CN110073837A - 利用非连续光照射提升蔬菜口感的方法及光源照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种利用非连续光照射提升蔬菜口感的方法及光源照明装置，该方法包括：采用人工光源对蔬菜进行照射，所述人工光源的供光模式为非连续供光模式；所述非连续供光模式包括在24小时的昼夜周期中，通过预设个数及顺序的供光子周期供光，其中，每个所述供光子周期根据相应的光照及黑暗的时长、顺序及循环次数进行供光。本发明实施例提供的利用非连续光照射提升蔬菜口感的方法及光源照明装置，通过采用非连续供光，可以在不增加额外的电能消耗也不造成产量下降，甚至可以提高产量的前提下，实现人工光型植物工厂蔬菜口感的提升；提高了人工光型植物工厂的生产效益，结果可靠，方法简单。

Description

利用非连续光照射提升蔬菜口感的方法及光源照明装置

技术领域

本发明涉及蔬菜栽培技术领域，具体涉及一种利用非连续光照射提升蔬菜口感的方法及光源照明装置。

背景技术

口感是影响叶菜经济价值的重要方面，尤其是对于以生食居多的叶菜类如生菜、苦苣、京水菜等。决定叶菜口感的物质主要有可溶性糖(蔗糖、果糖、葡萄糖等)、纤维素、酸、单宁、糖苷、氨基酸等，这些物质的合成和代谢一方面由作物自身的遗传特性决定，另一方面则受栽培环境因子影响。影响植物中物质合成和代谢的栽培环境因子包括光照、温度、湿度、二氧化碳、营养等，通过对栽培环境因子的调节可以调控叶菜口感物质的合成和代谢。对于叶菜而言，报道较多的是通过环境因子调控产量及营养品质，而对于口感的调控研究报道较少。

光是植物生长发育的重要环境因子之一，是植物的光合作用能量来源以及物质代谢信号。人工光型植物工厂是一种依靠人工光源为作物提供生长光源的环境精准可调的设施形式，叶菜类作物具有生产周期短、同化物商品转化率高、株型矮、种植密度大、便于统一管理等特点，因此，从经济的角度叶菜是人工光型植物工厂较为理想的作物种类。通过合理的光环境调控提高叶菜的产量或品质是目前叶菜植物工厂常用的生产调控手段。光环境包括光强、光质、光周期以及光分布四个要素，光环境调控是对这些光要素的单一调控或者综合调控，常见的为光强、光质和光周期的调控。而事实上，这三个要素的调控并没有将人工光源的耗电问题考虑在内，例如提高光强、延长光周期或者改变光质的同时人工光源的电能消耗也可能随之增加。目前人工光源的供光模式一般采用传统的连续供光方式(即在24小时的昼夜周期中，光期连续，一般为12-16小时)。

发明内容

为解决在不增加能源消耗的前提下提升蔬菜口感的问题，本发明实施例提供一种利用非连续光照射提升蔬菜口感的方法及光源照明装置。

第一方面，本发明实施例提供一种利用非连续光照射提升蔬菜口感的方法，该方法包括：采用人工光源对蔬菜进行照射，所述人工光源的供光模式为非连续供光模式；所述非连续供光模式包括在24小时的昼夜周期中，通过预设个数及顺序的供光子周期供光，其中，每个所述供光子周期根据相应的光照及黑暗的时长、顺序及循环次数进行供光。

可选地，所述人工光源为红蓝混合光。

可选地，所述红蓝混合光中红光的峰值波长为660nm、光照强度为180μmol·m^-2·s^-1；所述红蓝混合光中蓝光的峰值波长为450nm、光照强度为20μmol·m^-2·s^-1。

可选地，所述非连续供光模式为在24小时的昼夜周期中，光照8小时，然后黑暗4小时，循环2次。

第二方面，本发明实施例提供一种光源照明装置，用于实现上述任一实施例所提供的利用非连续光照射提升蔬菜口感的方法。

本发明实施例提供的利用非连续光照射提升蔬菜口感的方法及光源照明装置，通过采用非连续供光，可以在不增加额外的电能消耗也不造成产量下降，甚至可以提高产量的前提下，实现人工光型植物工厂蔬菜口感的提升；提高了人工光型植物工厂的生产效益，结果可靠，方法简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的利用非连续光照射提升蔬菜口感的方法流程图；

