关注一下又不会怀孕，点击蓝色字吧↑↑
引言
农业是资源消耗型产业，传统农业资源（养分、土地等）日益短缺和枯竭严重限制了农业的可持续发展潜力。传统农业依赖于外界自然环境，产量和品质均易受到自然环境中的温度、湿度、光照等因素的影响，不能连续稳定地提供农产品。现阶段农业实际生产中化肥和农药过量使用，导致水体和土壤的重金属污染逐渐加重，不仅影响植物的生长发育，而且污染物在植物叶、茎、根、籽实中大量积累，食用重金属含量超标的农作物会对人体健康造成极大的危害。另外，我国还面临着人多地少、自然资源相对贫乏和资源利用率低等问题。要解决上述问题，就需要转变传统农业的生产模式，采用更先进的农业生产技术。
植物工厂作为一种全新的农业生产模式，具有环境可控、栽培时间短、不受气候影响、可实现持续稳定生产、全封闭、无虫害、不用农药、安全性高、不受地域限制、节省耕地、自动化成度高、劳动强度低等特点。但是，植物工厂本身还存在着设备投资大、耗电多等制约因素，研究如何降低成本已成为最近研究的热点。植物工厂的能耗成本占总体运营成本的50%～60% ，而人工光源占据总能耗的70% ～80% ，因此减少人工光源的能耗对降低植物工厂运营成本有重大意义。
LED光源相对荧光灯等传统灯具价格较高，若全部采用LED作为植物工厂的人工光源将导致初期投资成本过高。虽然荧光灯的光能转换率要低于 LED，但其光谱覆盖面广，可以补充LED人工光源缺少的光谱成分。采用LED与荧光灯混合人工光源的办法可以在不降低人工光源光强的基础上，降低人工光源初期投入，有利于植物工厂的推广与应用。
前人研究表明，间歇式光照可以提高植物的光合能力，LED发热量小，可以长时间使用，但荧光灯发热量高，如果不能及时减少人工光源散发的热量，会导致植物灼伤。本文的设计思路是采用间歇式人工光源，将LED一直点亮，周期性开关荧光灯以降低荧光灯的使用时间，从而减少其热量积聚。
间歇式人工光源设计
荧光灯和LED分别选择上海农卉T5-28植物用高效用全光谱荧光灯的和PHILIPS公司的GreenPower DR/W120LED生产模组。T5-28和GreenPower DR/W120 LED生产模组分别如图1和图2所示。
T5-28 和 DR/W120的光谱能量对比如图3所示，两种形式的光源均在440nm 和650nm左右有一个能量聚集区。这两个光谱区域是植物生长所需要的重要光谱范围，表明两种人工光源均能满足植物生长的需求。其中，DR/W120的能量相对较为集中，这是LED光源的优势所在，但其价格过高依然限制着其在国内的大规模应用。
人工光源安装如图4 所示。LED光源和荧光灯相间安装，由于荧光灯的平均每根的光强为LED光源的1/2，所以将其安装密度定为 1：2，以达到均匀分配LED和荧光灯光源的目的。LED的光能转换率高，以LED DR/W120为作为基础光源可以节省更多电能；以荧光灯 T5-28 作为补充光源，可以用来增加光强，还可用来研究光波动对植物的影响。
荧光灯T5-28采用时间控制开关作为定时开关，间歇光照控制系统如图5所示。图5中，HF表示T5-28 荧光灯；LED 表示DR/W120 LED。时间控制开关2可以控制T5-28的开关时间周期，时间控制开关1则用来控制所有光源的开关时间周期，电表用来计量该组人工光源产生的能耗，线路中空气开关用来防止因室内人工光源电气故障引起的安全问题。
间歇式人工光源时间控制系统实物如图6所示。设置电表1是用来记录光源的能耗，双线空气开关2（ 2p-25A）起保险作用，开关3 为两个时间控制开关（KG2516），可以实现两个时序的控制。
试验材料与方法
试验材料
生菜品种是意大利全年耐抽苔生菜（ Lactuca Sati-va L．，南京沃蔬种业有限公司） 。
试验设计
将生菜种子用湿纱布包裹后放置24h，然后播种于72孔穴盘中。育苗基质的配比泥炭:蛭石为3:1，播种后置于温室内日常浇水管理，长至四叶一心时移植至水培栽培床。营养液配方采用华南农业大学叶菜 B 配方（ 1990） ，配方如表 1 所示。微量元素采用通用配方，如表 2 所示。
昼夜温度分别控制在22℃和18℃ ，相对湿度为50% ； 每天光照时间为7：00-23：00，持续光照16h；采用间歇式人工光源，在低光强周期时只打开LED灯管， PAR为 300μmol/(m2·s) ； 高光强周期时，同时打开所有荧光灯和LED，PAR达到 550μmol/(m2·s) 。高低光周期试验设计如表3所示。对比试验打开所有的LED和1/2的荧光灯，光强 PAR达到 450μmol/(m2·s）。
测定方法
生菜幼苗于2014年3月18日定植，进行光波动处理，处理7天后开始采集数据，4月10日收获后测量干重。栽培实验环境如图8所示。
1） 株高和鲜质量。株高为栽培板距离生菜茎中心线xx点的距离；每隔一天随机抽取3株进行测量。鲜质量采用称重法，每个处理选取一块栽培板，将栽培板连同生菜控水 3min 后测量总质量，总质量减去栽培板及定植槽的质量为生菜的鲜质量。
