一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法
【专利摘要】本发明涉及一种现代农业种植技术，具体涉及一种菠菜在人工光型植物工厂中的栽培方法。本发明根据菠菜的生长习性，通过各生长阶段光质、光强、光周期，协同温度、湿度、肥料等环境因素的协同作用，高效率的得到了高品质的菠菜。本发明充分利用菠菜的生长习性，不仅增加的菠菜的叶面积、鲜重、株高，同时增加了菠菜体内蛋白质的含量，使得菠菜营养价值丰富，增加了体内单宁的含量有效降低了食用时的涩感，也减少了菠菜体内硝酸盐的含量。此外还解决了季节对菠菜种植的影响，对食用菠菜的规模化室内生产具有重要意义。
【专利说明】
一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种现代农业种植技术，具体涉及一种菠菜在人工光型植物工厂中的 栽培方法。
【背景技术】
[0002] 菠菜，又名鹦鹉菜、波斯菜、赤根菜等。属黎科菠菜属，为一年生的草本植物。含有 丰富的胡萝卜素、维生素、蛋白质，以及铁、磷、镁等营养元素。营养均衡，食疗功效好。此外， 菠菜还可以预防人体缺铁性贫血，促进呼吸系统。同时，菠菜也具有良好的药用价值，可以 养血、止血、敛阴、润燥。菠菜中含有的大量植物粗纤维可以促进肠道蠕动，利于通肠导便， 防治痤疮;含有的胡萝卜素利于保护视力，促进儿童的生长发育等。
[0003] 在本发明之前也有部分的专利公开了该植物的种植方法。专利CN 105027954A公 开了一种在田地中富铁菠菜的种植方法。其特征是通过适当的施肥施药增加菠菜中铁的含 量。其不足是没有考虑菠菜的农艺形状、生长周期以及其他的营养成分。
[0004] 人工型植物工厂通过控制光质，温度，湿度等环境因子，实现植物的快速、高品质 的产出。近年来国内外也有许多成功的人工型植物工厂案例。可以预计，通过植物工厂生产 高效高品质的作物是将来农业发展的趋势。但到目前为止，还未见利用可控LED光源控制菠 菜不同生长时期的光质、光强、光周期，协同控制湿度、肥料、和温度等因子高效率种植高品 质菠菜的相关报道。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在提供一种利用可调控光照条件的LED灯作为光源，在半封闭式的人工 型植物工厂中，协同控制其他环境因子，实现菠菜在人工控制的条件下快速，大规模的栽培 技术。本发明的所有栽培技术均在半封闭的室内进行，不受任何自然条件中下的温度、光照 条件、湿度等的影响。
[0006] 本发明中，主要通过对光源的严格控制从而控制菠菜的生长速度及生理活动，增 加植株内蛋白质、氨基酸的含量，增加单宁含量降低涩感，同时降低影响品质的草酸的含 量，使菠菜食用起来口感更好、营养价值更高，使人工栽培的菠菜食用价值更高。
[0007] 本发明一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，从菠菜种子萌芽开始，按菠 菜生长过程分为苗期、营养生长期、收获期三个生长阶段;三个阶段采用不同的光照条件， 促进菠菜生长;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。
[0008] 本发明一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，菠菜生长过程的三个阶段的 划分为：
[0009] 苗期从菠菜种子萌动时开始，至株高2_4cm，具有两叶一心时止，为期8-10天；
[0010]营养生长期从苗期结束时开始，至株高6-8cm，具有五片真叶时止，为期18-25天； [0011]收获期从营养生长期结束时开始，至株高彡l〇cm即可收获，为期8-12天。
[0012] 本发明一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，整个种植周期优选为35-45 天。
[0013] 本发明一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，菠菜生长过程各阶段的光照 参数分别为：
[0014] 苗期所用光源光谱包含三个发射峰;其中第一个发射峰位于580-590M1处，半高宽 25-45nm，相对高度0.3-0.5 ;第二个发射峰位于620-640nm处，半高宽30-40nm，相对高度 0.9-1.0;第三个发射峰位于700-730nm处，半高宽15-20nm，相对高度0.1-0.2;光照强度： 30_40ymol/m 2/s;每天光照时间8h;
