CN208191456U - 植物照明栽培装置以及人工栽培装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种植物照明栽培装置以及人工栽培装置，属于人工栽培技术领域，该装置以2min‑1440min内的短周期对植物施以光照或黑暗期，并通过合理分配光照达到了提高电力效率的技术效果。同时本实用新型提供的装置可以根据预设的工作模式开启或关闭光源，进而提高植物的光合作用效率。

Description

植物照明栽培装置以及人工栽培装置

技术领域

本实用新型涉及人工栽培技术领域，具体而言，涉及一种植物照明栽培装置以及人工栽培装置。

背景技术

植物的生长发育与光的关系逐渐为人们所了解和熟知，植物光合产物的最终积累，在暗环境中能将在光反应阶段的中间产物及时转化成稳定的化合物在植物体内储存积累，从而保证植物光合作用的高效性。人工光技术的出现和成熟，特别是LED人工光技术的出现和成熟，让人工光代替太阳光培养植物的技术成为了现实。而人工光相比于太阳光，在时间和节奏上完全可控，可以脱离自然的光周期规律，大幅度地进行光周期的改变和调控。而现有的工业电子手段可以较低成本地实现时间和节奏的控制，也就是光周期的控制。以此为据，通过改变光周期促进植物生长发育的技术，在理论上可行，在实践和推广上可行。

植物工厂技术作为能解决人口增加和土地有限且减少带来的食物供需矛盾的问题，食品安全问题的高新技术，受到世界各国的重视，并有部分国家将其当作一种战略技术进行发展。但是，植物生产的电力成本和运营成本仍然是限制植物工厂产业化发展的主要因素。

实用新型内容

本实用新型的再一目的在于提供一种植物照明栽培装置，以提高人工照明栽培装置的电力绩效，并缩短植物种植时长。

本实用新型的再一目的在于提供一种植物人工栽培装置，其可以实现大批量的植物人工栽培，进一步提高电力绩效，实现更高的经济性。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种植物照明栽培装置，包括光源，光源依据预设的工作模式工作，工作模式包括至少一个照明周期，一个照明周期的时长为2min-1440min，照明周期包括长暗期和照明期，照明期设有多个预设照明区间，两个预设照明区间之间间隔有第一预设时间的黑暗期，第一预设时间≥0。

在一些实施方式中，还包括用于控制光源的中控装置，以及与中控装置信号连接的控制终端，中控装置和/或控制终端预存有工作模式。

在一些实施方式中，中控装置和/或控制终端连接有时钟发生器。

在一些实施方式中，光源为LED光源。

在一些实施方式中，工作模式中，一个照明周期的时长例如为2-120min，120-540min或540-1440min。

和/或，照明周期内，总光照时间占比为25-95％，例如为50-95％或25-95％。

在一些实施方式中，照明周期内，总光照时间与总黑暗时间的比值为0.33-9，优选为0.6-5，更优选为0.6-1.2。

在一些实施方式中，照明期的时长为1s-1368min，例如为1s-120min、120min-540min或540min-1368min。

和/或，照明期内，总光照时间占比为25-95％，例如为50-95％或25-95％。

在一些实施方式中，照明期内，总光照时间与总黑暗时间的比值为1-40，优选为2-12.5，更优选为3-12.5。

在一些实施方式中，预设照明区间的时长为18min-60min，优选为18min-25min；和/或，第一预设时间的时长为2min-9min，优选为2min-7min。

