区域内二氧化碳浓度维持在预设二氧化碳浓度值附近。反之，计算机控制系统控制二氧化碳供应系统16关闭或降低二氧化碳供应速度。

所述氧气系统9包括氧气侦测表17，氧气供应系统18。当种植区域内氧气浓度低于现阶段呼吸作用需求量时，即低于预设氧气浓度时，计算机控制系统控制氧气供应系统18开启或增加氧气供应速度，使种植区域内氧气浓度维持在预设氧气浓度值附近。反之，计算机控制系统控制氧气供应系统18关闭或降低氧气供应速度。

所述灌溉水系统11包括灌溉水源、灌溉管道、备用工作水槽、灌溉水喉，所述灌溉水源、备用工作水槽、灌溉水喉通过灌溉管道依次相连；所述备用工作水槽内装纳有矿质营养，可补充植物生长所需要的矿质营养。所述计算机控制系统按照预设的程序，控制灌溉水系统11按时对植物进行灌溉。应该理解，所述灌溉水系统11还可以根据实际需要增设水质处理池、粗放过滤装置、灌溉用储放池、精准过滤装置、灌溉用水备用池等设备。

所述温度系统12包括空气温度侦测表19，土壤温度侦测表21，温度调节系统22。空气温度侦测表19、土壤温度侦测表21将温度信息反馈至中央控制系统1，中央控制系统1将该温度信息与现阶段光照强度档次下的预设温度进行对比，再控制温度调节系统22向种植区域提供热量或摄取热量。

所述湿度系统13包括空气湿度侦测表23，土壤湿度侦测表24，湿度调节系统26。空气湿度侦测表23、土壤湿度侦测表24将湿度信息反馈至中央控制系统1，中央控制系统1将该湿度信息与现阶段光照强度档次下的预设湿度进行对比，再控制湿度调节系统26向种植区域提供水分或摄取水分。

应该理解，所述计算机控制系统也可以将操作指令发送给工作人员，由于工作人员对人造光源系统6、遮光系统7、二氧化碳供应系统16、氧气供应系统18、灌溉水系统11、温度调节系统22、湿度调节系统26进行相应操作。

以上所述实施例仅表达了本发明的其中一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种植物种植系统，其特征在于：包括围蔽式独立于外界的利用自然光源的种植区域，对种植区域内环境进行控制的中央控制系统，与中央控制系统联系的子控制系统；所述中央控制系统中预设子控制系统的工作参数，并控制子控制系统进行工作；所述子控制系统包括，

光源侦测系统，用于收集种植区域内的光照强度，并反馈至中央控制系统；

人造光源系统，用于对种植区域进行光照补充，提高种植区域内光照强度；

遮光系统，用于对种植区域进行遮光屏蔽，降低种植区域内光照强度；

二氧化碳系统，用于收集调节种植区域内二氧化碳含量信息，将二氧化碳含量信息反馈至中央控制系统，并对种植区域提供二氧化碳；

氧气系统，用于收集调节种植区域内氧气含量信息，将氧气含量信息反馈至中央控制系统，并对种植区域提供氧气；

灌溉水系统，用于对种植区域内植物进行灌溉，并补充矿质营养；

温度系统，用于收集种植区域内的温度信息，将温度信息反馈至中央控制系统，并对温度进行调节；

湿度系统，用于收集种植区域内的湿度信息，将湿度信息反馈至中央控制系统，并对湿度进行调节；

所述中央控制系统将种植区域内的光照强度设定为二个以上档次；所述中央控制系统按照种植区域内的光照强度档次来控制子控制系统工作；

所述灌溉水系统包括灌溉水源、灌溉管道、备用工作水槽、灌溉水喉，所述灌溉水源、备用工作水槽、灌溉水喉通过灌溉管道依次相连；所述备用工作水槽内装纳有矿质营养，可补充植物生长所需要的矿质营养；

所述灌溉水系统还包括水质处理池、粗放过滤装置、灌溉用水储放池、精准过滤装置、灌溉用水备用池；所述灌溉水源、水质处理池、粗放过滤装置、灌溉用水储放池、精准过滤装置、灌溉用水备用池、备用工作水槽、灌溉水喉通过灌溉管道依次相连。

2.根据权利要求1所述的植物种植系统，其特征在于：还包括网络系统，所述中央控制系统与子控制系统通过网络系统相连。

3.根据权利要求2所述的植物种植系统，其特征在于：所述的中央控制系统为计算机控制系统。

4.根据权利要求3所述的植物种植系统，其特征在于：所述光照强度的档次按不同时间大自然晴天的光照强度有序地设定。

5.根据权利要求3所述的植物种植系统，其特征在于：所述光照强度的档次按植物光合作用的需要来设定。

6.根据权利要求1至3任一项所述的植物种植系统，其特征在于：种植区域为温室、搭棚、绿屋、网室的其中一种。

7.根据权利要求1至3任一项所述的植物种植系统，其特征在于：所述人造光源系统包括植物种植灯，所述植物种植灯为LED植物种植灯、T5或T8植物节能灯管、伞形植物生长灯、GE高光通钠灯中的一种以上的任意组合。

8.根据权利要求1至3任一项所述的植物种植系统，其特征在于：所述二氧化碳系统包括测量种植区域二氧化碳浓度的二氧化碳侦测表，向种植区域提供二氧化碳的二氧化碳供应系统。

9.根据权利要求1至3任一项所述的植物种植系统，其特征在于：所述氧气系统包括测量种植区域氧气浓度的氧气侦测表，向种植区域提供氧气的氧气供应系统。

10.根据权利要求1至3任一项所述的植物种植系统，其特征在于：所述温度系统包括测量种植区域内空气温度的空气温度侦测表，测量种植区域内土壤温度的土壤温度侦测表，以及向种植区域提供热量或摄取其热量的温度调节系统。

11.根据权利要求1至3任一项所述的植物种植系统，其特征在于：所述湿度系统包括测量种植区域内空气湿度的空气湿度侦测表，测量种植区域内土壤湿度的土壤湿度侦测表，以及向种植区域提供水分或摄取其水分的湿度调节系统。

12.根据权利要求1至3任一项所述的植物种植系统，其特征在于：为了延长植物进行光合作用的时间，使用人造光源系统在夜间提高种植区域内的光照强度，并且中央控制系统同时控制其它子控制系统进行同步运作。