温室光控与气控

温室光控

与气控1大纲–温室光控与气控•

光量控制–

遮阳网选择–日累积光量(DLI)控制•

二氧化碳控制•

光量与二氧化碳耦合控制•

RTR策略2温湿水肥++影响植物生长与发育的因子与影响度Modified

by

Fang,2018光3412,3四种光传感器安装于于温室内4Pyrarometer太阳辐射传感器PAR

光量传感器TSR全太阳辐射感

测器5光传感器•TotalSolar

Radiation

全太阳辐射光谱，单

位：W/m2•PAR

(Photosynthetically

Active

Radiation)：

光合作用有效光，400~700nm范围内的

光子数量，单位：

umol/m2/s•Pyrarometer辐射传感器，单位：

W/m2所•有光量传感器都必须水平摆放，一般会安置于可调整水平的座台上6净辐射传感器(上方扣除下方)7Suitable

for3different

unitsLI-190:QuantumLI-200:

PyranometerLI-210:

Photometric

meter携带式光量传感器81000双层

VS

.单层80066%

Shade

35and47%

Shade500x0.6144x0.65=199600

x

0.6144x0.53=195

325

x

0.6144=199单层遮66%或双

层遮35%x47%双层之一遮47%无遮阳遮阳网选择970双层之二遮35%61016701000

2000Radiation(W/m?2)44804000CumulativeHoursOutside

Solar

Radiation900x0.6144x0.34=18800300050004002006009不同材质内网的组合荷兰瓦宁根大学温室园艺研究部门，模拟不同内网选择对加温所需能源、垂直温度的分布轮廓、热体辐射的影响

:背景资料：西红柿、屋顶单层玻璃冬天、夜间、户外温度0℃、风速5m/s、天空无云温室内温度设定18℃、RH95%、露点温度

16.9℃l使用一层、两层、三层内网能源消耗

减少30%、60%

、75%

，

热体辐射至少减少

50%l使用无孔内网，植物温度会较低，原因是内网上方空气温度较低，

热体辐射会增加。l

将两种不同材质内网交换位置，能源消耗及植物温度也会不同。气密性好的内网安装在下层可以节能，但植物温度也会较低。没有内網，會有發生冷凝的風險。10Tplant

top低于温室内空气的露点温度(16.9℃)

，

在叶片就会发生冷凝Tplanttop加温所需能源

作物與上方的輻射熱交換垂直温度的分布轮廓上、中、下层内网TlowerscreenTabove

screen室外0℃11日累积光量(DLI)固•定光量(全人工光植物工厂)DLI=PPFD(光量)

*LP(光期)

*3.6/1000

mol/m2/day=μmol/m2/s

*h•无固定光量(温室)DLI=Σ

ePPFDi

distsunrisunseiiI2美国纽约州倚色佳市

室外日总辐射能13日累积光量DLI

对莴苣

种(植8周)

生长的影响

0%

、35%、70%

遮阳的DLI与植株鲜重DLI14DLI=21DLI=17DLI=16DLI=15DLI=14DLI=13

DLI=12DLI=11DM=f(DLI,DAS)光量控制15作物种类DLI蝴蝶兰5

~

10mol/m2/day西红柿、小黄瓜、甜椒>

10mol/m2/day叶莴苣<=

12mol/m2/day半结球莴苣<=

17mol/m2/day日累积光量(DLI)16每周累计最大光积2000

J/cm2

最大植物负荷150颗果实/m2

控制植物负荷，不超过150颗果实/m2

，维持植物平衡，更能应付光积大幅波动变化。2000J/cm2

=

35

mol/m217日光积值6.5mol/m2/d，代表需要20

天日光积值5.0mol/m2/d，代表需要26

天1819影响植物生长与发育的因子与影响度温光湿水肥Modified

by

Fang,201820++二氧化碳控制*

ACH:

AirChangeperhour•温室GH/植物工厂PF气密性够高(ACH<0.01)时n应使用二氧化碳施肥，浓度600(GH)~1200(PF)ppm•

如果气密性不够高n一般不考虑使用二氧化碳施肥，做好通风就够了n如果要用，

室内的二氧化碳浓度设定值建议n与室外二氧化碳浓度值(380~400ppm)相同即可n与阳光的辐射量(W/m2)连动，两者维持相同的数值，

辐射量

>400时才补充CO221C6

H

12O6

=>

72/(72+12+96)

=

0.4固碳22https://www.ncbi.n/pmc/articles/PMC9634482/2324CO2施肥方法https://www.ncbi.n/pmc/articles/PMC9634482/25https://www.ncbi.n/pmc/articles/PMC9634482/26饱和点补偿点27增加光量等同于

提高二氧化碳浓度净光合作用速率PPFD28温室通风口高度:6m,最大同化速率:72kg

ha-1h-1

(2mgm-2

s-1)室外CO2浓度:400vpm

29无CO2施肥时，ACH=20较佳室内可维持较高CO2浓度(380>290

vpm)可保持较高的同化速率(45>40

kg

ha-1

h-1)有CO2施肥时，ACH=3较佳市内可维持较高的CO2浓度(750>450

vpm)可保持较高的同化速率(55>48

kg

ha-1

h-1)Assimilation同化速率

/Net

Photosynthesis

净光合速率400vpmACH=20

h-1

ACH=3

h-1UNIT

CONVERSION72kg

ha-1h-1=

72

x106

mg

/(104

mx

36x102

s)

=

2

mg

m-2

s-1=

72

x106

mg

/(104

x

100

dm2

x

h)