一种植物人工栽培装置，包括种植棚，种植棚内安装有上述的植物照明栽培装置。其中，光源安装于种植棚内部并用于为种植棚内的植物提供光照。

在一些实施方式中，种植棚可以是人工大棚以及其他室内种植基地等，在一些实施方式中，种植棚可以采用遮光装置遮蔽自然光，完全由上述的植物照明栽培装置提供光照。

本实用新型实施例的有益效果是：

本实用新型提供的植物照明栽培装置通过预设工作模式，可以使得光源按照预定模式进行开启或关闭，实现在植物生长过程中的光照的准确控制，通过对植物生长过程中的光照进行控制，达到了包括缩短植物的生长天数，增加植物的年种植茬数，增加植物生产的年产量的技术效果。本实用新型提供的植物人工栽培装置提供了一种可以实现植物大规模人工种植的设备，并可以对植物生长过程中的光照进行精细化控制，进而提高植物工厂的电力绩效，降低电力成本，并通过光周期的更加细化，缩短植物的生长天数，增加植物的年种植茬数，增加植物生产的年产量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实验例1提供的植物照明栽培装置的结构图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本实用新型实施例的植物照明栽培方法、装置以及人工栽培装置进行具体说明。

一种植物照明栽培方法，包括：以预定的工作模式对植物进行照明，工作模式包括至少一个照明周期，在一些实施方式中，照明周期的时长为2min-1440min，例如为2-120min，120-540min或540-1440min。

其中，照明周期包括长暗期和照明期，其中，长暗区是指无光照存在的区间。照明期是指相对于长暗区的存在有光照的区间，其中，照明期可以是一直有光照存在，也可以是光照间断性存在的区间。

照明期设有多个预设照明区间，两个预设照明区间之间间隔有第一预设时间的黑暗期，第一预设时间≥0。其中，每个预设照明区间的光照长度可以相同，也可以不同。当第一预设时间等于0时，多个预设照明区间连成一长明区，即该照明期一直有光照存在。当第一预设时间大于0时，多个预设照明区间之间有间断的黑暗期，即在照明期内，光照间断的存在。

在一些实施方式中，预设照明区间的时长为18min-60min，优选为18min-25min；其中，第一预设时间的时长例如为2min-9min，优选为2min-7min，例如3min、4min、5min、6min、7min等。

在一些实施方式中，单个照明周期内，总光照时间占比为25-95％，例如为50-95％或25-95％。其中总光照时间占比＝总光照时间长度/照明周期总长度。

在一些实施方式中，单个照明周期内，总光照时间与总黑暗时间的比值为0.33-9，优选为0.6-5，更优选为0.6-1.2。

在一些实施方式中，照明期的时长为1s-1368min，例如为1s-120min、120min-540min或540min-1368min；和/或，照明期内，总光照时间占比为25-95％，例如为50-95％或25-95％。其中照明期内的总光照时间占比＝照明期内的总光照时长/照明期时长。

在一些实施方式中，照明期内，总光照时间与总黑暗时间的比值为1-40，优选为2-12.5，更优选为3-12.5。

上述的光照时间控制过程，可以采用人工，半自动，全自动的控制，通过在灯具上增加时控装置，或在灯具外增加时控系统，实现该实用新型在实践上的应用。应当理解，本公开文本中提供的植物照明栽培方法可以在隔绝自然光条件下进行，例如室内或其他的隔绝自然光的种植棚，也可以在非隔绝自然光的条件下进行，例如在部分弱光条件下进行。本公开文本中提供的植物照明栽培方法适用于有土栽培，也适用于无土栽培。

上述的植物光照栽培方法，可以适用于所有的适于人工种植的植物，例如蔬菜、瓜果、谷类、豆类等各种植物。尤其适于在大型种植棚、植物工厂中进行应用。

以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种植物人工栽培装置，包括种植棚，种植棚设置成隔绝自然光的结构。并配置有相应的电源和水源。

种植棚内安装有植物照明栽培装置，植物照明栽培装置包括光源100，本实施例中，还包括可选地中控装置200以及控制终端300。其中中控装置200与光源100连接，中控装置200内预存工作模式，中控装置200根据预存的工作模式控制光源100的开启和关闭。控制终端300与中控装置200实现信号连接，并用于人工操作，控制中控中控装置200启用工作模式。

其中控制终端300可选地被配置为计算机终端，通过在计算机上操作控制中控装置200启用或停止工作模式，进而控制光源100的开启或关闭。

可以理解的是，控制终端300还可以是手机、平板或其他智能终端，例如在手机、平板等智能终端上设置应用APP，从而通过APP选择控制中控装置200启动工作模式。

光源100依据中控装置200中预设的工作模式工作，工作模式包括至少一个照明周期，照明周期包括长暗期和照明期，照明期设有多个预设照明区间，两个预设照明区间之间间隔有第一预设时间的黑暗期，第一预设时间≥0。其中，照明周期的总时长根据各种植物的不同光照需求可做相应调整。