图2是本发明实施例提供的光源照明装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例提供的利用非连续光照射提升蔬菜口感的方法流程图。如图1所示，所述方法包括：

步骤101、采用人工光源对蔬菜进行照射，所述人工光源的供光模式为非连续供光模式；所述非连续供光模式包括在24小时的昼夜周期中，通过预设个数及顺序的供光子周期供光，其中，每个所述供光子周期根据相应的光照及黑暗的时长、顺序及循环次数进行供光。

本发明实施例在蔬菜的栽培过程中，采用人工光源对蔬菜进行照射，所述人工光源的供光模式为非连续供光模式。所述非连续供光模式包括在24小时的昼夜周期中，通过预设个数及顺序的供光子周期供光，其中，每个所述供光子周期根据相应的光照及黑暗的时长、顺序及循环次数进行供光。每个所述供光子周期相应的光照及黑暗的时长、顺序及循环次数预先设定。

比如，在24小时的昼夜周期中，非连续供光模式可以为：

【8h光照：4h黑暗(循环2次)】，表示供光子周期个数为1，这个供光子周期中先进行8小时光照、后进行4小时黑暗(即不光照)，循环2次；

【6h光照：3h黑暗(循环2次)+4h光照：2h黑暗】，表示供光子周期个数为2，先采用第一个供光子周期供光，具体为先进行6小时光照，后进行3小时黑暗，循环2次；后采用第二个供光子周期供光，具体为先进行4小时光照，后进行2小时黑暗，循环1次。

【4h光照：2h黑暗(循环4次)】，表示供光子周期个数为1，这个供光子周期中先进行4小时光照、后进行2小时黑暗，循环4次；

【3h光照：1.5h黑暗(循环5次)+1h光照：0.5h黑暗】，表示供光子周期个数为2，先采用第一个供光子周期供光，具体为先进行3小时光照，后进行1.5小时黑暗，循环5次；后采用第二个供光子周期供光，具体为先进行1小时光照，后进行0.5小时黑暗，循环1次；

【2h光照：1h黑暗(循环8次)】，表示供光子周期个数为1，这个供光子周期中先进行2小时光照、后进行1小时黑暗，循环8次；等等。

在实际应用中，具体的非连续供光模式可以根据光源情况、作物情况、要改善的口感等情况进行具体选择和设定。

非连续光(也称为间歇光)是光在整个光周期时间轴上的不连续分布，因此这种模式下蔬菜口感的提升同时也是人工光源电能利用率的提升，更有利于实际推广应用，开发意义较大。本发明实施例所提供的利用非连续光照射提升蔬菜口感的方法，经实验证明，可以实现可以在不增加能耗且不减少产量的前提下同时提高蔬菜的甜度和脆度，适用于人工光型植物工厂的蔬菜生产中。

需要说明的是，本发明实施例提供的方法不只适用于蔬菜的口感提升，还可以用于其他地上作物的口感提升。

本发明实施例通过采用非连续供光，可以在不增加额外的电能消耗也不造成产量下降，甚至可以提高产量的前提下，实现人工光型植物工厂蔬菜口感的提升；提高了人工光型植物工厂的生产效益，结果可靠，方法简单。

进一步地，基于上述实施例，所述人工光源为红蓝混合光。由于红蓝混合光较为适合蔬菜的培养，因此，所述人工光源为红蓝混合光，在上述实施例的基础上，进一步提高了蔬菜产量。

进一步地，基于上述实施例，所述红蓝混合光中红光的峰值波长为660nm、光照强度为180μmol·m^-2·s^-1；所述红蓝混合光中蓝光的峰值波长为450nm、光照强度为20μmol·m^-2·s^-1。

所述红蓝混合光中红光可以采用LED红光，蓝光可以采用LED蓝光，红光和蓝光的峰值波长及光照强度可以根据实际情况进行设定。比如，红光的峰值波长为660nm、光照强度为180μmol·m^-2·s^-1；所述红蓝混合光中蓝光的峰值波长为450nm、光照强度为20μmol·m^-2·s^-1；光量子比例为9：1。

