植物工廠設(shè)計(jì)與光環(huán)境控制的研究.pdf

1、隨著世界人口的不斷增多、全球氣候變化、環(huán)境污染等因素，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)已不能完全滿足人類日益增長(zhǎng)的需求。作為設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展最高階段的植物工廠具有環(huán)境污染小、資源利用率高、環(huán)境可控性好、產(chǎn)量穩(wěn)定且品質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)。同美國(guó)、荷蘭和日本等農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在植物工廠領(lǐng)域的研究還存在起步晚和技術(shù)差距大等問題。研究植物工廠及其生產(chǎn)技術(shù)，不僅可以縮短我國(guó)和農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)差距，還可提高我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展水平。
　　本文研究并設(shè)計(jì)了一座完全人工光型植

2、物工廠，通過試驗(yàn)研究不同光環(huán)境對(duì)生菜生長(zhǎng)的影響，最后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建立光環(huán)境決策系統(tǒng)以指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)研究分析植物工廠的功能需求，將植物工廠劃分成栽培系統(tǒng)、人工光源系統(tǒng)、溫濕度控制系統(tǒng)和二氧化碳控制系統(tǒng)4個(gè)子系統(tǒng);栽培系統(tǒng)采用立體式DFT水培形式，并設(shè)計(jì)了尺寸為5×0.73×3.5m的栽培架及配套的水培設(shè)備;根據(jù)植物工廠不同的光照需求，研究并設(shè)計(jì)出兩種不同控制方法的人工光源:可以自由調(diào)節(jié)人工光源和

3、植物之間的距離的高度可調(diào)式人工光源，調(diào)節(jié)范圍為0～500mm，水平移動(dòng)式人工光源，水平移動(dòng)速度可在0至0.1m/s可調(diào)，調(diào)節(jié)精度0.005m/s;溫濕度控制系統(tǒng)選用MWW120AR5地源熱泵和DOS-18A超聲波加濕機(jī)組合的方式進(jìn)行控制;二氧化碳控制系統(tǒng)采用鋼瓶直施法。植物工廠采用保溫設(shè)計(jì)和地源熱泵技術(shù)，每年在制冷和采暖方面每年可分別節(jié)省47％和46％的能源。
　　(2)通過生菜栽培試驗(yàn)，研究并分析了光環(huán)境對(duì)生菜生長(zhǎng)的影響，并得出

4、以下結(jié)論。光波動(dòng)周期對(duì)生菜生長(zhǎng)的影響:生菜的光合速率、株高、干鮮質(zhì)量都隨低光周期的延長(zhǎng)而呈下降趨勢(shì);單位功耗產(chǎn)出隨低光周期的延長(zhǎng)而增大，處理120/40的單位功耗產(chǎn)出是處理40/40的1.25倍。光周期對(duì)生菜生長(zhǎng)的影響:在光波動(dòng)環(huán)境下，生菜的干鮮質(zhì)量、株高和莖粗和葉綠素的含量隨著光周期的延長(zhǎng)而增加;延長(zhǎng)光周期會(huì)降低生菜的根冠比和單位功耗產(chǎn)出。
　　(3)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析后，建立植物工廠光環(huán)境下生菜的生長(zhǎng)模型。以經(jīng)濟(jì)最優(yōu)為日標(biāo)