CN117279495A - 栽培植物的方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种栽培植物的方法，包括：在给定时间向所述植物供应一定量的植物保护产品和/或植物生长调节剂，其中，所述量基于所述植物在相对于所述给定时间的将来时间的生理状态的预测来调整，并且对植物在相对于所述给定时间的过去时间的真实的生理状态的指示与所述植物在所述过去时间的理论的生理状态之间的差，补偿所述量。
Description
技术领域
本发明涉及一种栽培植物的方法，其中向植物提供植物保护产品和/或生长调节剂以控制植物的发育和/或其环境。本发明还涉及一种包括温室的系统和适于执行该方法的控制设备。
背景技术
植物的栽培，例如在温室或开阔场地进行栽培，可能涉及植物保护产品的供应以控制害虫。此外，植物生长调节剂可用于控制植物的发育。已经观察到已知的方法将植物保护产品和植物生长调节剂过量提供给植物，以确保足够的有效性。这种方法相当浪费，并且资源的使用效率低下。
发明内容
因此，本发明的目的是使这种化合物的供应最小化，同时还改善植物保护产品和植物生长调节剂的有效性。为此，根据第一方面，本发明提供了一种栽培和保护植物的方法，包括：在给定时间向所述植物供应一定量的植物保护产品和/或植物生长调节剂，其中，所述量基于所述植物在相对于所述给定时间的将来时间的(例如生理)状态的预测来调整，并且对所述植物在所述给定时间或相对于所述给定时间的过去时间的真实的(例如生理)状态的指示与所述植物在所述给定时间或所述过去时间的理论的(例如生理)状态之间的差，补偿所述量。因此，考虑到植物保护产品和/或植物生长调节剂的供应时间和植物有效接收植物保护产品和/或植物生长调节剂的时间之间的时间延迟，可以在给定时间向植物提供植物保护产品和/或植物生长调节剂，植物保护产品和/或植物生长调节剂的量根据植物在将来时间对植物保护产品和/或植物生长调节剂的接受性调整。特别地，该方法能够考虑到植物保护产品和/或植物生长调节剂被供应到植物的时间与植物有效利用植物保护产品和/或植物生长调节剂的将来时间之间的时间延迟。例如，植物保护产品和/或植物生长调节剂可以是系统型的，并且需要被植物的根系统吸收，运输到目标组织，并且在具有其预期效果之前被目标组织加工。吸收、运输和加工能力通常取决于植物的生理状态。
该方法例如包括使用植物的生理状态的模型作为时间的函数来预测植物在将来时间的生理状态；使用所述模型确定植物在给定时间或过去的时间的估计生理状态与植物在给定时间或过去的时间的理论生理状态之间的差异；以及向植物供应一定量的植物保护产品和/或植物生长调节剂，其中，所述量基于植物在将来时间的预测生理状态来控制，对所述植物在给定时间或过去时间的指示与植物在给定时间或过去时间的理论的生理状态之间所确定的差异，补偿所述量。
可以基于作为时间的函数的所述植物的生理状态的模型来预测植物在将来时间的生理状态。由于植物的实际状态和基于模型的植物的理论状态之间可能存在差异，因此该方法通过考虑植物在相对于给定之间的过去时间的真实的生理状态的指示和植物在过去时间的理论生理状态之间的差来进行补偿。真实的生理状态的指示可以例如通过例如用一个或多个传感器测量植物的生理状态的一个或多个主要和次要指标(例如植物的水蒸发率和/或水提取率)来获得。例如，一个或多个传感器可以包括湿度传感器、流量传感器、pH传感器、温度传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器等。在特定示例中，一个或多个传感器包括相机，其中植物的真实的生理状态的指示例如自动地基于用相机获取的图像来确定。从相机图像可以确定各种植物参数，例如叶尺寸、以及植物是否结果实或开花，这些参数可以用于确定植物的真实的生理状态的指示。
生理状态涉及植物的生物活性。因此，可以基于植物的生物节律来确定生理状态。生理状态可以特别地基于植物的消耗能力，例如作为时间的函数，指示植物消耗植物消耗品(例如水、营养物、二氧化碳和光)的能力。消耗例如包括吸收、运输、同化、异化、排泄或消耗品的其它加工。因此应当理解，植物的生理状态可以随时间变化，例如周期性地变化。例如，水的消耗能力可以在一天的时间尺度上变化，也可以在一小时、一周、一个月、一个季节和/或一年或多年的时间尺度上变化。植物的消耗能力的这种时间变化可以是植物的固有属性，并且可以与自然循环(例如昼夜循环和季节的循环过程)相关联。随着时间的推移，消耗能力也可能在各种消耗品之间以及各种植物和植物品种之间不同。可以通过实验和/或理论确定植物随时间消耗的消耗品的消耗能力模型。随着时间的推移，植物消耗消耗品的消耗能力的这种功能可以针对植物的已经发生或预期发生的特定环境情况(例如在开阔场地的大雨下落)进行补偿。
