植物不同叶位光合能力存在明显差异

来源:华文易迅 时间:2022-08-04 09:00:00

光是植物光合作用的首要条件，它直接影响到作物的产量和质量[1-3]。设备的种植受制于温室结构、薄膜覆盖、雾天、雨雪天气等因素的影响，设备中自然光的投射只有外部环境的30%~60%。由于作物光合能力有限，无法满足作物生长的需要，进而影响作物的产量和品质[4-6]，因此，人工补光技术是设施农业增产提质的重要保障。

近几年来，研究小组在设施光环境的智能调节方面的部分研究[7-10]。Pinho等[11]发现，动态调节生菜光强不仅能促进生菜鲜重增加，同时也能降低能耗，因此，本文设计了一种适合工厂生产的动态补光控制系统。刘晓英等[12]开发了一种光参数可调节的可调节发光二极管(Light-EmittingDiodeLED)光源系统，用于研究光质、光强度、光周期对设施作物生长的相互影响规律。在植物工厂中采用了两种光调节系统，且环境因子相对稳定可控，调节策略也比较简单。但是，温室藤蔓类作物光环境调节系统比较复杂，不仅要考虑光、温、CO2等环境动态变化对光调节系统的影响，还要考虑作物在不同生长期所需光差。针对这一问题，胡瑾等[13]设计了一套基于无线传感器网络的光环境调节系统，利用自然光中太阳高度角与红蓝光的比例关系，可以根据作物实际需光量精确地定量补光，具有部署灵活、易于扩展、低耗等优点。为了满足温室番茄光环境的自适应调节，苏战战等[15]设计了一种基于RadomForest-GlowwormSwarmOptimization的随机森林-萤火虫群算法，RF-GSO)温室番茄自适应调光系统。也有学者尝试通过改变补光方法来提高作物的光合作用[16-18]，并取得了一定效果。目前设施光环境调节方式多采用冠层定量补光，没有考虑到植物冠层新生叶结构发育不良而引起光抑制或光破坏。

[19、20]与株间功能叶片互相遮蔽造成光照不足，不能满足光照要求。本研究表明，植物不同叶位的光合能力有较大差异[21-24]，因此，针对作物的不同叶位进行补光对于提高作物的光合能力、促进植株物质积累有重要意义。

为了解决以上问题，本文从黄瓜叶片角度出发，建立了树莓派(RaspberryPi)系统框架和智能光环境调节平台，实现立体光环境调节算法的移植，并在此基础上建立智能光环境调节平台。根据作物需要的光差特性，设计了黄瓜立体环境光智能调节系统，利用冠层-间域环境监测子系统和冠层-株间LED补光子系统，实现黄瓜全株光环境信息感知与精确补光，通过ZigBee无线传输协议，实现了黄瓜整个生长周期的补光定位，并实现了各个子系统之间的通信。该系统可以有效地解决冠层新生叶光抑制、株间功能叶位补光不足、补光位置不能适应作物生长等问题，为设施光环境的精准调控提供技术支持。