=

72

mg

dm-2

h-13031温室的降温能力大代表可以降低通风量，甚至可不通风

此时CO的2补充量较小，CO2利用效率高，产量高32331100

叶温18

、25

、32oC

。

3435温室二氧化碳施肥的功用燃烧天然气或是使用

液态CO2常用于冬天

的高气密性温室36西红柿叶片的

净光合作用

速率37PPFD

与CO2浓度影响净光合作用

速率38文献中提到的提高CO2浓度下作物产能的提高比例可售产量

生物量39降低气孔导度(增加阻力)提高水分利用效率需长时间才能适应长时间暴露于高CO2

浓度下，增加的效益

要下修这应与光合酵素(加氧

酶)活力的降低有关40透过叶片气孔的气体交换现象41叶绿体中二氧化碳浓度空气中二氧化碳浓度42边界层阻力气孔阻力叶肉组织阻力43光合作用主要涉及细胞间

CO2浓度，但因为此数值

不好直接量测，所以在环

控上通常使用空气中的CO2浓度细胞间CO2浓度directly44影响二氧化碳扩散进入叶片的阻力边界层阻力气孔开叶肉组织阻力气孔阻力气孔关45阻力小阻力大Ca

>

Ci让供给满足需求

46气孔阻力气孔导度47二氧化碳控制：让供给满足需求•温室气密性够高时(ACH

低)–可使用二氧化碳施肥，浓度

800~1200

ppm•植物工厂气密性必须高(ACM

低)–应使用二氧化碳施肥，浓度

800~1200

ppm•

如果气密性不够高–一般不考虑使用二氧化碳施肥–

如果一定要用，室内的二氧化碳浓度设定值建议与室外二氧化碳浓

度值(380

ppm)相同即可；也可与阳光的辐射量(W/m2

)

连动，两者维持相同的数值。*

ACH:

Air

Change

per

hour*ACM:

AirChangeperminute48控制温室内

CO2浓度(ppm)与辐射量

(W/m2

)维持相同数值为产生最大光合作用效率，CO2浓度要与光强度做连动。维持CO2

ppm浓度与温室内的太阳辐射量W/m2

相同的数值，如下图两个晴天时的状况，阴天时CO2浓度可调降Figure6.8.5-1Assimilates

balance:maximum

use

of

light

by

controlling

the

co2-Light

ratio太阳辐射量CO2浓度49光量与二氧化碳耦合控制地上部干重

克/株地上部鲜重奶油莴苣半结球莴苣DM=f(DLI,

CO2)12

1314151617鲜重

=干重/0.045110155200DLI=1150DLIΔDLICO2ΔCO2176350016542070154480130143630280132820470121127092011016001250CO2

与

光量耦合控制策略量产7克干重的莴苣所需的等效环控条件Lettuce(cultivarVivaldi)35

天收获

155g/株51光量每日给光时间每日累计

光量

DLICO2浓度μmol/m2/shr:mnmol/m2ppm20016:4012127030015:4517350量产7克干重的莴苣所需的等效环控条件200x

16.67x3.6/

1000=

12.00300x

15.75x3.6/

1000=

17.0152FINAL

SHOOT

DM

VS.

TOTAL

PARCO2

＝

350ppm673栽培全程累计总光量DM=-1.886

+0.0132(Accumulated

light)53栽培全程累计总光量每日累计光量

DLI所需栽培天数mol/m2mol/m2days6731739.61256量产7克干重的莴苣所需的等效环控条件54产能可预测•CO2

＝

350ppm•

DLI=

17mol/m2/day,播种后35

天•累计总光量17x35

天=

595mol/m2

.•地上部干重5.968g鲜•重为每株5.968/0.045=

132gDM=-1.886

+0.0132(Accumulated

light)55CO2

施肥的效益•气孔阻力增加

水资源利用效率提高•

光呼吸速率受到抑制净光合速率提高•

光合速率提高净光合速率提高产量提高、产期缩短56CO2

施肥的效益

:

1.增加产量•DLI为17mol/m2•CO2调到1200ppm•相同栽培天数

（35天）•半结球莴苣每株为200g CO2

350ppm

1200ppm35

天132g鲜重

35

天200g57CO2

施肥的效益

:

2.缩短产期•目标是生产150g的半结球莴苣•DL同I样是

17mol/m2•CO2浓度提高到

1200ppm•可提早7天收获 CO2

345ppm

1200ppm132g鲜重35

天150

g

28

天58不远的将来https://www.ncbi.n/pmc/articles/PMC9634482/59智慧环控—RTR策略60监测温度/光积比值•当光合作用条件是适合时，同化物的生产量会与日光积值成正比。单位:J/cm2

orPARmol/m2•植物发育速率及对同化物的需求主要与日均温成正比。61所有点看似都不在直线上，只有平均值接近直线，这代表植物看似可维持生长

的平衡，实际上一直都是在不稳定的状态，总是在调整。每个点代表一天的数据6263使用RTR策略产生的稳定状况，每个点位置都接近直线上。同化物的合成与消耗是平衡状

态，植物可以同时营养生长与生殖生长，持续有新根生长、持续开花及产生果实，并且生

长过程中不受干扰，植株会是最佳状态。6465•

使用RT的R生产策略，所有的点接近直线，同化物的合成及消耗达到平衡，结果植物会有

最佳生长状态。环境状况可分成四个象限

:低光积*

高温or低温、高光积*高溫or低温66•

低光积，拉高平均温

:

加强保温&加温•高光积，拉高平均温

:

减少通风，温度提高，也可以维持温室湿度及CO的2浓度。因此

提高光合作用效率。

67•

低光积，降低平均温

:

采用空调或是机械降温•高光积，降低平均温:因空调或机械降温成本高，使用喷雾或额外通风较符合成本及

效益。喷雾会比额外通风好，因可保湿及减少CO2流失。68•

补光种类的不同会有不同RTR值的偏离•

LED补光

:

不会增加温度，更接近