AQu @teach: 温室控制系统

2020年9月3日 · Aqu@teach

控制系统包括照明、加热、冷却、相对湿度和二氧化碳富集的控制系统。虽然有一个完全控制的环境是有益的，但没有它，或者只有部分参数受到控制，水生养殖也可以蓬勃发展。

#灯光

适当数量和质量（PAR，400-700 nm）的最大光透射对于最佳光合作用、生长和产量至关重要。如果有太多的光在夏天，遮阳油漆或白色洗涤可以喷洒在温室的外面。这将在生长季节结束时磨损，或者可以洗掉。外部织物遮阳布由不同程度的网格尺寸制成，以排除特定光线量（例如 30%、40%、50% 的阴影）可放置在温室外部或悬挂在温室内。如果冬季光线太少，白色反光地盖可以显著提高植物冠层的光线水平（Rorabaugh 2015）。

人工灯可用于延长冬季生长季节。温室采用了各种不同的光技术，但最常见的类型是发光二极管 (LED)。与所有其他人工照明系统不同，LED 不含玻璃或气体组件：所有组件均为固态。因此，它们比其他类型的灯具更脆弱，并且可以放置在其他灯具可能受损并构成健康和安全风险的地方。然而，在温室使用 LED 照明的一个潜在的负面影响是，它们产生的辐射热量不足，从而降低了整体能源节约，因为供暖需求增加（Davis 2015）。

LED 现在可提供几乎任何波长介于 200 和 4000 纳米之间的 LED。 LED 的优点是：(i) 与其他照明源相比，其效率高 (光能输出/电能)；(ii) 发射的光是定向的，从而减少杂散光量，并确保最大的光量到达作物；(iii) 整个光谱可以通过改变照明装置中安装的 LED 的数量和颜色来针对不同的应用进行修改。因此，LED 提供了优化光处理的潜力，从而提高特定植物质量或控制植物形态和开花时间。为了生产健康的植物，需要红光和蓝光。红光最有效地用于驱动光合作用，但一般发现植物在光谱中包含一些蓝光时会更有效地生长，因为它有助于促进口腔吸收 _二氧化碳。然而，气孔对光的反应在不同物种之间确实有所不同，因此并非所有物种都会同样受益于蓝光的增加。例如，生菜中的生长率随着蓝光的增加而下降 (戴维斯 2015))。

在某些情况下，额外的光线颜色可能会带来额外的好处。当绿灯取代混合物中的一些蓝光或红光时，加入绿光可以增加生菜植物中的新鲜和干重生物量积累。绿光也可以深入植物树冠，从而推动更多的光合作用。远红光对作物整个生命周期的植物发育和性能至关重要。虽然它可以抑制生菜种子的萌发，但它可以增加叶片面积，有可能提高光捕捉和生长速度。另一方面，在作物发育的后期阶段，它将导致拉伸和螺栓连接。远红光可以发挥最大效果的区域是控制开花时间（戴维斯 2015）。

LED 还提供了以非传统方式轻作物的机会。 LED 是冷光源，因此可以放置在靠近农作物或树冠内，而光叶通常很少得到自然光或补充光。通过向树冠阴影区域的叶片添加光线，植物能够更有效地利用光线。这意味着，“互通照明” 具有增加产量的潜力，超过在树冠顶部添加的同样量的光线。在黄瓜植物和西红柿产量方面，相互照明蓝光的效果好坏参半（戴维斯 2015）。

光谱操作也可用于改善色素沉着。蓝光对于驱动花青素的合成非常重要，花青素是导致红色色素沉着的化合物之一。光在调节许多化合物的生物合成方面也很重要，这些化合物可直接改变叶子、水果和花卉的味道和香气。紫外线照射与包括柠檬香脂和罗勒在内的一系列草本植物中的油脂和挥发性含量增加有关（戴维斯 2015 年）。

在大多数研究中，光质量对作物质量的影响是在作物生长期间考虑的，但最近也考虑到了收获后光处理的影响。收获后的作物处理提供了在运输过程中提高作物质量的潜力，以延长老化的开始，从而延长保质期。接触两小时的低强度红光后，发现罗勒叶在 20 摄氏度下储存期间延迟两天（戴维斯 2015 年）。

因此，植物对不同颜色的光谱的反应可用于操纵植物，以满足不同的需求，包括：

-紫外线可用于缩短节点间

-蓝光和紫外线可用于增加植物移植前的耐受性

-蓝光可用于刺激植物生长，防止短天植物在繁殖阶段开花

-红灯可用于诱导开花，延长节间，以产生更长的茎和更大的花朵的植物

-远红光可用于控制植物的摄影

力士米广泛用于园艺用于测量高压钠灯（HPS）的强度。力克斯计的设计对电磁频谱的不同区域具有同样的敏感度，人眼对绿光最敏感。然而，对于许多园艺 LED 灯，尤其是那些以红色和蓝色 LED 为主的灯泡，发射光谱在勒克斯米相对不敏感的区域下降，即使这些光谱的实际强度很高，也可提供非常低的估计值。最适合用于植物的光测量是 PAR 光子辐照度（也称为光合光子通量密度 PDFD）。 PAR 照片辐照度表示出现在表面上的光子数量，单位是每平方秒微莫尔（µmol m ^-2 s ^-1）。由于光合作用的测量单位相似（µmol\ [CO ₂] m ^-2 s ^-1），因此使用 PAR 光子辐照度可以直接比较光量和光合作用量（[Davis]（(https://horticulture.ahdb.org.uk/sites/default/files/u3089/Lighting_The-principles.pdf) 2015 年)。

