一种胡萝卜在半封闭式人工光型植物工厂中的培育方法与流程

文档序号:11780640阅读:384来源:国知局

本发明涉及一种胡萝卜在半封闭式人工光型植物工厂中的培育方法;属于设施农业技术领域。



背景技术:

植物工厂是一种通过环境内高精度控制实现农作物或其他植物连续生产的高效农业系统,而人工光型是指用人工制备的光源代替太阳光对植物提供能量来源,其中LED人工光源有着光质、光照强度、光周期可控的优点被广泛应用于农业照明当中。在多种环境因素当中,光对于植物的生长以及功能性化学物质积累有着巨大的影响,随着农业照明的发展,LED植物补光灯作为一种光谱可调控的光源被大量使用于植物补光。在LED对植物影响研究初期,被用于研究植物形态学,后续被发现不同光质的LED灯对于植物有效成分也有着巨大的影响。

林魁等研究表明,胡萝卜在不同比重蓝光LED处理下,单位面积叶绿素浓度会随着蓝光比重增加而增加,但没有对于胡萝卜生长各个阶段与光的理化作用进行研究(林魁,徐永等,LED照明对植物体内功能性化学物质积累的影响[J],植物学报,2015,50(2):263-271)而在人工光型植物工厂中,未见对于胡萝卜培育方面详细的报道。胡萝卜中富含类胡萝卜素、多糖、萝卜硫素等多种有效成分,其中最具代表性的功能性成分为β-胡萝卜素,β-胡萝卜素对于人体的免疫调节起到积极作用,有研究表明,β-胡萝卜素可以与自由基结合,延缓身体老化,是一种重要的植物有效成分。中国专利CN201110145296.2公开了利用LED光源促进植物生长的方法,总结了波长在400-500nm的蓝光与波长在610-720nm的红光对于植物生长具有促进作用,但是没有考虑到光质、光照强度以及与环境因子协同作用,而且对于植物各阶段需要何种类型的光谱也没有解决。

基于以上原因,胡萝卜即可作为一种食用蔬菜也可作为功能物质提取物,具有很大的研究与培育价值,在人工光型植物工厂中对胡萝卜进行快速培育以及研究不同光质对于胡萝卜积累有效功能成分的作用具有重大意义



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种光照条件可控的LED灯作为光源,环境因子可调控的人工光型植物工厂培育方式,达到快速培育生理性状良好以及功能性成分含量高的胡萝卜植株,且能够不受季节、气候影响的新型培育方式。

在本发明中,采用的LED植物补光灯是光谱可调控的荧光粉激发型LED灯,它具有有光质、光照强度、光周期可调控的优点,针对胡萝卜营养生长期中不同阶段进行针对补光,以达到培育出的胡萝卜植株生理性状良好,功能性成分含量高的目的,使人工培育的胡萝卜的价值得到提升。

本发明一种胡萝卜在半封闭式人工光型植物工厂中的培育方法,从胡萝卜种子萌芽开始,按胡萝卜生长过程分为发芽期、幼苗期、叶片生长旺盛期、肉质根生长旺盛期四个生长阶段;四个阶段采用不同的光照条件,促进胡萝卜生长;所述光照条件包括:光源光谱发射峰数量、发射峰所处位置波长、半高宽、相对高度,光照强度,每天光照时间。

本发明一种胡萝卜在半封闭式人工光型植物工厂中的培育方法,胡萝卜生长过程四个生长阶段的划分为:

发芽期

发芽期种子萌动开始,直到子叶展开并出现第1片真叶为止。一般为期5-7天;

幼苗期

从生长出第一片真叶开始,到肉质根破肚或出现5-6片真叶为止。一般为23-28天、优选为25天。

叶片生长旺盛期

从破肚开始到植株长出12片真叶为止。一般为28-32天、优选为30天。

肉质根生长旺盛期

从长出12片真叶开始直到收获。一般为40-50天。

本发明一种胡萝卜在半封闭式人工光型植物工厂中的培育方法,各阶段的光照参数分别为:

