促进植物生长的气调系统及其控制方法与流程

本发明属于植物生长控制，涉及一种植物生长气调系统，尤其涉及一种提高植物光合效率，促进植物生长的气调系统及其控制方法。

背景技术：

1、植物有光合作用也有呼吸作用，呼吸作用包括光呼吸和暗呼吸两种。光呼吸(photorespi rat ion)是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程，是光合作用一个损耗能量的副反应。

2、植物的暗呼吸是指植物在无光条件下的有氧呼吸作用，一般称为呼吸作用；暗呼吸的名称是相对光呼吸而言的。暗呼吸是植物体吸收氧气和放出二氧化碳的氧化还原过程；呼吸底物为糖类、淀粉、脂肪、蛋白质和有机酸等，这些底物被氧化还原为二氧化碳和水。

3、暗呼吸是植物生长发育中不可缺少的生理生化过程,而光呼吸是否也为植物所必需,目前还不能肯定。但是,在光期由于植物的光呼吸通常比暗呼吸快2～3倍,消耗的光合产物高达30～50％；因此光呼吸是一个浪费能量的过程,至少是限制光合效率的一个重要因素。因此,控制光呼吸可以减少光合产物的损耗,是提高光合效率、争取作物高产的有效措施之一。

4、在空气中，氮气(n2)约占78％，氧气(o2)约占21％，二氧化碳约占0.03％。co2是植物光合作用的重要原料之一，植物光合过程需要吸收大量的co2，但是，大气中的co2浓度很低，只有350ppm左右。如果只依赖于空气中的co2，远远不能满足植物光合作用的需求。环境中的o2浓度对光合作用是有影响的，绿色植物的光呼吸就是在高氧低co2浓度的情况下发生的一个生化过程。

5、如今，植物生长控制系统还没有针对植物光呼吸进行相应控制的方式；因此，迫切需要设计一种新的减少植物光呼吸的植物生长控制系统。

技术实现思路

1、本发明提供一种促进植物生长的气调系统及其控制方法，可提高co2浓度促进光合速率；同时降低o2浓度，并控制n2、o2与c02的气体比例，并使其保持在稳定状态，以减少光呼吸，提高植物光合效率、促进植物生长发育。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：

3、一种促进植物生长的气调系统，所述气调系统包括：植物培养室、空调、至少一培养架、至少一送风机构、排气气体流量计、气泵、自动排气机构、二氧化碳输送调节装置、氧气调节装置；

4、所述培养架、空调设置于所述植物培养室，所述培养架包括至少一层培养层，所述培养架上设置送风机构；

5、所述植物培养室连接有排气管路，所述排气管路连接所述排气气体流量计及气泵，气泵能将所述植物培养室内的气流排出；

6、所述植物培养室设有自动排气机构，在植物培养室的气压高于室外的气压且压差达到设定条件的状态下，自动排气机构将自行打开；当室内外的气压差为零时，自动排气机构自动闭合；

7、所述二氧化碳输送调节装置包括：二氧化碳输送单元、第一控制电路、第一气体流量计、第一电磁阀、二氧化碳浓度检测单元、第一过滤器及第一气体输送管路；

8、所述二氧化碳输送单元与第一气体输送管路连接，所述第一气体输送管路还设有第一气体流量计、第一电磁阀、第一过滤器；所述二氧化碳浓度检测单元设置于所述植物培养室内；

9、所述第一控制电路分别连接第一电磁阀及二氧化碳浓度检测单元，能根据二氧化碳浓度检测单元获取的数据控制第一电磁阀的状态；

10、所述氧气调节装置包括：氮气输送单元、第二控制电路、第二气体流量计、第二电磁阀、氧气浓度检测单元、第二过滤器及第二气体输送管路；

11、所述氮气输送单元与第二气体输送管路连接，所述第二气体输送管路还设有第二气体流量计、第二电磁阀、第二过滤器；所述氧气浓度检测单元设置于所述植物培养室内；

12、所述第二控制电路分别连接第二电磁阀及氧气浓度检测单元，能根据氧气浓度检测单元获取的数据控制第二电磁阀的状态；

13、所述第一气体输送管路的出口、第二气体输送管路的出口设置于所述空调的出风口，空调能将第一气体输送管路、第二气体输送管路输送的气流吹送至植物培养室内。

14、作为本发明的一种实施方式，所述第一控制电路用以在二氧化碳浓度低于或不高于第一阈值下限时，控制第一电磁阀打开，补充二氧化碳；在二氧化碳浓度高于或不低于第一阈值上限时，控制第一电磁阀关闭，供气停止；

15、所述第二控制电路用以在氧气浓度高于或不低于第二阈值上限时，控制第二电磁阀打开，补充氮气；在氧气浓度低于或不高于第二阈值下限时，控制第二电磁阀关闭，供气停止。

