对非洲菊进行补光的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及一种对非洲菊进行补光的系统和方法。所述方法包括：当非洲菊花序在第2-3发育期之间时，若非洲菊花序处的光强低于180μmolm-2s-1，则利用补充光照射非洲菊花序，使得非洲菊花序处的光强等于180μmolm-2s-1；当非洲菊花序在第3-4发育期之间时，若非洲菊花序处的光强低于220μmolm-2s-1，则利用补充光照射非洲菊花序，使得非洲菊花序处的光强等于220μmolm-2s-1。本发明根据外界环境中光强的变化以及非洲菊花序发育的阶段自动调整光源给出的补光量，从而实现对非洲菊的智能化、低功耗补光，以提高非洲菊花序的品质。
【专利说明】对非洲菊进行补光的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于提高非洲菊(ferAera hybrida)花序品质的系统和方法,特别涉及一种对非洲菊进行补光的系统和方法。
【背景技术】
[0002]非洲菊别名扶郎花，为世界六大切花之一，也是重要的盆栽花卉。作为一类喜光植物，一定强度的光照是非洲菊花序品质形成的重要条件，非洲菊的光饱和点约为1200 μ molm_2 s—1，光补偿点约为50 μ mol m_2 s—1，而阴雨天气温室大棚内的光强基本都低于非洲菊的光补偿点。在生产中，连续阴雨天，会导致非洲菊舌状花生长受阻、花瓣着色变浅，失去观赏价值。
[0003]非洲菊花序的发育过程通常通过如图1所示的6个时间点进行划分:
第I发育期(PD:苞片直立张开；舌状花低于苞片，且与盘状花等高；花瓣尚未展开和着色。
[0004]第2发育期(P2):舌状花与苞片等高；花瓣尚未展开和着色。
[0005]第3发育期(P3):舌状花长于苞片0.3-0.5cm，花序的舌状花在花瓣尖端稍微展开，整个花序仍为绿色。
[0006]第4发育期(P4):舌状花长于苞片0.8-1.0cm,舌状花开始着色。
[0007]第5发育期(P5):花序半开放，舌状花着色加深，与花序轴成45度角。
[0008]第6发育期(P6):花序完全开放，舌状花与花序轴近乎垂直，盘状花花药已开裂。
[0009]目前，非洲菊的人工补光主要是采用传统光源(白炽灯、卤钨灯等)，且缺乏针对非洲菊精确化、智能化的补光措施。同时，现有的LED补光系统在环境适宜性监测、光源控制和植物不同阶段需光量差异性考虑不足，造成补光不足或补光过度。因此，如何根据植物不同生长发育阶段需光量的不同，建立一种智能补光系统，对节约能源、保证植物正常生长发育具有重要意义。
[0010]而且，在非洲菊的不同生长发育阶段，植株对光的需求也不同。幼苗期在非洲菊的整个生长周期中非常重要，幼苗期能否健康生长，关系到非洲菊后期的开花结果。非洲菊在组培苗移栽后的头4个月，可以看成是其幼苗期。在农作物的生产中，幼苗期的管理直接关系到后期的产量。而现阶段鲜有关于非洲菊幼苗补光的报道。
【发明内容】
[0011]发明人发现，非洲菊花序发育的早期(P2-P4)，是对光敏感的时期。此段时期内如遭受连续阴雨天气的胁迫，会导致非洲菊花序品质的下降。到目前为止，还没人报道过非洲菊花序发育与光强的关系。即当外界光强低至什么程度时会影响非洲菊花序的品质。而探究影响非洲菊花序发育的光强阈值(即保证非洲菊花序正常发育的临界光强)，是建立智能补光系统的重要组成部分。
[0012]因此，提供一种能够有效提高非洲菊花序品质的系统和方法，并且不造成过度的能量损耗，将是有利的。