发芽期所用光源光谱包含两个发射峰,其中第一个发射峰位于440-480nm处,相对高度0.1-0.2,半高宽15-20nm;第二个发射峰位于640-670nm处,相对高度0.3-0.4,半高宽20-30nm;光照强度:10-20μmol/m2/s;每天光照时间:1.5-2.5h;

幼苗期所用光源光谱包含两个发射峰,其中第一个发射位峰位于440-480nm处,相对高度:0.4-0.6,半高宽20-30nm;第二个发射峰位于650-680nm处,相对高度0.9-1.0,半高宽30-40nm;光照强度:90-110μmol/m2/s;每天光照时间:9-11h;

叶片生长旺盛期所用光源光谱包含三个发射峰,其中第一个发射峰位于440-480nm处,相对高度:0.7-0.9,半高宽25-35nm;第二个发射峰位于590-650nm处,相对高度0.5-0.7,半高宽15-20nm;第三个发射峰位于640-670nm处,相对高度0.8-1.0,半宽高30-40nm;光照强度:190-210μmol/m2/s;每天光照时间:11-13、优选为12h;

肉质根生长旺盛期所用光源光谱包含三个发射峰,其中第一个发射峰位于440-480nm处,相对高度:0.3-0.5,半高宽25-35nm;第二个发射峰位于590-650nm处,相对高度为0.2-0.4,半高宽20-30nm;第三个发射峰位于640-670nm处,相对高度0.2-0.4半高宽20-25nm;光照强度:220-240μmol/m2/s;每天光照时间:11-13h。

本发明一种胡萝卜在半封闭式人工光型植物工厂中的培育方法,胡萝卜生长过程的各阶段所用光源均为可调整光谱的LED植物生长灯。

本发明一种胡萝卜在半封闭式人工光型植物工厂中的培育方法,胡萝卜生长各阶段的环境温度为:

发芽期的温度要求为:光照期间20℃-25℃,黑暗期间15℃-20℃;

幼苗期的温度要求为:光照期间23℃-25℃,黑暗期间5℃-18℃;

叶片生长旺盛期的温度要求为:光照期间20℃-25℃,黑暗期间3℃-18℃;

肉质根生长旺盛期的温度要求为:光照期间0℃-22℃,黑暗期间12-16℃。

本发明一种胡萝卜在半封闭式人工光型植物工厂中的培育方法,胡萝卜生长各阶段的环境湿度为:

发芽期、幼苗期、叶片生长旺盛期均控制空气的湿度为80%-90%;

肉质根生长旺盛期控制空气的湿度为75%-85%。

本发明一种胡萝卜在半封闭式人工光型植物工厂中的培育方法,胡萝卜生长各阶段基质含水量为:

发芽期基质含水量为16%-18%;

幼苗期基质含水量为18%-22%;

叶片生长旺盛期基质含水量为18%-22%;

肉质根生长旺盛期基质含水量为17%-20%。

本发明一种胡萝卜在半封闭式人工光型植物工厂中的培育方法,胡萝卜生长各阶段的施肥制度为:

发芽期所施肥料为经堆放腐熟的圈肥,施肥次数为1次;

幼苗期所施肥料为有机氮肥和无机氮肥;所述有机氮肥:无机氮肥的质量比为0.8-1.2∶0.8-1.2;幼苗期每隔10-12天施肥一次;

叶片生长旺盛期所施肥料为复合肥,所述复合肥中氮、磷、钾的质量比为8-15∶5-8∶13-18;叶片生长旺盛期每隔9-11天施肥一次;

肉质根生长旺盛期所施肥料为水溶性复合肥,所述水溶性复合肥中氮、磷、钾的质量比为8-12∶5-9∶12-17。

本发明一种胡萝卜在半封闭式人工光型植物工厂中的培育方法,圈肥、复合肥、水溶性复合肥施于植物胡萝卜根部,有机氮肥与无机氮肥施于叶面。

本发明一种胡萝卜在半封闭式人工光型植物工厂中的培育方法,培育胡萝卜所用基质的PH值控制在5.5-7。

本发明一种胡萝卜在半封闭式人工光型植物工厂中的培育方法,所述半封闭式人工光型植物工厂中设有通风设备,当空气温度≥30℃,或基质温度≥26℃时自动开启排风扇,增大空气对流速度,降低环境温度,补充CO2