给定时间和将来时间之间的时间差可以基于在将所述植物保护产品和/或植物生长调节剂供应到所述植物的所述给定时间与所供应的植物保护产品和/或植物生长调节剂被植物有效利用或变得有效可用的时间之间的时间延迟来确定。例如，在向植物生长的基质供应系统性水基植物保护产品和/或植物生长调节剂，与植物通过其根系统从基质吸收水以及植物保护产品和/或植物生长调节剂、将其运输到目标组织、并对其进行加工的时间之间可能存在时间延迟。此外，植物保护产品和/或植物生长调节剂可以包括延缓剂，其布置成延缓植物保护产品和/或植物生长调节剂的活性化合物的释放。时间延迟取决于植物的类型和栽培植物的具体情况。时间延迟可以通过实验和/或理论来确定，例如使用参考场地或在实验室设置中。本领域技术人员将能够估计时间延迟的值，例如通过将供水从第一设置改变到第二设置，并且测量植物相应地花费多长时间来改变它们的蒸腾速率。此外，可以通过将水流从第一设置改变到第二设置，并测量植物的吸水量相应地改变所花费的时间来估计时间延迟。植物的吸水量例如可以计算为供应给种植植物的基质的水量减去从基质中排出的水量。在植物吸收的水中，一部分在生长期间随着蒸腾而被植物蒸发，而另一部分被植物保留，增加了其质量。在许多情况下，延迟可以是在进行本发明的方法的任何步骤之前，在植物生长的条件下植物已知的预定延迟。
植物的生理状态的预测可以基于植物的生物节律，生物节律包括至少一种节律成分，特别是所述植物的昼夜节律、所述植物的生长周期成分和/或所述植物的发育周期成分。从植物随时间变化的生理状态的功能，可以提取指示节律成分的模式。节律成分可以与植物环境的生物节律相关，例如昼夜循环和季节的循环过程。
植物的生理状态可以基于植物的昼夜节律。昼夜节律可以从植物的预定昼夜节律中选择，所述昼夜节律是关于以下的一个或多个：植物对CO2的吸收和释放、植物对水的吸收和植物对水的蒸腾、和/或植物对糖的产生。
植物的昼夜节律可以在与植物的实际生长条件不同的条件下预先确定。例如，预定的昼夜节律可以代表理想栽培条件下植物的昼夜节律。为了补偿实际中的非理想的栽培条件，可以基于从植物和/或其环境获得的测量结果，例如通过相对于时间拉伸或压缩曲线来调节曲线。
该模型可以包括代表植物在所述至少8小时、优选至少24小时内的预定昼夜节律(例如昼夜蒸发节律)的曲线。昼夜节律优选包括植物处于黑暗中的时间段，例如至少4小时。在本文中，当入射在植物水平的水平表面上并且波长在400nm和700nm之间的光具有小于30瓦/m2的强度时，植物被定义为处于黑暗中。
所预测的植物的生理状态可以基于植物的至少一个水相关参数，特别是植物和/或其基质的水蒸发、水吸收、水保持、水平衡和/或排水。
所述植物的真实的生理状态的指示包括确定植物的至少一个水相关参数，特别是所述植物的水蒸发、水吸收、水保持、水平衡和/或排水和/或其上栽培植物的基质。
植物可以在开阔场地或室内(例如温室)中进行栽培。
应当理解，本文中描述的植物保护产品和/或生长调节剂可以是系统的，其中植物保护产品和/或植物生长调节剂被植物组织吸收；接触，其中植物保护产品和/或植物生长调节剂基本上仅存在于植物的外表面；或系统的和接触的组合。此外，植物保护产品和/或植物生长调节剂可以是治疗性的、预防的或其组合。此外，植物保护产品和/或生长调节剂可以是水基或油基的。
还应当理解，给定时间可以是时间间隔或时刻，例如当前时间点。还应理解，如本文所提及的植物可以包括地下部分(例如根和与其相关的微生物)以及地上部分(例如芽、茎、叶、果实和花)。
该方法可以在具有用于栽培植物的内部空间的温室中进行。通常可以在温室中控制几个气候因素。例如，内部空间的空气的温度、湿度和/或CO2浓度通常可以通过排放空气来增加或降低，例如通过操作通风器和/或控制窗户的打开程度。温室中的空气温度通常可以通过操作加热装置向内部提供热能来提高，例如通过向内部提供加热的空气，通过加热空间中的加热管，通过电加热空气和/或通过在内部空间中燃烧化石燃料。可以通过向内部空间提供更多的潮湿空气和/或通过在温室中喷洒或雾化水来增加空气湿度，并且可以通过操作温室中的CO2发生器或CO2供应装置来增加温室中的CO2浓度。
根据第二方面，本发明提供了一种包括用于栽培植物的温室或开阔场地的系统，包括：一个或多个植物保护产品供给装置，用于将一种或多种植物保护产品供给到所述植物；以及控制设备，连接到所述一个或多个植物保护产品供给装置，并且配置成根据如本文中描述的方法控制所述一个或多个植物保护产品供给装置。应当理解，本文中使用的术语温室是指其中植物基本上在室内栽培的任何系统，例如屋顶结构，而与用于栽培的光源无关。还应理解的是，术语开阔场地(open field)是指其中植物基本上在户外进行栽培的系统，例如无屋顶的结构。