进一步地，基于上述实施例，所述非连续供光模式为在24小时的昼夜周期中，光照8小时，然后黑暗4小时，循环2次(即进行光照8小时，然后黑暗4小时，再进行一次光照8小时，然后黑暗4小时，总计24小时)。在所述红蓝混合光中红光的峰值波长为660nm、光照强度为180μmol·m^-2·s^-1；所述红蓝混合光中蓝光的峰值波长为450nm、光照强度为20μmol·m^-2·s^-1时，经实验，所述非连续供光模式为在24小时的昼夜周期中，光照8小时，然后黑暗4小时，循环2次，与常规的连续供光16小时光照，8小时黑暗相比，实现了在不增加额外的电能消耗且提高产量的前提下有效改善了蔬菜的甜度和脆度，提升了口感。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供了一种红蓝混合光间歇照射蔬菜的非连续供光方法，实现了在不增加额外的电能消耗且提高产量的前提下的口感提升。

下面结合实例对本发明的方法进行具体验证，但不以任何方式限制本发明的保护范围。

1.试验材料、试验设计

试验在全人工光型植物工厂中进行，试验材料为生菜。将生菜种子播种至海绵块中进行育苗，两周后定植到不同光环境的水培种植箱中。植物工厂内温度设置为23℃，空气湿度70％，CO₂浓度700μmol·mol^-1，营养液采用Hoagland叶菜配方，营养液EC范围为0.11-0.12S·m^-1，pH为5.8-6.0，营养液每周更换一次。从播种日起至第60天收获。

红、蓝光的峰值波长分别为660nm和450nm，光强分别为180μmol·m^-2·s^-1和20μmol·m^-2·s^-1，在24h的昼夜周期中，红蓝组合光供光总时长均为16h，各处理之间的日累计光积分及电能消耗一致。处理间差异在于红蓝组合光的供光间歇。在24h的昼夜周期中，以连续光【16h光照：8h黑暗】作为对照；间歇光(2次)的供光模式为【8h光照：4h黑暗(循环2次)】；间歇光(3次)的供光模式为【6h光照：3h黑暗(循环2次)+4h光照：2h黑暗(循环1次)】；间歇光(4次)的供光模式为【4h光照：2h黑暗(循环4次)】；间歇光(6次)的供光模式为【3h光照：1.5h黑暗(循环5次)+1h光照：0.5h黑暗(循环1次)】；间歇光(8次)的供光模式为【2h光照：1h黑暗(循环8次)】。

表1呈现了不同间歇供光模式下生菜食用部分鲜重和干重。由表1可见,与连续光对照相比，除了处理间歇光(3次)外，其他处理均提高了生菜地上部鲜重。其中，间歇光(4次)、间歇光(6次)以及间歇光(8次)显著增加了生菜地上部鲜重；间歇光(2次)处理下生菜地上部鲜重较对照增加不显著(约提高了5.3％)，但地上部干重较对照有显著增加。这说明，在电能消耗不变的前提下，一定频率的间歇非连续红蓝光照射能达到提高叶菜食用部分产量的效果。

表1.不同间歇供光模式下生菜食用部分鲜重和干重(g)

注：同列不同小写字母表示5％水平上差异显著，下同。

表2呈现了不同间歇供光模式下生菜叶片果糖、葡萄糖、蔗糖含量及总甜度系数TSI。由表2可见，与对照连续光相比，所有非连续光处理下生菜叶片葡萄糖含量均显著提高；间歇光(2次)和间歇光(3次)处理下生菜叶片果糖含量显著高于其他处理；间歇光(3次)处理显著提高了生菜叶片蔗糖含量。由此可见，非连续光供光模式能够提高生菜食用部分甜味成分的含量。