本发明一种胡萝卜在半封闭式人工光型植物工厂中的培育方法,所述半封闭式人工光型植物工厂中光源为可调整光谱的LED植物生长灯。所述可调整光谱的LED植物生长灯为荧光粉加芯片型即荧光粉激发型LED灯。

本发明针对胡萝卜生长发芽期、幼苗期、叶片生长旺盛期、肉质根生长旺盛期,胡萝卜营养生长的四个不同阶段,提供不同的光谱条件以及环境因子,使胡萝卜快速生长和加强有效成分的累积,其中:

发芽期:胡萝卜在发芽期对于除光照条件外的环境因子要求较高,一般发芽较缓慢,需要保证基质通风情况良好且含水量在16%-18%,温度控制在20℃-25℃,辅以光照时间为2h/天,设置发射峰位于640-680nm的红光促进胡萝卜种子分化的进行,以达到胡萝卜种子快速萌发的目的。

幼苗期:针对胡萝卜幼苗期生长缓慢,根系生长量较小,叶面积少,根系的吸收能力较弱的特点,保证基质含水量在18%-22%,温度控制在23℃-25℃,光照10h/天,设置发射位于440-480nm处,相对高度:0.4-0.6,半高宽20-30nm与发射峰位于650-680nm处,相对高度0.9-1.0,半高宽30-40nm的光谱条件,起到促进胡萝卜幼苗叶片生长以及叶绿素的合成,增加有机物的积累,加快幼苗生长进入下一生长阶段。

叶片生长旺盛期:此时胡萝卜生长速度快,叶面积得到扩张,光合作用增强,营养物质以及功能成分积累增加,肉质根开始缓慢生长,根据这个时期的胡萝卜生长特点,调控基质含水量在18%-22%,温度控制在20℃-25℃,光照12h/天,设置发射峰位于440-480nm处,相对高度:0.7-0.9,半高宽25-35nm,射峰位于590-650nm处,相对高度0.5-0.7,半高宽15-20nm、发射峰位于640-670nm处,相对高度0.8-1.0,半宽高30-40nm的光谱条件,在保证植株已达到光饱和点的前提下,用590-650nm的光相对抑制叶片的生长,达到促进根系的生长和有机物的积累的目的。

肉质根生长旺盛期:此时期胡萝卜地上部分(叶片)生长缓慢或停止生长,地下部分开始急剧生长,有机物以及功能成分累积速度加快。在此时,调整基质含水量在17%-20%,温度控制在20℃-22℃,黑暗条件下控制温度在8℃-16℃,有助于有机物的积累,光照12h/天,设置光谱发射峰位于440-480nm处,相对高度:0.3-0.5,半高宽25-35nm、发射峰位于590-650nm处,相对高度为0.2-0.4,半高宽20-30nm、发射峰位于640-670nm处,相对高度0.2-0.4半高宽20-25nm的光谱条件,此时期作用的光谱条件,能够使得叶片面积最大,防止叶片早衰,让营养物质向肉质根中输送,提高肉质根中类胡萝卜素、多糖等功能性成分含量。

在培育的各个阶段,需要以不同方式与时间施以不同性质和作用的肥料,发芽期施肥为经堆放腐熟的优质圈肥,整个苗期施肥一次;幼苗期施有机氮肥和无机氮肥,有机氮肥:无机氮肥比例为1∶1,10-12天一次;叶片生长旺盛期复合化肥,其氮、磷、钾的质量比为8-15∶5-8∶13-18,每10天左右施肥一次;肉质根生长旺盛期施水溶性复合肥,其中各元素质量比为氮∶磷∶钾=8-12∶5-9∶12-17;上述复合肥施于胡萝卜植株根部,有机、无机氮肥施于胡萝卜植株叶面。

对于整个培育过程中,环境因子中的各个因素都需要实时调控,其中胡萝卜培育时保证环境中空气湿度在发芽期、幼苗期以及叶片生长期为80%-90%,肉质根生长旺盛期空气湿度控制在75%-85%。当环境中空气湿度、温度过高或过低时,需要采取相应的应对措施,进行增湿、增温、通风等。