[0013]本发明提供了一种对非洲菊进行补光的方法，所述方法包括:当非洲菊花序在第2-3发育期之间时,若非洲菊花序处的光强低于180 μ mol m_2 s_S则利用补充光照射非洲菊花序，使得非洲菊花序处的光强等于180 μ mol m_2 s—1 ;当非洲菊花序在第3_4发育期之间时，若非洲菊花序处的光强低于220 μ mol πΓ2 s'则利用补充光照射非洲菊花序,使得非洲菊花序处的光强等于220 μ mol m_2 s'
[0014]根据本发明的对非洲菊进行补光的方法可以依据非洲菊的生长状态及外界环境光强的变化，结合非洲菊花序各个发育阶段对光的需求，自动运算所需的补光量，实现对非洲菊的精确化、智能化补光。所述方法具有针对性好、高效、节能等优点。
[0015]优选地，在每日6至18时之间，利用所述补充光照射非洲菊花序；或者，在阴雨季节，利用所述补充光照射非洲菊花序。
[0016]根据本发明的对非洲菊进行补光的方法的一个方面，在非洲菊的幼苗期，在每日6时至8时之间以及17时至19时之间,若非洲菊表面的光强低于100 μ mol m 2 s1,则利用补充光照射非洲菊，使得非洲菊表面的光强等于10ymol πΓ2 s—1。
[0017]优选地，所述补充光的波长范围在400_700nm之间；所述补充光由红光和蓝光以约2:1的光强比例构成。
[0018]优选地，所述补充光的光源为LED。LED的发光效率高，且具有稳定的工作特性，因此使用LED作为光源能够进一步节省能量，提供稳定、可预期的光照。
[0019]本发明还提供一种对非洲菊进行补光的系统，所述系统包括:光强传感器，用于检测非洲菊花序处的光强；光源，用于发射补充光；当非洲菊花序在第2-3发育期之间时，若非洲菊花序处的光强低于180 μ mol πΓ2 s—1，则利用补充光照射非洲菊花序，使得非洲菊花序处的光强等于180 μ mol m_2 s—1 ;当非洲菊花序在第3_4发育期之间时，若非洲菊花序处的光强低于220 μ mol πΓ2 s—1，则利用补充光照射非洲菊花序，使得非洲菊花序处的光强等于 220 μ mol m 2 s、
[0020]根据本发明的对非洲菊进行补光的系统可以依据非洲菊的生长状态及外界环境光强的变化，结合非洲菊花序各个发育阶段对光的需求，自动运算所需的补光量，实现对非洲菊的精确化、智能化补光。所述系统具有针对性好、高效、节能等优点。
[0021]优选地，在每日6至18时之间，利用所述补充光照射非洲菊花序；或者，在阴雨季节，利用所述补充光照射非洲菊花序。
[0022]根据本发明的对非洲菊进行补光的系统的一个方面，在非洲菊的幼苗期，在每日6时至8时之间以及17时至19时之间,若非洲菊表面的光强低于100 μ mol m 2 s1,则利用补充光照射非洲菊，使得非洲菊表面的光强等于10ymol πΓ2 s—1。
[0023]优选地，所述补充光的波长范围在400_700nm之间；所述补充光由红光和蓝光以约2:1的光强比例构成。
[0024]优选地，所述补充光的光源为LED。LED的发光效率高，且具有稳定的工作特性，因此使用LED作为光源能够进一步节省能量，提供稳定、可预期的光照。
[0025]根据本发明的对非洲菊进行补光的系统的另一个方面，所述光源包括多个发射圆锥形光束的LED补光模组，所述圆锥形光束的锥角为120° ;所述LED补光模组以正方形阵列设置在距离非洲菊基部约85cm的高度，所述正方形阵列的周期为约120cm。
[0026]以上述形式配置的光源所发出的光在接收光照的各个水平面内是均匀分布的。并且，由于非洲菊花序在第2-4发育期所需要的照射光强是随着时间逐渐增加的，而非洲菊的花序高度也在此期间逐渐增加，因此以上述形式配置的光源即使不改变发光强度，也能够随着非洲菊花序高度增加而增加对非洲菊进行照射的光强。因此，即使不使用光强传感器，也能够在连续阴雨的天气环境下自动地满足在第2-4发育期内对非洲菊补光的光强要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]下面通过参考附图来示例性地说明本发明的【具体实施方式】，该说明并不以任何方式对本发明进行限制，其中:
