【摘要】：人工光植物工廠因多層立體栽培,顯著提高了生菜單位面積的產(chǎn)量,但是其建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)成本高抑制了其發(fā)展,其中人工光源耗能最大,約占總耗電量的82%。針對(duì)該問題,本研究采用自然光和人工光相結(jié)合的方式,將多層立體栽培模式應(yīng)用于自然光植物工廠中,既提高自然光植物工廠空間利用率,又解決了人工光植物工廠中補(bǔ)光燈能耗大的問題。本研究的主要內(nèi)容是探究多層立體栽培植物工廠在自然光條件下的不同補(bǔ)光策略,分析在自然光和人工光結(jié)合的條件下對(duì)生菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響,并計(jì)算不同補(bǔ)光策略的經(jīng)濟(jì)性。本試驗(yàn)在北京一自然光植物工廠內(nèi)進(jìn)行,采用兩組完全相同的三層立體栽培架,每層間距為0.6 m,進(jìn)行生菜種植試驗(yàn)。本研究主要內(nèi)容與結(jié)論如下:(1)選擇全年中典型節(jié)氣作為研究時(shí)間,對(duì)典型氣候條件下自然光型植物工廠內(nèi)光照分布情況進(jìn)行分析可知:夏季上、中、下層的光照日累積量平均分別為36.2、12.4、3.7 mol/(m~2·d);冬季分別為9.7、3、2.4 mol/(m~2·d);春秋季節(jié)上、中、下層的光照日累積量平均分別為17.7、8、4.7 mol/(m~2·d)和17.7、7.7、4.3 mol/(m~2·d)。根據(jù)生菜對(duì)光照需要其日累積量需滿足6-12mol/(m~2·d),因此以冬季補(bǔ)光量最多的季節(jié)為例,中層需補(bǔ)光3-9 mol/(m~2·d)下層需補(bǔ)光3.6-9.6mol/(m~2·d)方可滿足生菜正常生長(zhǎng)的光照需求。(2)自然光植物工廠生菜多層立體栽培梯度補(bǔ)光對(duì)生菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。在自然光植物工廠對(duì)中、下層生菜補(bǔ)光強(qiáng)度的初步探究中發(fā)現(xiàn),中層補(bǔ)光3 mol/(m~2·d)和6 mol/(m~2·d)較中層自然光照下的生菜產(chǎn)量分別提高了66.4%和72.0%,補(bǔ)光處理間差異不顯著。下層補(bǔ)光6 mol/(m~2·d)和9 mol/(m~2·d)較下層自然光照下的生菜產(chǎn)量分別提高了77.6%和79.5%,補(bǔ)光處理間差異不顯著。因此,栽培架中、下層建議補(bǔ)光強(qiáng)度分別為3、6 mol/(m~2·d)補(bǔ)光方案最優(yōu),其單位面積產(chǎn)量是傳統(tǒng)溫室的3.2倍。(3)自然光植物工廠內(nèi)多層立體栽培不同光質(zhì)補(bǔ)光對(duì)紫葉生菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。在對(duì)自然光植物工廠內(nèi)下層紫葉生菜進(jìn)行全光譜和紅藍(lán)光補(bǔ)光試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),R/B=9:1處理下的紫葉生菜具有可溶糖含量高和花青素含量高的優(yōu)勢(shì)。因此R/B=9:1處理下所得到的紫葉生菜品質(zhì)更優(yōu)。(4)補(bǔ)光經(jīng)濟(jì)效益分析,本研究設(shè)計(jì)的植物工廠在保證較高生菜品質(zhì)的同時(shí)其單位面積產(chǎn)量是傳統(tǒng)溫室的3.2倍,通過控制補(bǔ)光強(qiáng)度、使用濕簾風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等措施將運(yùn)行成本降為人工光植物工廠的19.4%,即節(jié)能了80.6%,其中補(bǔ)光燈的能源消耗較人工光植物工廠每平米每天可節(jié)約3 kw·h/m~2。體現(xiàn)出了自然光植物工廠立體栽培巨大的成本優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)。綜上所述,冬季自然光植物工廠內(nèi)多層立體栽培條件下,考慮到生菜生長(zhǎng)所需的光照強(qiáng)度選擇最優(yōu)補(bǔ)光方式即中層補(bǔ)光3 mol/(m~2·d),下層補(bǔ)光6 mol/(m~2·d)進(jìn)行紅藍(lán)光栽培綠葉和紫葉生菜,在增加產(chǎn)量的同時(shí)可提高生菜的品質(zhì),特別是顯著提高了紫葉生菜花青素含量。且整體運(yùn)行成本較植物工廠節(jié)能80.6%,其中補(bǔ)光燈的能源消耗較人工光植物工廠每平米每天可節(jié)約3kw·h/m~2。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S636.2;S626
【圖文】：

技術(shù)路線

圖 2- 1 栽培面布點(diǎn)情況Fig. 2-1 Condition of planting surface cloth2.2 結(jié)果與分析2.2.1 栽培面的東西和南北方向上全天光強(qiáng)變化情況

圖 2- 2 栽培面的不同層?xùn)|、西方向太陽(yáng)輻射全天變化情況（（a）上層，（b）中層，（c）下層）Fig. 2-2 Diurnal variation of eastern and Western solar radiation in different layers of cultivation surface ((a) upper laye(b) middle layer, (c) lower layer)分別在上、中、下三層選取位置相同的三個(gè)點(diǎn)，代表南側(cè)、中間、北側(cè)，用手持式 LI-1500對(duì) 6:00-18:00 時(shí)段太陽(yáng)輻射進(jìn)行測(cè)量。栽培面的不同層南、北方向太陽(yáng)輻射全天變化情況如圖 2-所示。由圖 2-3 可以看出，上層栽培面上南北方向的光照強(qiáng)度變化表現(xiàn)為從 6:00 到 18:00 先逐漸

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本文編號(hào)：2748569