根据相对总甜度系数(TSI)计算公式“TSI＝1.00×蔗糖含量+0.76×葡萄糖含量+1.50×果糖含量”计算可得各处理下生菜食用部分的甜度系数。由表2可见，所有非连续光处理下生菜食用部分TSI较连续光对照均有不同程度的提高，其中，间歇光(2次)和间歇光(3次)处理下，生菜甜度系数TSI最高，较其他处理提高了16％-23％。由此可见，间歇光(2次)和间歇光(3次)两种处理下的非连续光模式能够有效提高生菜食用部分的甜度口感。

表2.不同间歇供光模式下生菜食用部分果糖、葡萄糖、蔗糖含量(mg·g^-1DW)及甜度TSI

表3呈现了不同间歇供光模式下生菜食用部分粗纤维和可溶性糖含量。粗纤维含量影响着叶菜的脆度、细嫩/粗糙口感，一般认为粗纤维含量越低，口感越佳(尤其对于生食性叶菜)。由表3可知，随着光暗循环次数的增加，生菜地上食用部分粗纤维含量先降低后升高，最低值均出现在间歇光(2次)和间歇光(3次)处理下，二者数值无显著性差异，粗纤维含量较对照降低约16％。这表明，一定频率间歇的非连续红蓝光可以通过调控脆度口感物质的积累量实现提升生菜食用部分脆度口感的目的。此外，可溶性糖含量大致呈现与粗纤维含量相反的变化趋势，即生菜食用部分可溶性糖含量最大值也出现在间歇光(2次)和间歇光(3次)处理下，由此可见间歇光有可能调控了同化物在不同糖类物质间的转化分配，从而实现对其口感的影响。

表3.不同间歇供光模式下生菜食用部分粗纤维、可溶性糖含量(g·kg^-1DW)

总的来说，间歇光(2次)和间歇光(3次)处理均通过对口感物质积累量的调控提高了生菜的甜度和脆度，进而优化了生菜的食用口感。间歇光(2次)处理较对照而言同时提高了生菜食用部分的生物量，但间歇光(3次)处理降低了生菜食用部分的生物量。因此，间歇光(2次)处理是在不增加能耗、不减产的前提下提高生菜食用部分口感的非连续供光模式，是本试验的优选方案。

需要说明的是，本发明实施例是针对生菜，在采用红蓝混合光照射，所述红蓝混合光中红光的峰值波长为660nm、光照强度为180μmol·m^-2·s^-1；所述红蓝混合光中蓝光的峰值波长为450nm、光照强度为20μmol·m^-2·s^-1等实验条件下，对采用上述连续光、间歇光(2次)、间歇光(3次)、间歇光(4次)、间歇光(6次)及间歇光(8次)进行比较，得出采用间歇光(2次)具有不增加额外的电能消耗、提高产量及增加口感的效果。若针对其余蔬菜、采用其余的实验条件或通过尝试其余的非连续供光模式，则可能具有不同的优选结果。

图2是本发明实施例提供的光源照明装置的结构示意图，所述光源照明装置10可以是经过设计和组装的供光模式可精准调节的光源，用于实现上述任一实施例所述的利用非连续光照射提升蔬菜口感的方法。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种利用非连续光照射提升蔬菜口感的方法，包括采用人工光源对蔬菜进行照射，其特征在于，所述人工光源的供光模式为非连续供光模式；

所述非连续供光模式包括在24小时的昼夜周期中，通过预设个数及顺序的供光子周期供光，其中，每个所述供光子周期根据相应的光照及黑暗的时长、顺序及循环次数进行供光。

2.根据权利要求1所述的利用非连续光照射提升蔬菜口感的方法，其特征在于，所述人工光源为红蓝混合光。

3.根据权利要求2所述的利用非连续光照射提升蔬菜口感的方法，其特征在于，所述红蓝混合光中红光的峰值波长为660nm、光照强度为180μmol·m^-2·s^-1；所述红蓝混合光中蓝光的峰值波长为450nm、光照强度为20μmol·m^-2·s^-1。

4.根据权利要求3所述的利用非连续光照射提升蔬菜口感的方法，其特征在于，所述非连续供光模式为在24小时的昼夜周期中，光照8小时，然后黑暗4小时，循环2次。

5.一种光源照明装置，其特征在于，用于实现权利要求1～4任一所述的方法。