例如：一个照明周期的总时长根据需要可以设定成2min-1440min的范围，其中照明期与长暗期的时间比例优选设定为0.33-9，例如光暗时间比为1、2、3、4、5、6、7、8等。也可以将一个照明周期内的光照时间比例控制在25-95％，其中光照时间指照明期内的光照时间的总长。相应的，黑暗时间比例控制在5-75％，其中黑暗时间包括长暗期以及照明期内的未照明时间。

该工作模式中照明期包括至少一个预设照明区间，相邻的预设照明区间间隔第一预设时间的黑暗期，其中第一预设时间≥0，其时间长短根据实际的植物光照需要可以进行调整。例如当第一预设时间为0是，照明期即为连续的全光照期，当第一预设时间配置为>0时，照明期即为时亮时暗的不连续光照期。

例如：照明期的总时长可以设置为1s-1368min，当第一预设时间不为0时，优选地，照明期内的光暗时间比例为1:40，还可以将照明期内的光照时间设定为25-95％，相应的，黑暗时间设定为5-75％。

在本实施例中，第一预设时间设定为0，照明期的总时长设定为65min，长暗期时长设定为55min。照明周期总时长设定为120min，即照明65min后，关闭55min形成一个照明周期。

可选地，本实施例中的植物照明栽培装置还包括一时钟发生器400，该时钟发生器400通过与中控装置200电连接，用于控制中控装置200中的工作模式的启动或停止等，并用于工作模式的计时，实现自动化控制，例如在一个照明周期内，当时钟发生器400记录到长暗期的时长达到预设时长，将信号反馈至中控装置200，中控装置200即可控制光源100进入照明期，并依据照明期的预设参数控制光源100开启或关闭。

本实施例中的光源100采用LED光源，并在种植棚内配置成直射植物的形式。

实施例2

选取生长情况一致的菜心小苗，在同样的光谱，光强条件下进行不同的光周期实验，共6个处理，每个处理68颗，处理时采用实施例1提供的植物照明栽培装置，将中控装置中的各项参数配置成如表1所示，其中第一预设时间均为0，即照明期为连续的光照期：

表1实施例2菜心光照试验设计表

待到菜心开始出现花蕾，符合菜心的收割标准后，记录收割天数，并测量相关的生长指标，记录如表2所示：

表2实施例2所获菜心生长指标数据表

其中，处理6与处理5的区别为，在处理14天后即采摘并测量相应生长指标，上述的茎粗、根系重、可食重(指菜心去除坏叶、坏茎后能食用的部分)、单株重均直接工具测量，糖度由HMS35糖度仪进行测定。

对上述6个处理的电力绩效进行计算，计算结果如表3所示：

表3实施例2获得的菜心电力绩效结果表

其中：光照总时长＝开始处理至收获期间内的总光照时间。

单重用电＝平均每千克蔬菜所用的电的度数(＝总耗电量/总产量)

由表1、表2以及表3数据可以看出，处理1和处理2在光照总时长相当的情况下，由于采用了更短的照明周期，菜心的可食重不仅得到的增加，还显著降低了单重用电，说明采用更短的照明周期可以提高用电绩效，达到更高的经济性。

同时从处理2-5可以看出，在相同的照明周期内，通过提高光照时间占比，可以显著提高菜心的可食重，且增加并不是线性增加，说明光照时间的增加，植物进行光合作用的总量得到了增加，不仅如此，光合作用的效率也得到了提高。

实施例3

选取生长情况一致的紫珊生菜小苗，在同样的光谱，光强条件下进行不同的光周期实验，共4个处理，每个处理68颗，处理时采用实施例1提供的植物照明栽培装置，将中控装置中的各项参数配置成如表4所示，其中第一预设时间均为0，即照明期为连续的光照期：

