CN105660214A - 一种植物的光配方实验及栽培方法 - Google Patents

一种植物的光配方实验及栽培方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种植物的光配方实验及栽培方法，首先通过分别将单波段光源、光强和复合光配比作为变量进行实验，测量出某种植物在各生长阶段所需的特定的光谱配方和光周期，然后将该种植物的光谱配方和光周期加以编程并制作成APP软件，在日后定植该种植物时，只需通过网络软件的调控，透过一种可远程接收并执行各种光配方编程指令的栽培装置，就能对该种植物施以特定的人造光质、光强与光周期来进行栽培。本发明提出了一种简易的智能光环境控制手段，不仅可以简单方便的方式进行植物栽培，而且可以在不同植物不同生长过程施以不同光质、光强及光周期来达到促进植物生长、缩短栽培周期、提高产量并节约能耗的目的，满足现代科技农业发展的需求。

Description

一种植物的光配方实验及栽培方法
技术领域
本发明涉及植物的栽培方法，具体涉及一种植物的光配方实验及栽培方法。
背景技术
药有配方，同样的，不同植物对光环境需求亦有其独特配方，即光配方。植物生长的过程具有其连续性，此乃自然规律，蓝光(400-450nm)和红光(620-700nm)在大部分植物生长过程中是以线性递减及递增方式呈现需求。而所谓的光配方就是依合乎特定植物生长自然规律之光环境需求，随植物生长周期线性变更其在不同生长阶段所需光质。
一般在室内植物栽培中，光能成本占比约达30%，因为无法精确线性供给不同植物不同生长过程中所需光质、光强及光周期，导致光能转换率低下，造成光能浪费，且在植物栽培过程中还需更换光源，这大大增加了能源和设备的成本。
目前各方面早已开始着手研究已知不同植物种类及不同生长周期对光质、光强及光周期需求的不同，也相继发明了一些对光环境智能控制手段或相关装置与栽培方法，但并未公开如何使用对特定植物适用其特征光谱的方法，或并未对于各种植物各生长阶段所需的特征光谱加以定性定量，还是必须加以人工调整，费时费力，而且对于缺乏植物栽培专业知识的人来说，并不能很容易上手。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明旨在以”光配方”的方式，提供一种用于植物栽培的简易光环境控制方法，进而达到提高生产率、增加能量转换率、降低成本进行植物栽培的目的。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种植物的光配方实验及栽培方法，包括以下步骤：
步骤1）在同等环境条件下(同样温度、湿度、CO2、土壤等条件)，分别取处于三个不同生长阶段的同一种植物作为三组第一实验标的；所述三个不同生长阶段包括发芽期、幼苗期和成长期，其鲜重分别为3g、10g和20g；
步骤2）在无其他光源干扰环境下，分别先以各种单波长波段光源(380-740nm)，并在固定光强下（100μmol.m-2.s-1），同时照射所述的三组第一实验标的植物叶面，再通过光合作用测定仪测定所述的三组第一实验标的的光合作用速率，获得在固定光强下，各种波段光源与该种植物三个不同生长阶段光合作用的关系，并绘制出该种植物的光合作用与光波长的关系曲线图；
步骤3）对比步骤2的实验结果以及观察光合作用与光波长的关系曲线图，得出哪种或哪几种波段光源对该种植物的三个不同生长阶段光合作用速率的影响最大；
步骤4）在同等环境条件下(同样温度、湿度、CO2、土壤等条件)，分别另取处于所述三个不同生长阶段的该种植物作为三组第二实验标的；
步骤5）将步骤3中得出的几种对该种植物三个不同生长阶段光合作用的速率影响最大的波段光源进行固定配比，然后分别以50、100、150、200μmol.m-2.s-1的光强同时照射所述的三组第二实验标的的叶面，再通过光合作用测定仪分别测定所述的三组第二实验标的的光合作用速率，获得在几种固定波段光源的固定配比下，不同光强与该种植物三个不同生长阶段光合作用的关系，并绘制出该种植物的光合作用与光强的关系曲线图；