图1是显示处在非洲菊花序在发育过程中的各个时间点(P1-P6)处的花序的示意图； 图2示出了根据本发明的对非洲菊进行补光的系统中光源的优选实施例的侧视图；
图3示出了根据本发明的对非洲菊进行补光的系统中光源的优选实施例的俯视图；
图4示出了根据本发明的对非洲菊进行补光的系统的优选实施例的示意图。
[0028]以上附图中，相同的附图标记被理解为指代相同、相似或相应的特征或功能。
【具体实施方式】
[0029]将参考本发明公开的实施例，在附图中图示一个或多个实例。通过对本发明的解释来提供实施例，所述实施例并不是对本发明的限制。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征对于另一个实施例也可以与其他实施例一起使用。本发明旨在涵盖本发明公开的范围和精神内的其他更改和变型。
[0030]在本发明中，照射在非洲菊花序或叶面上的“光强”指的是光合作用有效辐射中的光量子通量密度(PPFD)，使用单位μ mol m_2 s—1来表示。光合作用有效辐射中的光通量密度表示单位时间单位面积上在40(T700nm波长范围内入射的光量子数。该物理量可通过例如(但不限于)余弦量传感器进行测量。
[0031]在本发明的上下文中，使用“第I期”、“第2期”、“第3期”等来表示非洲菊花序在其发育过程中的各个时间点(或，时间节点)。如上文所述，非洲菊花序在各个时间点均具有各自的显著特征，因此可以使用上述特征来判断非洲菊花序的发育阶段。同时，由于非洲菊花序的发育过程具有相对固定的时间规律，因此可替换地，也可以简单地利用日期坐标或者非洲菊花梗的长度来标记上述各个时间点。
[0032]在本发明中，使用非洲菊的“基部”作为标示高度的基准。所谓的“基部”指的是非洲菊与土壤等栽培介质的高度相平齐的部位。“非洲菊花序处”指的是非洲菊花序接受自然光照射较多的位置，其通常指的是非洲菊花序的上侧。
[0033]根据本发明的一个实施例，对非洲菊进行补光的方法包括:当非洲菊花序在第2_3发育期之间(P2-P3)时,若非洲菊花序处的光强低于180 μ mol m 2 s S则利用补充光照射非洲菊花序，使得非洲菊花序处的光强等于180 μ mol πΓ2 s—1 ;当非洲菊花序在第3_4发育期之间(P3-P4)时,若非洲菊花序处的光强低于220 μ mol m_2 s_\则利用补充光照射非洲菊花序，使得非洲菊花序处的光强等于220 μ mol m_2 s'
[0034]花色素苷是表征非洲菊花序品质的重要指标之一。当非洲菊花序处的光照在第2-4发育期之间达到如以上所述的光强要求时，花色素苷含量与正对照(Control)的基本一致(在正对照光照强度下生长的非洲菊花序品质被定义为最好)。发明人注意到:花色素苷含量不完全是随着光强的增加而递增，而是当光强达到一定程度时，花色素苷含量的积累会达到一个稳定的水平。同时，发明人也发现其它与非洲菊花序品质相关的指标，如头状花序的鲜重、花瓣的长宽等也与花色素苷含量类似:随着光照的增强而增强，当光强达到一定强度后会到达一个稳定的水平。根据本发明实施例的光强使得上述指标能够恰好到达稳定水平。
[0035]因此，根据本发明的对非洲菊进行补光的方法可以依据非洲菊的生长状态及外界环境光强的变化，结合非洲菊花序各个发育阶段对光的需求，自动运算所需的补光量，实现对非洲菊的精确化、智能化补光。所述方法具有针对性好、高效、节能等优点。
[0036]优选地，在每日6至18时之间，利用所述补充光照射非洲菊花序；或者，在阴雨季节，利用所述补充光照射非洲菊花序。在每日6至18时之间或者在阴雨季节，非洲菊花序处的光照强度通常无法达到如上所述的光照要求。采用上述补光强度对非洲菊花序进行补光，能够有效提高非洲菊花序的品质，其中非洲菊花瓣花色素苷含量可提高10%-20%。
