一種利用人工光型植物工廠種植小白菜的方法與流程

2023-07-15 12:01:02

本發明涉及一種利用人工光型植物工廠種植小白菜的方法，屬於設施農業技術領域。

背景技術：

小白菜是一種原產東亞的蔬菜，俗稱青菜，又稱膠菜、瓢兒菜、油白菜、油菜(中國東北某些地區)等，與大白菜(結球白菜)是近親，同屬十字花科芸苔屬。原產於我國，是人們喜愛的大眾化蔬菜，現佔長江中下遊大、中城市蔬菜複種面積的30％-40％，而且在北方地區大量引種栽培。但是人們對於小白菜需求量極大，且對小白菜的品質的要求較高，目前小白菜種植複種佔地面積過大，但幾乎沒有大規模室內立體種植小白菜的案例。

鑑於市場對於小白菜的量需品質的需求，採用LED光環境下植株生長速率高於其他處理，表現出一定的優越性。因此植物工廠大規模培養小白菜成為可能，植物工廠採用可控LED燈光源，LED植物補光燈作為一種光譜可調控的光源被大量使用於植物補光，為小白菜提供光合作用和各個階段生理調控所需要的光質、光強和光周期。文獻(王婷，甘肅農業大學學報，2011，46(4)：69-73，79)認為：紅藍黃複合光質比單一光質處理更有利於小白菜的生長，專利CN103947517A公開了利用LED光源促進植物生長的方法，總結了紅藍光配比為7∶1的情況下，對於植物生長具有促進作用，儘管如此，兩篇相關報導都沒有對小白菜各階段光質、光強、光周期的具體參數需求進行說明，一方面對於全室內條件下種植小白菜所涉及的其他環境因子的協同作用方式未做說明；另一方面也使得後來者無法重複以上結果。

小白菜作為一種最為常見的食用蔬菜和良好的藥用價值，具有較大的研究價值，在人工光型植物工廠可使小白菜進行快速培育，縮短其生理周期以及提高小白菜的營養價值。

室內植物工廠種植小白菜，不受環境的影響，且環境可控，可以通過調節環境以培育出不同口感的小白菜，在室內培育小白菜無需施加農藥，屬於天然綠色有機蔬菜。室內種植小白菜，生長周期短，可以應用於邊遠駐防地區及海上巡航，同時可以用於空間站。但到目前為止還未見利用可控LED光源控制小白菜不同生長時期的光質、光強、光周期，協同控制溼度、肥料、和溫度等因子高效率種植高品質小白菜的相關報導。

技術實現要素：

本發明主要是為了提供一種光照條件可控制的LED作為光源，環境條件可控制的人工光型植物工廠栽培方式，達到快速培育小白菜，縮短生長時間，提高小白菜礦物質和維生素的含量，且能夠不受季節、氣候影響的新型培育方式。

本發明中主要通過改變光質、光照強度和光周期來控制小白菜的生長周期和新陳代謝，用以提高小白菜乾物質的積累和縮短小白菜成熟時間，使小白菜能夠快速成熟，且擁有較高的品質。

本發明一種利用人工光型植物工廠種植小白菜的方法，從小白菜種子萌芽開始，按小白菜生長過程分為發芽期、幼苗期、生長期、抽薹期四個生長階段；四個階段採用不同的光照條件，促進小白菜生長；所述光照條件包括：光源光譜發射峰數量、發射峰所處位置波長、半高寬、相對高度，光照強度，每天光照時間。

本發明一種利用人工光型植物工廠種植小白菜的方法，小白菜生長過程的四個階段的劃分為：

發芽期

從播種後至子葉展平，植株為3-4cm，具有兩片真葉，時間為5-6天。發芽期主要是通過殺菌提高種子的發芽率。

幼苗期

從子葉展平後開始至四葉一心結束，植株為6-7cm，具有四片真葉，時間為5-7天。幼苗期主要目的是通過光照加快幼苗的生長速度，使幼苗的根系活力增強，為生長期快速生長做準備。

生長期

從四葉一心開始至植株長至20-25cm結束，時間為15-20天。生長期主要目的是葉片生長更快，葉片品質(口感)更好。

抽薹期

從植株開始抽薹至開花，此期時間為10-12天。抽薹期主要用於留種。

本發明一種利用人工光型植物工廠種植小白菜的方法，小白菜生長過程各階段的光照參數分別為：

芽期所用光源光譜包含三個發射峰包含三個發射峰，其中第一個發射峰位於270-360nm之間，相對高度0.4-0.5，半高寬15-20nm；第二個發射峰位於440-460nm之間，相對高度0.8-1，半高寬30-35nm；第三個發射峰位於600-630nm之間，相對高度0.5-0.6，半高寬60-80nm；光照強度：10-20μmol/m2/s，每天光照時間：4-6h；