步骤6）对比步骤5的实验结果以及观察光合作用与光强的关系曲线图，得知该植物的光饱和点范围，并进一步增加测试光强范围及测试点，寻求该植物三个不同生长阶段所需的最佳光强；
步骤7）在同等环境条件下(同样温度、湿度、CO2、土壤等条件)，分别再取处于所述三个不同生长阶段的该种植物作为三组第三实验标的；
步骤8）将步骤3中得出的几种对该种植物三个不同生长阶段光合作用的速率影响最大的波段光源分别进行不同的复合光配比，并在固定光强(100μmol.m-2.s-1)下，同时照射所述的三组第三实验标的的叶面，再通过光合作用测定仪分别测定所述的三组第三实验标的的光合作用速率，获得在固定光强下，各种复合光配比与该种植物三个不同生长阶段光合作用的关系，并绘制出该种植物的光合作用与复合光配比的关系曲线图；
步骤9）对比步骤8的实验结果以及观察光合作用与复合光配比的关系曲线图，得知该植物三个不同生长阶段的最佳复合光配比；
步骤10）综合步骤6和9的实验结果，可以得出该种植物三个不同生长阶段所需光强与光质的光配方；
步骤11）在同等环境条件下(同样温度、湿度、CO2、土壤、光强及每天照射12小时等条件)，分别以荧光灯、红蓝比5:1、红蓝比9:1、红蓝每两小时分别交替照射以及光配方等五组照射方式，在光源不互相干扰环境下，取五株相等鲜重且发芽定植后的该种植物，按所述五种不同的光源加以测试；
步骤12）分别以每若干固定天数为单位测定五组的鲜重，得到这五组该植物的鲜重与生长周期的关系曲线图；
步骤13）对比步骤12的实验结果，确定该种植物需以若干天，每天若干小时进行照射的光周期；
步骤14）将该种植物定植进行栽培，将实验所得的光周期（以若干天，每天若干小时进行照射）和光配方（周期内线性递增光强、周期内线性调整光质比例）加以编程，写成软件并置于APP软件平台中，日后使用仅须点选该光配方，透过一种可远程接收及执行各种光配方编程指令的灯具装置，借以执行各类植物生长的光配方，即可完成其生长周期之光环境控制。
本发明的有益效果是：
1、本发明提出了一种简易的智能光环境控制手段，可以根据各类植物特征光谱调配之专属”光配方”，更加精准的对植物各生长阶段所需的特征光谱加以人造光质、光强与光周期来进行植物栽培，从而达到促进植物生长、缩短栽培周期、提高产量并节约能耗的目的，可以补足此方面的不足与缺陷。
2、本发明所涉及的植物的光配方栽培方法是采依据植物生长自然规律、线性方式调整光质、光强及光周期，有别于其他文献公开之以固定光质或交替光质栽培方法，能更合乎自然规律帮助植物生长。
3、因为本发明能更精确线性供给不同植物不同生长过程中所需光质、光强及光周期，所以大幅增加能量转换效率，避免了无效光能浪费，且植物栽培过程中无须更换光源，同时节约了能源及设备成本，满足现代科技农业发展的需求。
4、本发明通过将植物的光配方和光周期进行编程，制作从软件APP，在日后定植该种植物时，只需通过网络软件的调控，透过一种可远程接收并执行各种光配方编程指令的栽培装置，就能对该种植物施以特定的人造光质、光强与光周期来进行栽培，对于缺乏植物栽培专业知识的人来说操作简易，也能够轻松完成。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明菠菜的光合作用与光波长的关系曲线图；
图2为本发明菠菜的光合作用与光强的关系曲线图；
图3为本发明菠菜的光合作用与复合红蓝光配比的关系曲线图；
图4为本发明采用不同光源及方式照射的五组菠菜鲜重与其生长周期的关系曲线图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
一种植物的光配方实验及栽培方法，以菠菜为例，包括以下步骤：
步骤1）在同等环境条件下(同样温度、湿度、CO2、土壤等条件)，分别取处于发芽期（3g）、幼苗期（10g）和成长期（20g）的菠菜作为三组第一实验标的；
步骤2）在无其他光源干扰环境下，分别先以各种单波长波段光源(380-740nm)，并在固定光强下（100μmol.m-2.s-1），同时照射所述的三组第一实验标的菠菜叶面，再通过光合作用测定仪测定所述的三组第一实验标的的菠菜光合作用速率，获得在固定光强下，各种波段光源与菠菜三个不同生长阶段光合作用的关系，参见图1所示，并绘制出菠菜的光合作用与光波长的关系曲线图；