根据第三方面，本发明提供了一种计算机可读介质，其上设置有指令，指令在由计算机执行时，使计算机执行如本文中描述的方法。因此，本文中描述的方法可以是计算机实现的方法。
根据第四方面，本发明提供植物或植物产品，例如植物的果实、种子、花、块茎、叶，其通过如本文中描述的栽培方法获得或能够获得。更具体地，第四方面涉及使用根据本文中描述的栽培方法获得的控制数据栽培的植物。
根据第五方面，本发明提供了一组控制数据，用于如本文中描述的栽培植物的方法中，其中使用所述数据控制在给定时间供给植物的植物保护产品和/或植物生长调节剂的量，所述数据是基于植物在相对于给定时间的将来时间的生理状态的预测而获得的，对植物在相对于给定时间的过去时间的真实的生理状态的指示与植物在所述过去时间的理论的生理状态之间的差进行补偿。
应当理解，可以组合上述方面、特征和选项中的任何一个或多个。应当理解，根据一个方面所描述的选项中的任何一个可以等同地应用于任何其它方面。还将清楚，根据该方法描述的所有方面、特征和选项同样适用于该系统。
附图说明
将基于附图进一步阐述本发明，其中：
图1A和图1B显示栽培植物的昼夜节律。
具体实施方式
图1A和图1B示出了如何可以执行本发明的方法。图1A和图1B特别示出了温室中植物栽培的示例。图1A示出了待栽培植物的昼夜节律模型，其中曲线Ep涉及在理想条件下在一天期间作为时间的函数的植物的昼夜蒸腾速率。曲线Es表示在不存在任何植物的情况下栽培植物的基质的昼夜蒸腾速率作为时间的函数。所示的昼夜节律曲线可以通过实验和/或理论来确定，例如使用参考场地或在实验室环境中。曲线Ep、Es可以适应栽培马铃薯植物的开阔场地的特定的气候和地理环境。
可见，植物蒸腾速率在午后达到最大值。植物的蒸腾速率可以是植物消耗能力的指示，并因此指示植物的活性。因此，昼夜节律曲线是一天期间植物生理状态的量度。植物的昼夜节律曲线可以在生长季节期间的每天获得，或昼夜节律曲线可以在生长季节的相关日调整。
在图1B中，曲线Tp表示在植物供水时刻和发生在排水处从植物排水的时刻之间作为时间函数的时间延迟。Ts表示在没有植物的情况下,基质的时间延迟。由于植物的蒸腾可能难以直接测量，因此供给和排水之间的时间延迟也可以提供植物消耗水的指示，并因此提供植物的生理活性的指示。例如，大的时间延迟表示从土壤中高的水吸收，并且因此植物高的水消耗。应当注意，时间延迟曲线Tp和Ts的形状分别与蒸发曲线Ep和Es非常相似。因此，蒸发曲线Ep、Es以及时间延迟曲线Tp、Ts都表示植物的昼夜节律，并因此表示植物在一天中的活性。应当理解，可以根据季节、地理位置、气象数据等来调整曲线。
可以基于图1A的蒸腾模型(由曲线Tp表示)来确定在最佳情况下时间延迟随时间的函数。实际时间延迟的测量可以在一天中进行，例如在给植物浇水之后进行，其由测量点Ta表示。
如图1B所示，在大约07：00时，从日出开始，植物活性增加，这由测量的增加的时间延迟表示，即表示水提取速率增加。
可以在任何时间向植物提供植物保护产品和/或植物生长调节剂。在给定的时间，例如在09：00hr时，将一定量的植物保护产品和/或植物生长调节剂供应给植物。为了说明植物保护产品和/或植物生长调节剂的供应及其对植物的有效可用性之间的时间延迟，供给植物的植物保护产品和/或植物生长调节剂的量应该适合植物在将来时间的生理状态。如由曲线Ep和Tp所示，植物的吸水能力将在一天内变化，因此供给量应该相应地预测这种变化。在这个例子中，在供应和有效可用性之间的预期时间延迟可以是1小时。因此，供应的植物保护产品和/或植物生长调节剂的量应该适应植物在10：00hr时的生理状态。植物的生理状态的预测可以基于曲线Ep、Es、Tp、Ts。应当理解，植物保护产品和植物生长调节剂的供应之间的时间延迟及其对植物的有效可用性可以通过实验和/或理论来确定。还应理解的是，供应和可用性之间的时间延迟可取决于植物的生理活性。
此外，对植物在给定时间或过去的真实的生理状态的指示(例如，如测量Ta所示)与植物给定时间或过去消耗的理论能力(例如，如曲线Tp、Es所示)之间的差，补偿水的量。在给定的时间，这里是09：00hr时，从测量中观察到真实的生理状态低于理论的生理状态。换句话说，植物的活性低于理论建模的活性，例如由于恶劣的天气条件。因此，可以相应地调整在将来时间(这里是10：00hr时)的预期生理状态。当预测将来时间的生理状态时，也可以考虑其它因素，例如天气预报。