2） 光合速率。光合速率采用美国产Li－6400便携式光合作用仪测量净光合速率(ph)、气孔导度(Gs)、胞间 CO2 浓度(Ci) 、蒸腾速率（Tr） 等。测量时间为每天上午 9：00-11：00。
3） 叶绿素。叶绿素采用SPAD-502叶绿素仪进行测定，每次测量选取最新生成xx展开叶片，每个处理重复6次。
4） 地上和地下部分干重及茎粗。采收后将生菜从根茎处剪开，分别测量株高、茎粗、地上和地下部分鲜质量。干质量采用烘干法，将地上及地下部分鲜样分装后在烘箱中以105℃杀青15min，然后以 80℃将鲜样烘干至恒定质量，称重测量干重，xx根据数据计算含水率及根冠比。
数据处理方法
数据处理采用SPSS的单因素方差分析。假定方差齐性采用Duncan极差法。
结果与分析
光波动周期对生菜光合能力的影响
表4是在光波动周期内人工光源为低光强时所得数据，每个处理选3片最新长成的xx展开叶片，每个处理重复6次。结果表明：在低光情况下，生菜的光合速率随着低光周期的增大而减小。CK对照的净光合速率xx，这是因为其光强一直恒定，且大于其它各处理的低光强。处理40/40的净光合速率高于其它光波动处理。
表5是在光波动周期内高光强所测得的光合作用相关参数，其结果与表4相似，同样可以得出处理40/40的光合速率为xx。由于光波动处于高光周期时，其光强要高于CK对照，所以各光波动处理的光合速率均要高于CK对照。
结果表明，不同光波动周期会影响低光下植物的光合速率，光合速率随低光周期的增长而下降。
叶绿素含量的变化
植物叶片组织中的叶绿体是进行光合作用的细胞器，其包含的叶绿素可以吸收光能，为植物光合作用提供能量。叶绿素的含量是反映植物生长状况的一个重要指标。光波动周期性给予生菜高低光强，会影响其叶绿素的含量。每个处理重复18次，数据用SPSS20.0 进行单因素方差分析，结果如图9所示。
数据表明： 处理80/40 的叶绿素含量为30.77 要高于其它各处理差异不显著（P＜0.05）；处理40/40的叶绿素含量2975虽然高于处理120/40 的28.73，但仍低于处理80 /40；CK 对照的叶绿素含量为29.18要高于处理120/40，但与处理40/40 差异不显著（P＜0.05）；处理40/40虽然每天的光积分要大于80/40，但其光波动周期过短，导致植物不能很好地适应变化，从而其叶绿素含量低于处理 80 /40。
该数据表明，处理80/40下生菜的叶绿素含量xx，在光波动情况下合适的低光周期可提高植物的叶绿素含量。
光波动周期对生菜产量的影响及其经济性
图10是不同处理下生菜地上和地下干质量的对比图。数据表明：40/40处理下植物的地上干质量xx，高于其它处理；80/40处理下地上干质量xx，与120/40处理无显著差异；CK对照地上干质量要高于处理80/40，地下干质量与处理40/40和CK对照差异不显著，表明光波动周期会影响生菜的干物质积累。
图11是不同光波动周期对生菜地上和地下鲜质量的影响。数据表明： 40/40处理下的地上鲜质量均高于其它各处理，处理120/40的地上鲜质量和地上鲜质量xx；CK 对照的地上鲜质量和处理40/40和处理80/40 差异不显著。数据表明，生菜的地上鲜质量会随着光波动周期的延长而减少。这说明，过长的光动周期不利于生菜的生长。
图12为不同光波动周期对生菜株高和茎粗的影响。光波动处理下的生菜茎粗要小于CK 对照，但差异并不显著（P ＜ 0．05）；120 /40 处理生菜的株高高于其它各处理，80 /40 处理的生菜株高xx。该数据表明，光波动周期的不同对茎粗影响较小。
根据测得的生菜鲜质量和功耗，由公式可算出每kW·h 电量所能生产的生菜鲜质量I，单位为 G /（ kW·h），即i=m/q，其中，Q为总功耗（ kW·h）；m为收获的生菜的总鲜重。计算后结果如表 6 所示。光波动周期中，低光周期越长，生菜的单位功耗产出就越大，120/40 处理下的 I 值为xx。试验表明，实际生产中可采用低光周期较长的光波动环境，以增加单位功耗产出。
结论
在3种不同的光波动周期（分别为40/40，80/40，120/40）环境下进行生菜栽培试验，结果表明： 在光波动环境下随着波动周期的缩短，生菜的鲜重呈上升趋势。当处理低光周期延长时，会降低生菜干物质的积累。在植物处于光波动低光强时，生菜的光合速率随低光周期的延长而降低。处理80 /40下生菜的叶绿素含量xx，这表明合适的光波动周期可以促进叶绿素的生成。综合生菜的功耗和产量表明，与普通光照环境相比，合适的光波动周期可提高生菜单位功耗的产出，具有一定的生产指导意义。（作者：江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室 时志立 胡圣尧 毛罕平 周亚波，转载请注明来源）
咨询热线：张晓萍 18520909851
活动官网：zt.gscled.com/top10/
点击“阅读原文”参与申报
微信号：ges_org