步骤3）对比步骤2的实验结果以及参见图1所示，得出红光(620-700nm)及蓝光(400-450nm)对菠菜三个不同生长阶段光合作用速率的影响最大；
步骤4）在同等环境条件下(同样温度、湿度、CO2、土壤等条件)，分别另取处于所述三个不同生长阶段的菠菜作为三组第二实验标的；
步骤5）将步骤3中得出的红光(620-700nm)及蓝光(400-450nm)进行固定配比，优选的以红：蓝=5:1试验，然后分别以50、100、150、200μmol.m-2.s-1的光强同时照射所述的三组第二实验标的的菠菜叶面，再通过光合作用测定仪分别测定所述的三组第二实验标的的菠菜光合作用速率，获得在红光(620-700nm)及蓝光(400-450nm)的固定配比下，不同光强与菠菜三个不同生长阶段光合作用的关系，参见图2所示，并绘制出菠菜的光合作用与光强的关系曲线图；
步骤6）对比步骤5的实验结果以及参见图2所示，得知菠菜的光饱和点范围内，光合作用在菠菜不同生长阶段对光强的需求也有所不同，并进一步增加测试光强范围及测试点，寻求菠菜三个不同生长阶段所需的最佳光强；
步骤7）在同等环境条件下(同样温度、湿度、CO2、土壤等条件)，分别再取处于所述三个不同生长阶段的菠菜作为三组第三实验标的；
步骤8）将步骤3中得出的红光(620-700nm)及蓝光(400-450nm)分别进行不同的复合光配比，优选的，将红光(620-700nm)及蓝光(400-450nm)进行1:1，3:1，5:1，7:1和9:1进行五种配比，并在固定光强(100μmol.m-2.s-1)下，同时照射所述的三组第三实验标的的菠菜叶面，再通过光合作用测定仪分别测定所述的三组第三实验标的的菠菜光合作用速率，获得在固定光强下，红蓝光配比与菠菜三个不同生长阶段光合作用的关系，参见图3所示，并绘制出菠菜的光合作用与复合红蓝光配比的关系曲线图；
步骤9）对比步骤8的实验结果以及参见图3所示，得知菠菜三个不同生长阶段的最佳复合红蓝光配比；
步骤10）综合步骤6和9的实验结果，可以得出菠菜三个不同生长阶段所需光强与光质的光配方。
采用不同光源及方式进行对比实验：
A.一般菠菜的生长周期在35~45天左右，同等环境条件下(同样温度、湿度、CO2、土壤、光强及每天照射12小时等条件)，分别以荧光灯、红蓝比5:1、红蓝比9:1、红蓝每两小时分别交替照射以及光配方等五组照射方式，在光源不互相干扰环境下，取五株相等鲜重且发芽定植后之菠菜，按上述五种光源加以测试；
B.分别以每五天为单位测定五组的鲜重，参见图4所示，得到五组菠菜的鲜重与生长周期的关系曲线图。
C.由上述对比实验结果得知，以光配方的方法栽培菠菜，生长周期比其他方式可缩短5~10天，而同时间其鲜重与其他成长指标要比其他照射方式栽培方法得到更佳的效果。可由此确定以30天每天12小时照射为菠菜之光周期。
D.将菠菜定植后栽培结果，以30天为生长周期、每天12小时照射、周期内线性递增光强、周期内线性调整光质比例等参数加以编程，写成软件并置于APP软件平台中，日后使用仅须点选该光配方，透过一种可远程接收及执行各种光配方编程指令的灯具装置，借以执行各类植物生长的光配方，即可完成其生长周期之光环境控制，即使对于缺乏植物栽培专业知识的人来说，植物的光配方栽培方法提供了一种透过简易操作，即可精确完成复杂光环境控制的方法。
要说明的是，以上仅为一实施例，其他种类植物亦可复制此方法取得不同的光配方，且本实施例仅以光环境与光合作用相互关系得到之光配方，光合作用虽然是植物生长过程中最重要的影响因子，但对其他植物种类如:多肉植物、根茎类、花果类等可另考虑其需求调整其光配方，并不影响本发明所述植物的光配方栽培方法及植物栽培装置的内容。

Claims (4)

1.一种植物的光配方实验及栽培方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）在同等环境条件下(同样温度、湿度、CO2、土壤等条件)，分别取处于三个不同生长阶段的同一种植物作为三组第一实验标的；所述三个不同生长阶段包括发芽期、幼苗期和成长期；