幼苗期所用光源光譜包含兩個發射峰，其中第一個發射峰位於440-460nm之間，相對高度0.8-1.0，半高寬15-20nm；第二個發射峰位於620-650nm之間，相對高度0.8-1.0，半高寬100-120nm；光照強度：40-60μmol/m2/s，每天光照時間：10-12h；

生長期所用光源光譜包含三個發射峰，其中第一個發射峰位於440-460nm之間，相對高度0.7-0.9，半高寬15-20nm；第二個發射峰位於620-650nm之間，相對高度0.9-1.0，半高寬100-120nm；第三個發射峰位於700-730nm之間，相對高度0.4-0.6，半高寬30-40nm；光照強度：120-200μmol/m2/s；每天光照時間：12-16h。

本發明一種利用人工光型植物工廠種植小白菜的方法，小白菜生長過程的各階段所用光源均為可調整光譜的LED植物生長燈。

本發明一種利用人工光型植物工廠種植小白菜的方法，小白菜生長過程的各階段環境溫度為：

發芽期 20℃-25℃；

幼苗期 光照期間20℃-22℃，黑暗條件下13℃-17℃；

生長期 光照期間18℃-20℃，黑暗條件下12℃-15℃。

本發明一種利用人工光型植物工廠種植小白菜的方法，小白菜生長過程的各階段環境溼度為：

發芽期的溼度為70％-75％；

幼苗期的溼度為60％-65％；

生長期溼度為55％-60％。

本發明一種利用人工光型植物工廠種植小白菜的方法，小白菜生長過程的各階段的施肥制度為：

小白菜種植基肥為NPK複合肥或或農家有機肥，發芽期與幼苗期並不需要施肥，生長期，小白菜在四葉一心後，追肥，間隔7-10天再次追肥，兩次追肥的氮肥配比為3∶1-3∶2，在此期間添加磷鉀肥。

本發明發芽期與幼苗期並不需要施肥。本發明所述農家有機肥為經合理稀釋的農家有機肥。

本發明所用人工光型植物工廠設有溫控開關控制通風，當空氣溫度≥30℃，或基質溫度≥25℃時，自動開啟排風扇，增大空氣對流速度，降低環境溫度，補充CO2。

本發明一種利用人工光型植物工廠種植小白菜的方法，栽培小白菜時，所用基質由草炭、蛭石、珍珠巖按質量比，草炭∶蛭石∶珍珠巖＝3∶1∶1-4∶1∶1。

本發明一種利用人工光型植物工廠種植小白菜的方法，所述基質pH值為6-7。

本發明在小白菜不同的生長時期提供不同光源，通過合理的調控小白菜在不同生長時期的生長狀態，增加其食用價值。具體說明如下：

發芽期主要要求是提高小白菜的發芽速度及發芽率，通過270nm-360nm的紫外光對種子和基質進行殺菌消毒，600nm-630nm的紅光促進小白菜種子的分化，光照時間為4-6h，加快種子萌發，小白菜在發芽期對於除光照條件外的環境因子要求較高，空氣溼度應保證70％-75％，溫度控制在20℃-25℃，較高空氣溼度和溫度利於種子呼吸作用，更加加快種子萌發的速度。

相比發芽期，幼苗期適當提高了440-460nm和620-650nm的光照強度，主要促進小白菜的生長，減短幼苗期的時間，同時保證良好的根系活力，促進根系的發育。光照強度為40-60μmol/m2/s，每天光照時間為10-12h，以達到小白菜快速生根長葉的目的。

生長期通過波長為440-460nm的藍光促進小白菜的莖和葉柄的伸長生長，620-650nm紅光有利小白菜根系生長，提高胡蘿蔔素的含量、可溶性糖含量及根系活力，700-730nm紅外光促進植物莖的延長生長，提高植物體的溫度，此光質顯著提高了小白菜的根長、根系活力、可溶性糖含量，利於乾物質的積累。光照強度為120-200μmol/m2/s，以促進植株的莖、葉面積、生物量和光合速率的增長，光照周期調為12-16h，增加光照時間是為了增加光合作用的時間，加快植株的生長和生物量的積累，生長期需要溫度為光照期間18℃-20℃，黑暗條件下12℃-15℃，晝夜溫差大會使小白菜的碳水化合物轉為糖，油脂含量增加，可溶性蛋白質、不飽和脂肪酸、磷脂含量增加，更富營養性，使用起來軟糯可口，清香鮮美，帶有甜味。

在植物生長的各個階段，需要在不同的時間段，施以不同的肥料，小白菜的基肥統一使用經堆放腐熟的優質圈肥，整個苗期施肥一次，發芽期與幼苗期暫無需施肥，生長期小白菜在四葉一心後，及時追肥，7-10天後在追肥一次，兩次追肥的氮肥配比為2∶1，之後每隔10天左右施加一次肥料，在此期間適當補充磷鉀肥，補充葉面肥，增強植株抵抗力。