表4实施例3紫珊生菜试验参数设计表

待到紫珊生菜收获后，测量相关的生长指标，记录如表5所示：

表5实施例3所获紫珊生菜生长指标数据表

对上述4个处理的电力绩效进行计算，计算结果如表6所示：

表6实施例3获得的紫珊生菜电力绩效结果表

由表4-6的数据可以看出，处理4的单重用电为30.0度/kg，用电最少，低于处理1的32.4度/kg，在茎粗，可溶糖，可食重量的数值最大，均显著高于处理1，在质量上也优于处理1。说明当光照时间与黑暗时间的占比从低于1到高于1后，单重用电量大幅减小，也即是当同一照明周期内，当光照时间超过50％，单重用电量显著降低。

实施例4

选取生长情况一致的紫珊生菜小苗，在同样的光谱，光强条件下进行不同的光周期实验，共5个处理，每个处理68颗，处理时采用实施例1提供的植物照明栽培装置，将中控装置中的各项参数配置成如表4所示，其中照明周期均为24h，长暗期为15h，照明期为9h本实施例中的五个处理中，每个处理的照明期参数设置不同，具体为第一预设时间的时长以及预设照明区间的时长不同：

表7实施例4紫珊生菜试验参数设计表

待到紫珊生菜收获后，测量相关的生长指标，记录如表8所示：

表8实施例4所获紫珊生菜生长指标数据表

对上述5个处理的电力绩效进行计算，计算结果如表9所示：

表9实施例4获得的紫珊生菜电力绩效结果表

由表7-9的数据可以看出，处理4的可食重重量，单株总量和处理1相近，在显著性分析上，两个处理间没有显著差别。但在单重用电，即电力绩效上，前者为26.82度/kg，常规处理为30.55度/kg，前者的电力成本明显低于后者。

同时，在单重用电指标上，可以明显看出当第一预设时间低于7min高于2min时，单重用电指标相较于处理1均呈下降趋势，尤其是当第一预设时间在4min时，单重用电指标显著低于处理1。

上述实施例中的植物照明栽培方法，通过对光照时间进行合理调配，大幅度的提高了电力绩效和经济性，可用于大批量的人工种植。

以上所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种植物照明栽培装置，其特征在于，包括光源，所述光源依据预设的工作模式工作，所述工作模式包括至少一个照明周期，一个所述照明周期的时长为2min-1440min，所述照明周期包括长暗期和照明期，所述照明期设有多个预设照明区间，两个所述预设照明区间之间间隔有第一预设时间的黑暗期，所述第一预设时间≥0。

2.根据权利要求1所述的植物照明栽培装置，其特征在于，还包括用于控制所述光源的中控装置，以及与所述中控装置信号连接的控制终端，所述中控装置和/或所述控制终端预存有所述工作模式。

3.根据权利要求2所述的植物照明栽培装置，其特征在于，所述中控装置和/或所述控制终端连接有时钟发生器。

4.根据权利要求1所述的植物照明栽培装置，其特征在于，所述工作模式中，所述照明周期内，总光照时间占比为25-95％。

5.根据权利要求1所述的植物照明栽培装置，其特征在于，所述工作模式中，所述照明周期内，总光照时间与总黑暗时间的比值为0.33-9。

6.根据权利要求1所述的植物照明栽培装置，其特征在于，所述工作模式中，所述照明期内，总光照时间占比为25-95％。

7.根据权利要求1所述的植物照明栽培装置，其特征在于，所述工作模式中，所述照明期内，总光照时间与总黑暗时间的比值为1-40。

8.根据权利要求1所述的植物照明栽培装置，其特征在于，所述工作模式中，所述预设照明区间的时长为18min-60min，所述第一预设时间的时长为2min-9min。

9.根据权利要求1所述的植物照明栽培装置，其特征在于，所述光源为LED光源。

10.一种植物照明人工栽培装置，其特征在于，包括种植棚，所述种植棚内安装有权利要求1-9任一项所述的植物照明栽培装置。