总之,本发明通过各阶段光照强度(PPFD)、光谱组成、光照周期、温度、湿度、施肥条件的协同作用,实现了胡萝卜在植物工厂中快速生长,并得到高含量有效成分的植株。

附图说明:

附图1为本发明实施例1与自然条件培育胡萝卜肉质根对照图;

图1中1号标识为自然条件培育胡萝卜的个体照片、2号标识为本发明实施例1培育胡萝卜的个体照片。从图1中的看出本发明所培植胡萝卜的个体远远大于自然条件培育胡萝卜的个体;结合表2可以二者的功能性物质含量也存在本大的差异。

具体实施方式

实施例1

选用市面上“大板三红七寸参”型号的胡萝卜种子100颗,进行对照培育,将种子平均分为两组,一组(在半封闭式人工光型植物工厂中)配置光谱条件(见表1),另一组除光谱不同外,环境因子设置相同的自然光条件下进行培育。在本发明培育方式培育的胡萝卜种子在各个生长阶段生长速度及功能性物质含量都明显要优于自然光条件组(见表2):

实施例1中

发芽期的温度要求为:光照期间25℃,黑暗期间15℃;发芽期的时间为5天;

幼苗期的温度要求为:光照期间23℃,黑暗期间12℃;幼苗期的时间为20天;

叶片生长旺盛期的温度要求为:光照期间25℃,黑暗期间12℃;叶片生长旺盛期的时间为25天;

肉质根生长旺盛期的温度要求为:光照期间10℃,黑暗期间14℃。肉质根生长旺盛期的时间为45天。

发芽期、幼苗期、叶片生长旺盛期均控制空气的湿度为85%;

肉质根生长旺盛期控制空气的湿度为80%。

胡萝卜生长各阶段基质含水量为:

发芽期基质含水量为16%-18%;

幼苗期基质含水量为18%-22%;

叶片生长旺盛期基质含水量为18%-22%;

肉质根生长旺盛期基质含水量为17%-20%。

发芽期所施肥料为经堆放腐熟的圈肥,施肥次数为1次;

幼苗期所施肥料为有机氮肥和无机氮肥;所述有机氮肥:无机氮肥的质量比为1∶1;幼苗期每隔10-12天施肥一次;

叶片生长旺盛期所施肥料为复合肥,所述复合肥中氮、磷、钾的质量比为8∶5∶13;叶片生长旺盛期每隔10天施肥一次;

肉质根生长旺盛期所施肥料为水溶性复合肥,所述水溶性复合肥中氮、磷、钾的质量比为12∶9∶17。

其中圈肥、复合肥、水溶性复合肥施于植物胡萝卜根部,有机氮肥与无机氮肥施于叶面。

培育胡萝卜所用基质的PH值控制在5.5-7。

所述半封闭式人工光型植物工厂中设有通风设备,当空气温度≥30℃,或基质温度≥26℃时自动开启排风扇,增大空气对流速度,降低环境温度,补充CO2

表1光谱条件

其中

峰相对高度的数据以先后顺序一一对应个发射峰;

半高宽的数据以先后顺序一一对应个发射峰;

其所得样品见图1中的2号标识,其植株各阶段生长速度及功能性物质含量见表2。

对照组

其他条件均匀实施例1一致;不同之处采用自然光照以及光照的时间;其所得样品的图片如图1中1号标示所示;其植株各阶段生长速度及功能性物质含量见表2;

表2本发明培育方式与自然培育方式各阶段生长速度及功能性物质含量对比

*对照组为自然光光照强度(μmol/m2/s):

早上8点:146 中午12点:216 下午6点:108

对照组整个期限为120天。

通过表2和图1可以看出通过采用本发明方法培育的胡萝卜植株,较普通方式培育的胡萝卜植株个体大,功能性成分含量高,整个生长周期短,不受季节、气候以及虫害的影响。这也就证明了采用本发明培育方法能够有效提高胡萝卜在人工光型植物工厂中的生产效率和价值,可以推广到应用其他蔬菜或高附加价值植物上面。

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