[0037]根据本发明的对非洲菊进行补光的方法的一个方面，在非洲菊的幼苗期，在每日6时至8时之间以及17时至19时之间,若非洲菊表面的光强低于100 μ mol m 2 s1,则利用补充光照射非洲菊，使得非洲菊表面的光强等于10ymol πΓ2 s—1。
[0038]幼苗期在非洲菊的整个生长周期中非常重要，幼苗期能否健康生长，关系到非洲菊后期的开花结果。非洲菊在组培苗移栽后的头4个月，可以看成是其幼苗期。此段时期内如遭受连续阴雨天气的胁迫，会严重影响非洲菊幼苗的生长及其成熟。
[0039]自然光的强度是早晚弱正午强，发明人以非洲菊幼苗(5-7片叶)为材料，研究了阴雨季节中两头补光对幼苗期非洲菊生长及其后期开花的影响。所谓“两头补光”即早晨和傍晚补光，补光时间设置为每天早上6:0(T8:00和下午17:0(Tl9:00，使用红蓝比例为2:1的组合光，补光光强为100 μ mol πΓ2 s—1。这样既能避开正午的强光，又能通过提前启动光合作用的酶的活性，来提高非洲菊幼苗的光合作用，从而使非洲菊幼苗提前向成熟期转变。结果表明，对照相比，经补光处理45天后的非洲菊幼苗提前4天抽蕾。而且，幼苗经补光后，非洲菊花序的品质均有所提高，尤其是非洲菊花梗的粗细。非洲菊幼苗在补光处理后，其成品花的花梗明显变粗。而且，该方法较传统补光方法更为节能。
[0040]优选地，所述补充光的波长范围在400_700nm之间；所述补充光由红光和蓝光以约2:1的光强比例构成。400-700nm之间的光谱对植物的光合作用起着最主要的贡献，因此，使用此光谱范围内的补充光对非洲菊花序进行补光，能够有效地利用补充光进行光合作用。使用红光和蓝光以约2:1的光强比例构成所述补充光，能够简单地仅利用两种颜色的光源来满足非洲菊光合作用的需求，而不必使用连续光谱或更多颜色的光源。
[0041]优选地，所述补充光的光源为LED。LED的发光效率高，且具有稳定的工作特性，因此使用LED作为光源能够进一步节省能量，提供稳定、可预期的光照。
[0042]根据本发明的一个实施例，对非洲菊进行补光的系统包括:光强传感器，用于检测非洲菊花序处的光强；光源，用于发射补充光；当非洲菊花序在第2-3发育期之间(P2-P3)时，若非洲菊花序处的光强低于180 μ mol πΓ2 s'则利用补充光照射非洲菊花序,使得非洲菊花序处的光强等于180 μ mol m_2 s—1 ;当非洲菊花序在第3_4发育期之间(P3-P4)时，若非洲菊花序处的光强低于220 μ mol πΓ2 s—1，则利用补充光照射非洲菊花序，使得非洲菊花序处的光强等于220 μ mol m_2 s—1。
[0043]根据本发明的对非洲菊进行补光的系统可以依据非洲菊的生长状态及外界环境光强的变化，结合非洲菊花序发育对光的需求，自动运算所需的补光量，实现对非洲菊的精确化、智能化补光。所述系统具有针对性好、高效、节能等优点。
[0044]图2示出了根据本发明的对非洲菊进行补光的系统中光源的优选实施例的侧视图；图3示出了根据本发明的对非洲菊进行补光的系统中光源的优选实施例的俯视图。
[0045]优选地，光源100包括多个发射圆锥形光束的LED补光模组101，所述圆锥形光束的锥角为120° ;所述LED补光模组101以正方形阵列设置在距离非洲菊基部约85cm的高度，所述正方形阵列的周期为约120cm。
[0046]在非洲菊花序发育的过程中，其花梗是不断伸长的(如图1所示)。发明人发现，非洲菊花序发育的P2到P4期，是对光变化最敏感的时期，因此光源悬挂的位置必须超过P4期花梗的高度(35cm)，而保证LED组合光(红色和蓝色)发光均匀性的最小高度为50cm。因此，将LED补光模组安装在距离非洲菊基部85cm的位置是最合适的。