[0015] 营养生长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， 半高宽15-20腦，相对高度0 · 4-0 · 6;第二个发射峰位于580-590nm处，半高宽25-45nm，相对 高度0.3-0.5;第三个发射峰位于620-640nm处，半高宽30-50nm，相对高度0.9-1.0;光照强 度:40-5(^111〇1/111 2/8;每天光照时间1411。
[0016] 收获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，半高 宽25-35nm，相对高度0 · 4-0 · 7;第二个发射峰位于620-640nm处，半高宽30-40nm，相对高度 0 · 8-1 · 0;光照强度:50_60ymol/m2/s;每天光照时间12h。
[0017] 本发明一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，菠菜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。
[0018] 本发明一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，菠菜生长过程的各阶段的环 境温度为：
[0019] 苗期光照期间15°c-20°c，黑暗条件下8°c-12°c ;
[0020] 营养生长期光照期间18°C-20°C，黑暗条件下8°C-12°C ;
[0021] 收获期光照期间20°C-25°C，黑暗条件下5°C-10°C。
[0022] 本发明一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，菠菜生长过程的各阶段的湿 度为：
[0023] 苗期的湿度控制在70%_80%，
[0024] 营养生长期的湿度控制在65%_75%，
[0025] 收获期的湿度控制在60%_70%。
[0026] 本发明一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，菠菜生长过程的各阶段的施 肥制度为：菠菜生长进入营养生长期后追施氮肥，施氮肥时控制施氮水平为〇 . 25-0.35g/ dm2。所述氮肥中75%氮由有机肥提供，25%氮由无机肥提供。所述氮肥中N、P、K的摩尔比为 1^:卩:1(=17-18:11:1〇。所述无机肥选用尿素0彡46%)、过磷酸钙(？2〇5彡12%)、氯化钾 (K20多60 % );有机肥选用纯鸡粪有机肥。
[0027] 本发明一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，菠菜生长过程的各阶段的施 肥制度为:菠菜种植所用基质选自腐殖质土，石灰岩，沙土中的至少一种。
[0028] 本发明一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，菠菜生长过程的各阶段的施 肥制度为:菠菜种植所用基质的pH值为7.3-8.5。
[0029] 本发明在菠菜不同的生长时期提供不同光源，通过合理的调控菠菜在不同生长时 期的生长状态，增加其食用价值。具体说明如下：
[0030] 苗期：苗期希望菠菜能够快速分裂生长。通过波长为580-590nm的光增大光合作 用，促进叶面的扩展，增大光合作用，同时加少量波长为700-730nm的光适当提高激素水平 促进菠菜生长，主要以波长为620-640nm的光促进其糖类的积累。根据苗期植株叶片较少， 光饱和点低的特点，将日照时间有选为8h，既能适当降低蒸腾作用，减少水分的流失，又能 提供植物生长所需要的光。
[0031]营养生长期：相比苗期的光照条件，营养生长期增加了波长为620-640nm的光强， 并加入波长为440-480nm的光。目的是抑制植株向上生长，促进横向生长增加叶面积，同时 增加钙、铁元素的含量。
[0032]收获期:收获期增加波长为440-480nm的光强，取消波长为580-590nm的光，同时减 少波长为590-650nm的光强，为了促进植株内蛋白质和氨基酸的合成，以提高蛋白质、氨基 酸在植株中的含量，增加菠菜的营养价值，同时增加植株体内单宁的含量。