16、作为本发明的一种实施方式，所述植物培养室设有排气口，所述排气口设置所述自动排气机构；所述自动排气机构包括过滤网及排气窗；

17、所述过滤网设置于所述植物培养室的排气口处；所述过滤网设有第一磁力吸合机构，所述排气窗设有第二磁力吸合机构。

18、作为本发明的一种实施方式，各培养层用来放置植物，各培养层分别设有送风机构。

19、作为本发明的一种实施方式，所述植物培养室为人工光植物工厂或植物组织培养室或密闭性好的温室；

20、所述植物培养室为密闭型培养室，在光期，植物培养室空气的换气次数小于0.2次/小时，室内的空气进行内循环。

21、作为本发明的一种实施方式，所述二氧化碳输送单元包括二氧化碳存储容器、二氧化碳减压阀，所述二氧化碳存储容器连接二氧化碳减压阀；所述氮气输送单元包括氮气存储容器、氮气减压阀，所述氮气存储容器连接氮气减压阀。

22、作为本发明的一种实施方式，所述二氧化碳存储容器为二氧化碳钢瓶，所述氮气存储容器为氮气钢瓶。

23、根据本发明的另一个方面，采用如下技术方案：一种上述气调系统的控制方法，所述控制方法包括：

24、二氧化碳浓度检测单元检测植物培养室内二氧化碳的浓度；在二氧化碳浓度低于或不高于第一阈值下限时，控制第一电磁阀打开，补充二氧化碳；在二氧化碳浓度高于或不低于第一阈值上限时，控制第一电磁阀关闭，供气停止；

25、氧气浓度检测单元检测植物培养室内氧气的浓度；在氧气浓度高于或不低于第二阈值上限时，控制第二电磁阀打开，补充氮气；在氧气浓度低于或不高于第二阈值下限时，控制第二电磁阀关闭，供气停止。

26、作为本发明的一种实施方式，所述控制方法进一步包括：

27、在光期开始时，启动气泵将植物培养室的气体抽出设定部分，然后立即输入二氧化碳和氮气；

28、二氧化碳存储容器中的二氧化碳通过第一气体输送管路将二氧化碳输送至空调的出风口处，氮气存储容器中的氮气通过第二气体输送管路将氮气输送至空调的出风口处；空调的气流将二氧化碳和氮气均匀的输送到整个植物培养室，再由培养架各层安装的风扇将气体均匀地分配给植物。

29、作为本发明的一种实施方式，所述控制方法进一步包括：

30、在植物培养过程中，根据植物的种类和生长情况调节二氧化碳浓度和气流速度；在植物培养时，气体的流速或循环速度随植物培养时间的延长逐渐增大或者随光合作用的增强而不断增加；

31、控制氮气、氧气与二氧化碳的浓度比例，并在室内空气的内循环中，将其比例保持在设定稳定状态。

32、作为本发明的一种实施方式，利用抽气充氮快速降氧的方式，在光期开始时，启动气泵先将培养室的气体抽出一部分，然后立即输入二氧化碳和氮气；在植物培养室中输入纯氮气以降低氧气浓度，在理想条件下的计算公式如下：

33、

34、其中，y是补充氮气的体积，单位为米3；n是设定的氧浓度百分比；v是植物培养室的体积，单位为米3；x是抽出空气的体积，单位为米3。

35、本发明的有益效果在于：本发明提出的促进植物生长的气调系统及其控制方法，可促进植物的光合速率，减少光呼吸，提高植物的光合效率，促进植物生长。

36、在植物进行光合作用时，本发明可提高培养室的co2浓度，降低o2浓度，同时控制n2、o2与c02的气体比例，并使其保持在稳定状态，以减少光呼吸，提高植物光合效率、促进植物生长发育。

37、本发明一方面通过增加培养室空气中的co2浓度来提高植株光合速率，促进植物的生长与发育；另一方面，通过降低培养室空气中的o2浓度来抑制或减少光呼吸，减少光合产物的消耗，提高光合效率。通过这两方面的调控手段，不但可以显著促进植物的生长，提高植物的产量和品质；而且可以缩短培养周期。培养周期的缩短不仅可以提高单位时间和单位面积植物的培养数量，而且可以降低电耗，提高资源的利用率，进一步降低生产成本。

38、本发明采用充氮降氧的方式，因为氮气是空气中含量最多、无色、无毒、无味的惰性气体。在工业生产和日常生活领域，氮气被广泛用作保护气体，并用来进行蔬菜、水果的保鲜。环境中的o2浓度对光合作用是有影响的，绿色植物的光呼吸就是在高氧低co2浓度的情况下发生的一个生化过程。因此，为了提高植物的光合效率，一方面需要补充co2，促进光合速率；另一方面需要降低o2浓度，抑制或减少光呼吸，以减少光合产物的消耗，提高植物的产量。