[发明专利]一种高效二氧化碳施肥装置及施肥方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效二氧化碳施肥装置及施肥方法，属于设施农业工程技术领域。

背景技术

近年来，随着设施工程技术和栽培育种技术的不断进步，设施农业植物产量也得到了极大的提高。但是，由于不适生长环境因子(如CO₂浓度、光照强度、温度等)及病虫害等的影响，设施农业植物实际的产量只发挥了其生产潜力的24％左右，其中不适生长环境已成为植物产量最重要的限制因素。与设施农业环境控制技术发达的荷兰和日本相比，中国设施农业植物的平均产量分别为其平均产量的1/6和1/3左右。其主要原因为，中国的农业设施主要以大棚和日光温室为主，室内环境调控能力较差。而CO₂是植物进行光合作用的原料之一，其浓度是影响植物生长的一个很重要的环境因子。如图9所示，光合速率与光强和CO₂浓度关系示意图。在设施农业生产中，植物进行光合作用会消耗大量的CO₂，若室内CO₂得不到及时补充，CO₂浓度会迅速下降。过低的CO₂浓度已成为设施植物光合的主要限制因素，制约了植物生长发育，降低了植物产量和品质。

目前已经对如何提高温室内CO₂浓度展开相关研究，如高浓度CO₂施肥法，可一定程度上提高光能利用效率，但CO₂利用率低。因为CO₂施肥利用效率与设施(比如温室)密闭性有关，对于密闭性较好的温室(换气次数为0.5h^-1以下)，CO₂逸散速率小，即使室内CO₂施肥到较高浓度(如1000μmol·mol^-1)，CO₂利用效率也可维持在较高水平(0.6左右)；但在通风状态下，温室换气次数一般在10h^-1以上，若室内CO₂浓度高于室外CO₂浓度水平，则增施的CO₂90％以上会逸散到室外，经济效益较低；而CN103314694A所述的零浓度差CO₂施肥法，采用的是ON/OFF控制方法，容易出现CO₂过充现象，造成CO₂浪费；并且由于在作物CO₂饱和点以下，光合作用随着CO₂浓度的升高几乎成直线增强，较低的CO₂浓度(室外水平或更低)限制了作物的光合速率，尤其是在较强的太阳辐射下(如图9)。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种高效二氧化碳施肥装置及施肥方法，其可进一步提高植物的光合速率、提升光能以及增施CO₂的利用效率，减少CO₂逸散率，降低运行成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种二氧化碳施肥装置，包括CO₂施肥自动控制系统；其中，所述CO₂施肥自动控制系统包括控制器、以及分别与其连接的太阳辐射传感器、CO₂传感器、温湿度传感器、CO₂存储及输送单元、天窗控制开关、降温设备；

其中，所述控制器(即电脑及其控制软件)，用于处理各传感器提供的数据，并控制CO₂存储及输送单元、天窗控制开关、降温设备的开启与关闭，以及控制CO₂的施加速度；其控制单元采用比例积分微分PID模块；

其中，所述太阳辐射传感器，用于监测温室外太阳光辐射强度数据，并将数据传至控制器；

其中，所述CO₂传感器，用于监测温室内外CO₂浓度数据，并将数据传至控制器；

其中，所述温湿度传感器，用于监测温室内外温湿度数据，并将数据传至控制器；