步骤2）在无其他光源干扰环境下，分别先以各种单波长波段光源(380-740nm)，并在固定光强下（100μmol.m-2.s-1），同时照射所述的三组第一实验标的植物叶面，再通过光合作用测定仪测定所述的三组第一实验标的的光合作用速率，获得在固定光强下，各种波段光源与该种植物三个不同生长阶段光合作用的关系，并绘制出该种植物的光合作用与光波长的关系曲线图；
步骤3）对比步骤2的实验结果以及观察光合作用与光波长的关系曲线图，得出哪种或哪几种波段光源对该种植物的三个不同生长阶段光合作用速率的影响最大；
步骤4）在同等环境条件下(同样温度、湿度、CO2、土壤等条件)，分别另取处于所述三个不同生长阶段的该种植物作为三组第二实验标的；
步骤5）将步骤3中得出的几种对该种植物三个不同生长阶段光合作用的速率影响最大的波段光源进行固定配比，然后分别以50、100、150、200μmol.m-2.s-1的光强同时照射所述的三组第二实验标的的叶面，再通过光合作用测定仪分别测定所述的三组第二实验标的的光合作用速率，获得在几种固定波段光源的固定配比下，不同光强与该种植物三个不同生长阶段光合作用的关系，并绘制出该种植物的光合作用与光强的关系曲线图；
步骤6）对比步骤5的实验结果以及观察光合作用与光强的关系曲线图，得知该植物的光饱和点范围，并进一步增加测试光强范围及测试点，寻求该植物三个不同生长阶段所需的最佳光强；
步骤7）在同等环境条件下(同样温度、湿度、CO2、土壤等条件)，分别再取处于所述三个不同生长阶段的该种植物作为三组第三实验标的；
步骤8）将步骤3中得出的几种对该种植物三个不同生长阶段光合作用的速率影响最大的波段光源分别进行不同的复合光配比，并在固定光强(100μmol.m-2.s-1)下，同时照射所述的三组第三实验标的的叶面，再通过光合作用测定仪分别测定所述的三组第三实验标的的光合作用速率，获得在固定光强下，各种复合光配比与该种植物三个不同生长阶段光合作用的关系，并绘制出该种植物的光合作用与复合光配比的关系曲线图；
步骤9）对比步骤8的实验结果以及观察光合作用与复合光配比的关系曲线图，得知该植物三个不同生长阶段的最佳复合光配比；
步骤10）综合步骤6和9的实验结果，可以得出该种植物三个不同生长阶段所需光强与光质的光配方；
步骤11）在同等环境条件下(同样温度、湿度、CO2、土壤、光强及每天照射12小时等条件)，分别以荧光灯、红蓝比5:1、红蓝比9:1、红蓝每两小时分别交替照射以及光配方等五组照射方式，在光源不互相干扰环境下，取五株相等鲜重且发芽定植后的该种植物，按所述五种不同的光源加以测试；
步骤12）分别以每若干固定天数为单位测定五组的鲜重，得到这五组该植物的鲜重与生长周期的关系曲线图；
步骤13）对比步骤12的实验结果，确定该种植物需以若干天，每天若干小时进行照射的光周期；
步骤14）将该种植物定植进行栽培，将实验所得的光周期（以若干天，每天若干小时进行照射）和光配方（周期内线性递增光强、周期内线性调整光质比例）加以编程，写成软件并置于APP软件平台中，日后使用仅须点选该光配方，透过一种可远程接收及执行各种光配方编程指令的灯具装置，借以执行各类植物生长的光配方，即可完成其生长周期之光环境控制。
2.根据权利要求1所述的植物的光配方实验及栽培方法，其特征在于：所述的线性变更是指按照植物的生长阶段，依时间轴渐次改变其光质、光强及光周期配比的递增或递减变更。
3.根据权利要求1所述的植物的光配方实验及栽培方法，其特征在于：所述的光配方光源是以发光二极管蓝光(400-450nm)和红光(620-700nm)作为光源。
4.根据权利要求1所述的植物的光配方实验及栽培方法，其特征在于：所述的光配方编程是指按照特定植物的生长周期需求作线性变更光质、光强及光周期比例的程序软件，可依不同植物设计不同的光配方编程，并可依需要随时加以完善。
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