[发明专利]调节植物生长或特性的系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种调节一株或多株含有叶绿素植物上至少一个部位的生长 或特性的系统。

背景技术

在受控条件如温室、生长室或生长仓里种植植物，通常包括监测植物环境 和控制参数，如光、水汽压、温度、CO₂分压和空气流动，通过经验性的方法 调节环境的微气候来优化植物的生长和光合作用。植物的特性也能被调节，这 些能被调节的特性包括植物上至少一个部位的定量形态学、生理和生化特征。

在种植业的许多领域，要将光合作用反馈引入到气候控制算法或模型中， 确定一株或一组植株生理状况的能力至关重要。基于原位监测(in situ monitoring)有关光合过程，通过对生长条件进行细致而有计划的巧妙操作， 可以优化作物或植株的光合作用。有关和短期植物反应与生长必要条件的确定 有关，生长必要条件不仅通过气候控制，还通过生产过程、肥料、光的品质和 强度、作物品质控制。所有这些反应最终将影响经济收益。例如，林业每年再 植数百万树苗，这些树苗最初在受控的环境下成长，在树苗发育的特定和关键 时期被移植到田野。然而就常绿针叶树而言，仅通过外观特征很难确定树苗是 否已经达到可被成功移植到野外的生理状态。另外，在受控环境下，从植物外 观也很难确定光的品质和强度对植物的健康和经济效益来说是不是最理想的。 类似的，基于植物外观征在早期确定植物胁迫(plant stress)，肥料和水分状况、 放牧和物理损伤对植物活力的影响即便是可能的，也是相当困难的。在出现可 见的胁迫时，作物可能已经错过了恢复的最佳时期。

要想有效地控制温室作物的气候、灌溉、营养及光照这些要素，以达到有 利地调节和控制作物的生长和特性的目的，就必须将“植物传感器”和模型整合 到系统的前馈/反馈元件中。前馈控制器如灯光输出为植物生长提供必要输入， 能预计其对温室气候和光照环境的干扰和影响，并能在精确设定的范围内进行 调节。为个别作物品种开发的具体作物模型，应基于来自植物胁迫传感器和生 长监测传感器(作物传感器)的数据，而且应能估计生长要素的变化将如何(例 如光源的光谱质量)影响或调节结果(例如开花期)及其带来的益处。作物传 感器获得的数据与基于算法(软传感器)的模型结合，反过来指导特定地改变 光强度和/或品质，使其对植物生长过程或特性产生有利的影响。

发明内容

本发明主要涉及一种通过以下步骤调节植物生长或其特性的系统：1)测 量植物环境参数如温度、气压、相对湿度、CO₂、光照、以及植物生化特性；2) 传递分析结果；以及3)使用前馈/反馈循环控制该系统。本发明以自我维持 (self-sustaining)的方式调节至少一种含有叶绿素植物的至少一个部位的生长 和/或特性。本发明通过改变至少一种含有叶绿素植物的至少一个部位的形态 和/或生化特征，如光合作用、激素调节、次生代谢物和次生特性，来实现其 功能，基于经济收益管理作物生长或其特性。

本发明公开了一种调节一个或多个含有叶绿素的植物的至少一个部位的 生长或特性的系统，该系统包括：

至少一个发光器件，例如一个发光二极管(LED)，用于照亮上述至少一个部 位；

至少一个光传感器，用于接收上述至少一个部位周围的光；

一处理器；

以及通信设备，便于上述至少一个光传感器、上述至少一个发光器件和处理器 之间的通信。

术语“接收光”包含接收来自该植物的至少一个部位的直射光(irradiance)、 反射光以及重新发出的光。在一实施例中，上述至少一个发光器件位于与发光 器件相距最少“d”的位置。实施例中，“d”是20、30、40、50、60、70、80、90、 100、110、120、130、140、150cm中的一个。在一个实施例中，上述至少一 个光传感器(4)位于与发光传感器相距“D”的位置。实施例中，“D”为20、30、 40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150cm中的一个。

处理器通过通信设备从上述至少一个光传感器读取数据。处理器基于数据 和参照产生控制信号，基于该控制信号，通过通信设备控制上述至少一个发光 器件，如一个发光二极管(LED)，照亮上述植植株至少一个部位，以调节或 改善生长和/或特性。