[0033]菠菜的各个生长时期的温度、湿度的确定要依据植株的生长需要，通过控制这些 环境因子协同光照条件控制菠菜的生长。苗期植株较为羸弱，可适当降低光照时间减少蒸 腾作用，相对湿度较大，温差稍小。进入营养生长期后，增加光照时间有利于菠菜干物质的 积累，白天温度稍稍提高到18_20°C，有利于植株的光合作用。收获期增加昼夜温差，有利于 降低呼吸作用减少有效功能成分的流失。各个生长阶段的施肥条件也是协同光照条件控制 植株生长的一部分。其中为提高土温和根系活动，吸收营养物质，保持透气性良好，菠菜在 苗期一般不灌肥水。进入营养生长期后追施氮肥，优选为〇 . 3g/dm2施氮水平，所施氮肥中 75%氮由有机肥提供，25%氮由无机肥提供。以该比例施氮维生素 C的含量最高且成本较 低，有利于提高菠菜的营养品质。作为优选，肥料中N: P: K = 17-18:11:10 [0034]栽培菠菜所用的基质呈弱碱性，pH为7.3-8.5，有利于植株进行正常的生理活动。 同时采用腐殖质土作为基质，掺入少量细沙增加土壤的排水性能。同时可适当增加少量草 木灰调节土壤的酸碱度。
[0035] 总之本发明利用菠菜不同生长时期的光质、光强、光周期，湿度、肥料、和温度等因 子的协同作用，高效率的得到了高品质的菠菜。
【附图说明】
[0036] 附图1为立体种植菠菜设置结构示意图；
[0037] 附图2各光谱下实验组的农艺性状；
[0038]附图3理化成分含量变化趋势。
[0039] 从附图1可以看出立体种植菠菜设置结构。
[0040] 从附图2可以看出实施例1-4所得成品的农艺性状。
[0041] 从附图3可以看出实施例1-4所得成品的理化成分含量变化趋势，由附图3可知，在 光照条件2下菠菜的硝酸盐含量最低，光照条件3下菠菜的游离氨基酸含量最高，光照条件4 下菠菜的单宁含量最低，光照条件1下草酸含量最低，通过光谱调控可实现菠菜的可控制生 长。
【具体实施方式】
[0042] 现根据半封闭式人工光型植物工厂具体参数对本发明做出进一步说明。
[0043] 供菠菜栽培使用的半封闭式人工光型植物工厂可实现植物工厂与外界环境可控 的物质能量的交换。该人工型植物工厂完全由混凝土建筑建造，无须透光材料和遮光材料， 并且可以长期使用，无须更换太多耗材。
[0044] 栽培过程中，复合肥直接通过滴灌系统送至植物根部，通过喷雾系统调控室内湿 度，通风系统用于控制室内湿度和温度。特殊情况可启用室内空调调节温度。
[0045] 实施案例1
[0046] 这种半封闭式人工光型植物工厂栽培菠菜的方法，主要通过在菠菜的不同生长阶 段设置不同的光照条件，协同设置湿度、温度、施肥条件来控制菠菜的生长发育。所述菠菜 的不同生长阶段分为苗期、营养生长期和收获期，共3个生长阶段。
[0047] 各个生长时期的光源设置:使用湖南普斯赛特光电科技公司生产的LED灯作为光 源
[0048]苗期：其光源的光谱特征为：光谱中包含三个发射峰，其中第一个发射峰位于 580nm处，相对高度为0.4;第二个发射峰位于640nm处，相对高度1.0 ;第三个发射峰位于 710nm处，相对高度0.1，光照强度为30ymol/(m2 · s)，每天光照时间为8h。光照期间温度控 制在15-20°C，黑暗条件下温度控制在8-12°C，湿度控制在70%-80%。
[0049] 营养生长期:光源的光谱特征为:光源中包含三个发射峰，其中第一个发射峰位于 440nm处，相对高度0.4;第二个发射峰位于580nm处，相对高度0.5;第三个发射峰位于640nm 处，相对高度1. 〇;光照强度40μ mol/(m2. s)，每天光照时间为14h。光照期间温度控制在18-20°C，黑暗条件下温度控制在8-12°C，湿度控制在65 %-75 %。对菠菜施用氮:磷:钾=17-18 :11:10的复合肥，直接喷洒至叶面，每9天施肥一次。
[0050] 收获期：光源的光谱特征为：光源中包含两个发射峰，其中第一个发射峰位于 440nm处，相对高度0.4 ;第二个发射峰位于640nm处，相对高度1.0。光照强度为50μπι〇1/ (m2.s)，每天光照时间为12h。光照期间温度控制在20-25°C，黑暗条件下温度控制在5-10 °C，湿度控制在60 %-70 %。对菠菜进行施肥，与营养生长期方法一致。
[0051 ]在本次实施案例中，苗期共经历9天，营养生长期共经历20天，收获期为10天，从栽 培至收获共39天。
[0052] 实施案例2
[0053]以五个实验组各阶段的光照条件作为单一变量，在植物光学实验室中采用控制变 量法栽培五组菠菜，其他无关变量与实施案例中一致，五个实验组中的光照条件如附表1、 2、3、4所示，其中第五实验组为自然光照条件下的对照组实验（即光照条件5为对照组）。各 实验组产品的农艺性状如附表5所示，植株内其他食用功能成分的含量如附表6所示。
[0054]附表1应用实例1光照条件的光谱特征
[0055]
[0056] 附表2应用实例2光照条件的光谱特征
[0057]
[0058] 附表3应用实例3光照条件的光谱特征
[0059]
[0061 ]附表4应用实例4光照条件的光谱特征
[0062]
[0063] 附表5各实验组的农艺性状
[0064]