[0047]由于非洲菊花序在第2-4发育期所需要的照射光强是随着时间逐渐增加的，而非洲菊的花序高度也在此期间逐渐增加，因此以上述形式配置的光源能够以均匀且随着高度增加而增加的光强对非洲菊进行照射。因此，即使不使用光强传感器，也能够在连续阴雨的天气环境下自动地满足在第2-4发育期内对非洲菊补光的光强要求。
[0048]如果使用发光角度为60°的LED补光模组，想达到发光角度为120°的补光模组的照射面积，则需悬挂在非洲菊基部的215cm的位置。若LED模组功率相同，那么发光角度120°的补光模组比60°的LED补光模组更节能。因为光传输的距离越远，能量损失越多。同时由于60°的LED补光模组排布更密集，因此不利于自然光的透过，不适合用于大棚设施补光。
[0049]优选地，可以以如下形式来配置LED补光模组:将数颗LED红蓝灯珠集成在一个半径3cm，角度为120的弧面上，通过灯罩上的锯齿形匀光器，将LED光混合均匀后按120°的角度发射出去。其中LED集成弧面上的红蓝灯珠比例可以为7:3 (假设红蓝灯珠的发光强度相同)。
[0050]图4示出了根据本发明的对非洲菊进行补光的系统的优选实施例的示意图。根据本发明的优选实施例，对非洲菊进行补光的系统200由五部分组成:电源驱动201、光强传感器202、中央控制器203、LED补光模组204、操作界面205。其中电源驱动201负责为整个系统供电，分别提供5V、12V两种供电电压；中央控制器203负责接收由光强传感器202传入的数字信号，按照操作界面205设定的参数运算出LED补光模组204所需给出的光强大小，并将光强大小转换成数字信号传出至LED补光模组204和显示界面206 ;光强传感器202能实时检测环境中光强的大小，并将检测到的光强信号转换成电信号传入中央控制器203 ;LED补光模组204可根据中央控制器203给出的数字信号，自动改变光强的大小，从而实现定量精确补光；操作界面205负责显示检测结果，操作键盘207具有参数输入的功能。
[0051]尽管在以上的优选实施例中，对非洲菊进行补光的系统由五部分组成，然而本领域技术人员能够理解，可以例如将电源驱动、中央控制器、LED补光模组集成为光源模块，且可以省略操作界面。
[0052]本发明根据外界环境中光强的变化以及非洲菊花序发育的阶段自动调整光源给出的补光量，从而实现对非洲菊的智能化、低功耗补光，以提高非洲菊花序的品质。
[0053]尽管已经结合一些实施例描述了本发明，但是本发明并不预期限于本文阐述的特定形式。相反地，本发明的范围仅由所附权利要求书限制。此外，虽然特征可能看起来结合特定实施例而被描述，但是本领域技术人员应当认识到，依照本发明可以组合所描述的实施例的各种不同的特征。在权利要求书中，措词包括/包含并没有排除其他元件或步骤的存在。
[0054]此外，尽管单独地被列出，但是多个装置、元件或方法步骤可以由例如单个单元或处理器实现。此外，尽管单独的特征可以包含于不同的权利要求中，但是这些特征可能地可以有利地加以组合，并且包含于不同的权利要求中并不意味着特征的组合不可行和/或不是有利的。此外，特征包含于一种权利要求类别中并不意味着限于该类别，而是表示该特征同样可适当地应用于其他权利要求类别。此外，单数引用并没有排除复数。因此，对于“一”、“一个”、“第一”、“第二”等等的引用并没有排除复数。权利要求中的附图标记仅仅为了解释实例而被提供，不应当以任何方式被视为限制了权利要求的范围。
【权利要求】