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图 13：在紫外线下生长 < https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Aquaponics#/media/File:Light_on_Aquaponics.jpg >

温度和湿度

在寒冷天气期间，加热装置将保持在最佳范围内的温度。绝缘材料（布或薄膜窗帘）可放置在作物上方或靠近屋顶，以保持作物附近的热量。夜间使用的绝缘材料可以与白天遮光所用的材料相同（罗拉鲍 2015）。

高温可能会对植物生长造成不利影响，特别是在光线可用性低的情况下。高温可能会导致诸如茎细薄、薄弱、花朵尺寸缩小、延迟开花和/或授粉/受精不良和果实套装以及花和果实流产等问题。被动通风系统包括遮阳布或遮阳油漆/白色洗涤，除了调节光强度之外，还可以帮助降温室。温室屋顶上的山脊通风口允许室内空气流出。通风口的面积应为楼面面积的 25％。卷起侧壁可用于柔性玻璃（聚乙烯薄膜）温室，以允许空气在植物上自然水平流动。与山脊通风口一样，侧壁通风口的面积应为楼面面积的 25%。冷却塔顶部的水冷垫可用于冷却周围的空气，然后滴落，从而排除下面的温暖空气。最近的温室设计可以包括一个完全收缩的屋顶，以实现自然通风。这使得温室种植的植物能够适应外部条件（罗拉鲍 2015）。

主动冷却系统涉及风扇和垫 “蒸发冷却”，其中外部的空气通过多孔的湿垫（通常是纤维素纸）拉出。来自进入空气的热量蒸发垫的水，从而冷却空气。蒸发冷却也将有助于增加温室的相对湿度。或者，雾化系统也使用蒸发冷却，但包含一个分散的水滴，从而蒸发和提取空气中的热量。该系统提供了更好的均匀性，因为雾分布在整个温室中，而不是像风扇和垫片系统那样仅靠近一个垫端。液滴尺寸越小，每个液滴蒸发速度越快，因此冷却速度越快。相对湿度可以通过运行冷却垫或雾增加，并且可以通过运行加热器或简单地通过排气来降低（Rorabaugh 2015）。

_{## 二氧化碳 (二氧化碳)}

光合作用的速度取决于二氧化碳的可用性。在春季、夏季和秋季，通风可以提供足够的 _二氧化碳，但在冬季，或在寒冷的气候中的任何时候，都会导致冷空气进入温室。然后需要加热才能保持适当的温度，这可能会变得不经济。因此，_二氧化碳的一代是在冬季或寒冷的气候中增加温室水平的有效途径。 _二氧化碳发电机可燃烧各种类型的燃料，包括天然气（最经济的）或丙烷。明火发生器还产生热量和水蒸汽作为副产品。因此，水培种植者有时会在冬季使用 _二氧化碳发生器，因为它们不会产生额外的热量或湿度，在夏季使用瓶装 CO ₂ 和计量器。由于 _二氧化碳是由植物在夜间通过呼吸释放的，因此早晨在种植室内积聚到 0.045% 至 0.070% 之间并不罕见。将定时器设置为在灯亮起一小时后开始给药 CO ₂，最后一次剂量在灯熄灭前一小时，是提供补充性 _二氧化碳的最经济方法。为了使 CO ₂ 保持在最佳水平，最好在较高的体积下短时间内给药，而不是在低容量条件下给药较长时间。 (罗拉鲍 2015). 在水生鱼类中，鱼缸通常与水培组件在同一个房间。鱼类呼吸提高系统水的 CO ₂ 水平，CO ₂ 也进入大气层。因此，不需要额外的 _二氧化碳输入，要么是非常低的（Körner * 等人 * 2014)。

#空气流通

拥有温室的一个原因是为了为所有植物创造一个 “受控环境”。然而，特别是在加热和冷却系统不运行的时候，可能会出现高温或低温、相对湿度或二氧化碳的小区，对植物生长或花卉/果实生长来说不太理想。水平空气流 (HAF) 风扇可以放置在温室的筏子里，以便在作物上方循环空气。这有助于最大限度地减少温暖或冷空气和高湿度或二氧化碳的口袋。 HAF 风扇可与热风加热系统结合使用，在整个温室内循环温暖空气（罗拉鲍 2015）。

#环境控制系统

环境控制系统可能非常简单或非常复杂。最简单的系统包括手动卷起侧通风口，打开屋顶通风口或门，或打开加热器或冷却器。简单的控制器使用温室中的恒温器操作，并自动设置日夜温度范围，打开和关闭通风口，以及打开或关闭加热器和冷却器。步进控制器还将根据加热器的数量自动控制 1 或 2 个加热阶段，并使用冷却风扇和泵控制多个冷却阶段来湿润垫。最复杂的环境控制系统使用先进的计算机，通过温室的温度传感器操作，自动设置日夜温度范围，控制加热设备，包括锅炉、根区加热、保温窗帘等，控制其他设备包括 HAF 风扇, 排气扇, 通风口, 垫泵, 雾化系统等, 控制相对湿度, 并根据照明要求控制遮阳帘和人工照明. 先进的计算机还可以监控外部气象站，并利用收集的数据（光、温度、相对湿度、雨水和风）来控制温室的内部条件。他们还可以自动使用光量（例如 X ml 溶液 /Y 光量），控制浇水时间、浇水持续时间、营养液 pH 值和 EC 以及喷雾（Rorabaugh 2015）来操作发酵器系统。

温度和湿度

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