张 梅，马 伟，唐 境，李 星，许 娟（1.成都农业科技职业学院，成都 611130；.成都农业科技中心，成都 610000；3.成都农业科技职业学院5G+智慧农业技术应用研究中心，成都 611130）

家庭型植物工厂是指在人们日常家居环境中，依靠人工光和水培方式，对作物生长微气候环境进行控制，实现蔬菜连续高效培育的小型设施，起到家庭蔬菜生产和心情调节的作用。家庭型植物工厂多用于栽培叶菜，根据需要调整人工光配方，也可以栽培果菜。蔬菜的品质好坏受到栽培过程中的光、温、肥的影响。光、温、肥胁迫是通过人工手段改变作物生长的外界环境，研究作物外界环境的极限条件，作物和外界环境的响应关系。作物由于受到胁迫，正常的生长因此受到影响。本文探索光温环境对家庭植物工厂作物生长的影响。

材料和方法

试验材料

所用试验材料为奶油生菜，品牌为“华煜”，在河北省青县繁育，播种日期为2021 年12 月4 日。栽培箱容积可调节，本次试验单层栽培，栽培面积0.4 m2。水培的肥料采用复合肥和水按照5:20 比例稀释后，加入栽培箱的纯净水中。试验在室温条件下进行，7 天内平均温度为7～10℃，室内光环境为自然光环境。

试验方法

采用2 套配置相同的家庭型植物工厂，在同等条件下进行栽培。先进行光胁迫试验，具体方法是第一组栽培采用间隔2 天，补光6 h；第二组栽培每天补光6 h。然后进行温度胁迫，将栽培溶液加热到45℃以上，持续24 h 后恢复到室温。

数据处理方法

采用图像处理的方法，通过俯视图和侧视图，求出生菜的叶面积（图1）。

图1 提取的生菜图像

结果和分析

光胁迫对生菜的影响

采用不同的补光方案对同时播种的生菜进行补光，根据生菜的生长需要，选用生菜专用的补光灯，采用白光、红光、蓝光组合（图2）。正常进行人工补光的分组每天都进行累计时长6 h的补光，作为对照组的生菜，采用缩短补光时间的方法，补光时间缩减到1/3。播种后第7 天，两组存在显著的差异，如图3 所示，采用上图的图像数据处理方法统计，减少补光分组栽培的生菜茎叶细长，叶片面积较小；减少补光分组的叶面积不足正常补光组的叶面积的40%。播种后第10 天，减少补光组的叶片面积持续下降，不足正常补光组的28%。试验结果说明光对生菜生长具有重要作用，在第7 天之后差距逐渐加剧，补光不足会引发生菜长势不良。

图2 LED 补光灯

图3 人工补光处理

温度胁迫对生菜的影响

通过逐步升高温度来观察在正常人工补光条件下，温度对生菜的影响。先将正常补光的分组放置在家庭型植物工厂架子上，在架子下1 m 位置处放置加热设施。先将生菜周围温度从15℃加热到25℃，水培溶液加热到22℃，温度保持3 天，即到了播种13 天后，生菜长势旺盛，见图4，说明温度提升显著加快了生菜的长势。

图4 生菜长势俯视图

从图5 也可看出，从栽培基质外部对比根系的长度、粗细和颜色，生菜的根系比之前更加发达，温度的提升同时促进了叶片和根系的快速生长。为了更好的统计升温对生菜的影响，需要通过实时获取叶面积和叶片边缘的缺水情况，观察升温胁迫对叶片水分的影响，因此图像处理方法需要满足条件包括检测速度快，对硬件要求低，稳定光源下识别准确率高。为了观察和统计升温对生菜生长和边缘的影响，通过HSV 阈值分割的方法，快速识别出稳定光源场景下生菜俯视图和侧视图中的叶片形状和轮廓，见图6。结合计算出的生菜叶面积，比升温前的叶片面积增加了11 倍以上。试验结果可为后续的生菜管理、采收等环节的装备研发和栽培工艺提供数据支撑。

图5 生菜生长侧视图

图6 稳定光源场景下生菜俯视图和侧视图

试验使用家用型加热器，品牌为“格力”，通过加热装置升温，营养液温度最高可至45℃，持续24 h 后通过提取的图像发现叶片的边缘开始脱水枯萎，说明升温影响了生菜的叶片生长。停止加热60 h 后，再一次统计生菜叶面积，结果发现生菜的叶面积没有变化，根系变黑，见图7。在经过70 h 后统计发现，叶面积仍无变化。可见升温损坏了生菜的叶片和根系，抑制了生菜的正常生长。

图7 升温后生菜叶片

总结

本文利用家庭型植物工厂栽培生菜，通过试验探索光、温胁迫的方式对生菜的影响，通过图像处理的方法，定量地获得光、温胁迫条件下生菜的变化。研究表明，人工光对植物的长势有显著影响，补光不足会制约生菜的生长。冬季升温到25℃能有效促进生菜生长，但升温到45℃以上会损伤生菜的叶和根，抑制生菜生长。