在本文中，参考本发明的实施方式的具体示例来描述本发明。然而，显然，在不脱离本发明的本质的情况下，可以在本文中进行各种修改、变化、替换和改变。为了清楚和简明的目的，在本文中描述了作为相同或单独实施方式的部分的描述特征，然而，在这些单独实施方式中描述的具有所有或一些特征的组合的替换实施方式也被设想和理解为落入如权利要求书所概括的本发明的框架内。因此，说明书、附图和实施方式被认为是说明性的，而不是限制性的。本发明旨在包括落入所附权利要求的精神和范围内的所有替换、修改和变化。此外，所描述的许多元件是功能实体，其可以以任何适当的组合和位置实现为离散或分布式组件或与其它组件相结合。
在权利要求中，置于括号内的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除存在权利要求中所列的特征或步骤以外的其它特征或步骤。此外，词语“一(a)”和“一(an)”不应被解释为限于“仅一个”，而是用于表示“至少一个”，并且不排除多个。在互不相同的权利要求中列举某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能被用于优点。
Claims (15)
1.一种栽培植物的方法，包括：在给定时间向所述植物供应一定量的植物保护产品和/或植物生长调节剂，其中，所述量基于所述植物在相对于所述给定时间的将来时间的生理状态的预测来调整，并且对所述植物在所述给定时间或相对于所述给定时间的过去时间的真实的生理状态的指示与所述植物在所述给定时间或所述过去时间的理论的生理状态之间的差，补偿所述量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述将来时间是基于以下来确定：在将所述植物保护产品和/或所述植物生长调节剂供应到所述植物的所述给定时间与所供应的植物保护产品和/或植物生长调节剂变得有效可用的时间之间的估计时间延迟。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述植物的所述生理状态的预测是基于植物的生物节律，所述生物节律包括至少一种节律成分，特别是所述植物的昼夜节律成分、所述植物的生长周期成分和/或所述植物的发育周期成分。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所预测的所述植物的生理状态基于所述植物的至少一个水相关参数，特别是所述植物和/或其基质的水蒸发率、水吸水率、水保持、水平衡和/或排水。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述植物保护产品和/或所述生长调节剂至少包括系统植物保护产品和/或生长调节剂。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述植物保护产品和/或所述植物生长调节剂是水基或油基的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述植物在开阔场地进行栽培。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述植物栽培的基质包括土壤或为土壤。
9.一种包括用于栽培植物的温室或开阔场地的系统，包括：一个或多个植物保护产品供给装置，用于将一种或多种植物保护产品供给到所述植物；以及控制设备，连接到所述一个或多个植物保护产品供给装置，并且配置成根据前述权利要求中任一项所述的方法控制所述一个或多个植物保护产品供给装置。
10.根据权利要求9所述的系统，包括：用于栽培植物的温室，所述温室包括限定内部空间的壳体；以及一个或多个气候控制装置，用于控制以下项中的一个或多个：所述内部空间中的空气的温度、CO2浓度和/或湿度，以及向所述植物供应水和营养物；其中，所述控制设备连接到所述一个或多个气候控制装置，并且配置成用于根据权利要求1-8中任一项所述的方法来控制所述气候控制装置。
11.一种计算机可读介质，其上设置有指令，所述指令在由计算机执行时，使所述计算机执行根据权利要求1-8中任一项所述的方法。
12.一种控制设备，包括根据权利要求11所述的计算机可读介质。
13.一种植物，通过根据权利要求1-8中任一项所述的方法和/或使用根据权利要求9-10中任一项所述的系统和/或使用根据权利要求11所述的计算机可读介质和/或使用根据权利要求12所述的控制设备获得或能够获得。
14.一种植物或植物产品，使用根据权利要求1-8中任一项所述的栽培方法获得的控制数据进行栽培。
15.一组控制数据，用于根据权利要求1-8中任一项的栽培植物的方法中。
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