[0065] 附表6各实验组功能成分的质量百分比
[0066]
【主权项】
1. 一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，其特征在于:从菠菜种子萌芽开始，按 菠菜生长过程分为苗期、营养生长期、收获期三个生长阶段;三个阶段采用不同的光照条 件，促进菠菜生长;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。2. 根据权利要求1所述的一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，其特征在于:菠 菜生长过程的三个阶段的划分为： 苗期从菠菜种子萌动时开始，至株高2-4cm，具有两叶一心时止，为期8-10天； 营养生长期从苗期结束时开始，至株高6-8cm，具有五片真叶时止，为期18-25天； 收获期从营养生长期结束时开始，至株高多l〇cm即可收获，为期8-12天。3. 根据权利要求2所述的一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，其特征在于:菠 菜生长过程各阶段的光照参数分别为： 苗期所用光源光谱包含三个发射峰；其中第一个发射峰位于580-590nm处，半高宽25-45nm，相对高度0.3-0.5;第二个发射峰位于620_640nm处，半高宽30_40nm，相对高度0.9-1.0;第三个发射峰位于700-730nm处，半高宽15-20nm，相对高度0.1-0.2;光照强度:30-40μ mo 1 /m2/s;每天光照时间8-1 Oh; 营养生长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，半高 宽15-20nm，相对高度0 · 4-0 · 6;第二个发射峰位于580-590nm处，半高宽25-45nm，相对高度 0.3-0.5;第三个发射峰位于620-640nm处，半高宽30-50nm，相对高度0.9-1.0;光照强度： 4〇-50ymol/m2/s;每天光照时间 12_14h; 收获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，半高宽 25-35nm，相对高度0.4-0.7 ;第二个发射峰位于620-640nm处，半高宽30-40nm，相对高度 0 · 8-1 · 0;光照强度:50_60ymol/m2/s;每天光照时间 12_14h。4. 根据权利要求1所述的一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，其特征在于:菠 菜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。5. 根据权利要求1所述的一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，其特征在于:菠 菜生长过程的各阶段的环境温度为： 苗期光照期间15°C-20°C，黑暗条件下8°C-12°C ; 营养生长期光照期间18°C-20°C，黑暗条件下8°C-12°C ; 收获期光照期间20°C-25°C，黑暗条件下5°C-10°C。6. 根据权利要求1所述的一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，其特征在于:菠 菜生长过程的各阶段的湿度为： 苗期的湿度控制在70%_80%， 营养生长期的湿度控制在65%-75%， 收获期的湿度控制在60%_70%。7. 根据权利要求1所述的一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，其特征在于:菠 菜生长过程的各阶段的施肥制度为:菠菜生长进入营养生长期后追施氮肥，施氮肥时控制 施氮水平为〇 · 25-0 · 35g/dm2。8. 根据权利要求1所述的一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，其特征在于:菠 菜种植所用基质选自腐殖质土，石灰岩，沙土中的至少一种。9.根据权利要求1所述的一种在人工光型植物工厂中种植菠菜的方法，其特征在于:菠 菜种植所用基质的pH值为7.3-8.5。
【文档编号】A01C21/00GK106069144SQ201610537882
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月8日
【发明人】周智, 陈易绵, 周南, 刘德权, 刘晓颖, 王若仲, 黄升雄, 罗伟, 周子迁
【申请人】湖南普斯赛特光电科技有限公司