通過本發明培育的小白菜比普通種植的小白菜生長周期更加短，品質更為優良，可溶性糖含量更加高，乾物質也更多。此發明為小白菜在人工光型植物工廠中培育、生產提供了方案，也為小白菜提供了良好的研究平臺。

總之，本發明通過小白菜生長各階段的光照強度、光譜組成、光照時間，溫度、溼度、等其他環境因子協同作用，實現了高效率種植高品質小白菜。

附圖說明

附圖1小白菜生長架

附圖2每層鐵架詳情

附圖3小白菜基本農藝形狀對比。

從圖1可以看出人工光型植物工廠中立體種植小白菜的布置結構。

從圖2中可以看出單層種植小白菜的布置結構。

從圖3中可以看出，本發明所得植株無論是株高、根長、葉片數、葉面積、莖葉鮮質量均優於對照組。

具體實施方式

現根據半封閉式人工光型植物工廠建造過程的具體參數及具體操作，對本發明進行具體說明。

供小白菜種植的半封閉式人工光型植物工廠，無需依賴於外界光源與天氣，該植物工廠可完全依託混凝土建造的封閉式建築，小白菜生長所需的外界環境均由室內提供，可長期及循環使用。

小白菜半封閉式人工光型栽培工廠主體結構：

該半封閉式工廠長12米，寬5米，高4米，室內附有保溫隔熱材料，裝有5臺排氣扇，保證室內通風良好。小白菜種植可拆卸的鐵架上，鐵架每層4米，寬1米，高0.5米，共五層(如附圖)，每層安裝有可調節的光強及光質的LED燈面板，燈面板旁裝有可控制的噴霧灌溉系統。

栽培小白菜所需基肥(農家肥)由開始種植施加在基質底層，發芽後生長所需的複合肥由噴霧系統噴灑至葉片，噴霧系統主要控制室內的溼度，以便小白菜的生長發育。

實施例1

一種半封閉式人工可調節光源種植小白菜，主要通過控制小白菜生長階段的光照強度、光譜組成和光照時間，協同控制溫度、溼度、施肥條件、通風條件等其他環境因子，縮短小白菜成熟時間，提高小白菜生長效率及小白菜的品質。所訴小白菜在植物工廠中需培育三個階段，分別是發芽期、幼苗期、生長期。

栽培小白菜的基質主要由草炭、蛭石、珍珠巖混合而成，其體積比例為3∶1∶1，將稀釋後的農家肥放置在基質底層，基質大約5cm高，小白菜菜種為「四季」。實驗組所有光源所需用燈均為定製版本的LED燈所提供。

發芽期：其光譜特徵為：光譜中包含三個發射峰，其中第一個發射峰位於320nm處，相對高度為0.4，半高寬15nm；第二個發射峰位於455nm處，相對高度為1.0，半高寬30nm，第三個發射峰位於620nm處，相對高度0.5，半高寬為70nm，光照強度為15μmol/m2/s，每天光照時間為5h。將室內溫度控制在25℃左右，溼度在70％-75％。

幼苗期：光譜包含有兩個發射峰，第一個發射峰位於450nm處，相對高度為1.0，半高寬為15nm；第二個發射峰位於630nm處，相對高度為1.0，半高寬為110nm，光照強度為45μmol/m2/s，每天光照時間為12h，光照時間溫度控制在20℃左右，黑暗時間溫度控制在13℃左右，溼度在60％-65％。

生長期：光譜包含有三個發射峰，第一個發射峰位於450nm處，相對高度為0.8，半高寬為15nm；第二個發射峰位於630nm處，相對高度為1.0，半高寬為110nm；第三個發射峰位於710nm處，相對高度為0.4，半高寬為35nm；光照強度為180μmol/m2/s，每天光照時間為14h，光照時間溫度控制在20℃左右，黑暗時間溫度控制在12℃左右，溼度在55％-60％。小白菜在四葉一心後，每隔7-10天左右，追肥一次，共追肥兩次，兩次追肥的氮肥配比為2∶1，在此期間適當添加磷鉀肥。

對照組光源均為太陽光，若太陽光不足，用白熾燈將光源時間補至與實驗組光照時間相同，除光源光質、光強外，其他環境因子與實驗組相同。

在本次實施案例中，LED燈源實驗組發芽期共3天，幼苗期共5天，生長期共15天，從栽培至收穫共23天。太陽光下對照組發芽期為5天，幼苗期為7天，生長期共25天，從栽培至收穫共37天。

將栽培所得的產品隨機各取五株，其農藝性狀如下表所示：

表1LED燈實驗組小白菜的農藝性狀

對照組實驗

其他條件均與實施例1一致，不同之處在用採用太陽光作為光源。其所得樣品見表2。

附表2太陽光對照組小白菜的農藝性狀