1.一种对非洲菊进行补光的方法，所述方法包括: 当非洲菊花序在第2-3发育期之间时，若非洲菊花序处的光强低于180 μ mo I πΓ2 s—1，则利用补充光照射非洲菊花序，使得非洲菊花序处的光强等于ISOymol πΓ2 s—1 ;当非洲菊花序在第3-4发育期之间时,若非洲菊花序处的光强低于220μηιο1 πΓ2 s'则利用补充光照射非洲菊花序，使得非洲菊花序处的光强等于220 μ mol πΓ2 s—1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在每日6至18时之间，利用所述补充光照射非洲菊花序。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在阴雨季节，利用所述补充光照射非洲菊花序。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在非洲菊的幼苗期，在每日6时至8时之间以及17时至19时之间，若非洲菊表面的光强低于lOOymol m_2 s—1，则利用补充光照射非洲菊，使得非洲菊表面的光强等于100 μ mol πΓ2 s'
5.根据权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述补充光的波长范围在400-700nm 之间。
6.根据权利要求1-4之一所述的方法,其特征在于,所述补充光由红光和蓝光以约2:1的光强比例构成。
7.根据权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述补充光的光源为LED。
8.一种对非洲菊进行补光的系统，所述系统包括: 光强传感器，用于检测非洲菊花序处的光强； 光源，用于发射补充光； 当非洲菊花序在第2-3发育期之间时，若非洲菊花序处的光强低于180 μ mol πΓ2 s—1，则利用补充光照射非洲菊花序，使得非洲菊花序处的光强等于180 μ mol πΓ2 s—1 ;当非洲菊花序在第3-4发育期之间时,若非洲菊花序处的光强低于220 μ mol πΓ2 s'则利用补充光照射非洲菊花序，使得非洲菊花序处的光强等于220 μ mol πΓ2 s—1。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，在每日6至18时之间，利用所述补充光照射非洲菊花序。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，在阴雨季节，利用所述补充光照射非洲菊花序。
11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，在非洲菊的幼苗期，在每日6时至8时之间以及17时至19时之间，若非洲菊表面的光强低于lOOymol m_2 s—1，则利用补充光照射非洲菊，使得非洲菊表面的光强等于100 μ mol πΓ2 s'
12.根据权利要求8-11之一所述的系统，其特征在于，所述补充光的波长范围在400-700nm 之间。
13.根据权利要求8-11之一所述的系统,其特征在于,所述补充光由红光和蓝光以约2:1的光强比例构成。
14.根据权利要求8-11之一所述的系统，其特征在于，所述光源为LED。
15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述光源包括多个发射圆锥形光束的LED补光模组，所述圆锥形光束的锥角为120° ;所述LED补光模组以正方形阵列设置在距离非洲菊基部约85cm的高度，所述正方形阵列的周期为约120cm。
【文档编号】A01G7/04GK104335830SQ201310341177
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月7日 优先权日:2013年8月7日
【发明者】任彦, 符敏, 王小菁, G.卓, G-E.奥纳, 彭建宗 申请人:皇家飞利浦有限公司