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叶菜室内垂直工厂的环境控制，其核心在于通过光、温、湿、气、水、智六维协同调控，构建一个与外界环境隔离、可精准模拟并优化植物生长条件的“人工气候室”。其原理并非简单的设备堆砌，而是一个基于传感器数据、AI算法与自动化执行器的闭环智能系统，旨在实现资源利用效率与作物产量、品质的最大化。

一、光环境控制：定制“光配方”以驱动光合作用与形态建成

光是植物工厂的能量来源，其控制已从简单的“开灯补光”发展为按需定制的动态“光配方”管理。

光谱定制：系统采用可调光谱LED光源，根据叶菜不同生长阶段调整红蓝光比例。例如，苗期以蓝光（450–470nm）为主（占比约70%），以促进叶片分化和根系发育；生长期则增加红光（630–660nm）比例（如红光80%+蓝光20%），以加速光合物质积累。对于药用叶菜或特殊品种，还会补充紫外光（UV）以提升次生代谢物含量，或使用远红光（730nm）调控光形态建成。

光强与光周期调控：叶菜适宜的光强范围通常在1.5万–4万Lux之间。通过使用反射材料（如铝箔幕帘）和移动式、升降式LED灯设计，可以增强下层光照均匀性，避免阴影遮挡。光周期（每日补光12–16小时）被严格调控，例如通过夜间补光来抑制生菜抽薹。智能系统还会结合夜间低谷电价运行LED，以降低高达30%的能耗成本。

二、温湿度与气体环境控制：模拟自然节律并维持最佳生理条件

温、湿、气三者协同，共同构成影响植物蒸腾、呼吸与光合作用的关键环境因子。

温度精准控制：系统将栽培区温度稳定在白天18–26℃、夜间10–18℃的范围内，通过维持6–10℃的昼夜温差来模拟自然节律，促进物质积累。技术手段上，采用水冷空调结合相变材料（PCM）储热/释热来缓冲温度波动（精度可达±0.5℃），并创新性地回收液冷LED产生的废热来预热营养液，实现节能。

湿度管理与VPD调控：相对湿度通常维持在60%–80%之间，以防高湿引发病害或低湿导致过度蒸腾。通过超声波雾化加湿与热泵除湿机联动，并回收95%的冷凝水进行循环利用，实现高效的水分管理。更关键的是对饱和水汽压差（VPD）的协同调控，系统通过算法维持VPD在0.5–1.5 kPa的最佳区间，例如在高温时段优先降温辅助除湿，在高湿时段则升温并加强通风。

CO₂浓度增效：在封闭环境中，将CO₂浓度从自然状态的约400ppm提升至800–1500ppm，是提高光合效率的关键。在光合作用高峰期，将CO₂浓度提升至1500ppm可实现约20%的增产。系统通过CO₂发生器与分布式风道，配合强制换气，确保气体在垂直空间内均匀分布。

三、营养液（水肥）管理：闭环循环与根系环境精准优化

无土栽培的核心在于对根系直接接触的营养液进行智能化管理。

参数动态调控：营养液的电导率（EC值）和酸碱度（pH值）根据生长阶段动态调整。例如，生菜苗期EC值为1.2–1.5 mS/cm，生长期升至1.8–2.6 mS/cm，采收前又降至1.5–1.6 mS/cm以防止苦味；pH值则稳定在5.5–6.5之间。同时，通过维持营养液溶解氧在4–5mg/L，保障根系呼吸。

闭环循环与配方优化：系统构建了营养液回收、过滤、消毒再生的闭路循环，水肥利用率超过90%，节水率高达95%以上。营养液配方也呈阶段化，例如在生长期提高钾元素比例（N：P：K=1：1：3），在采收前降低氮元素以防止硝酸盐累积。

四、智能化系统集成：数据驱动与自动化执行

上述所有环境因子的调控，最终由一个高度智能的中枢系统统一指挥和执行。

实时监测与AI决策：通过部署超过500个传感器组成的物联网网络，系统以毫秒级频率实时采集温湿度、光照、CO₂、EC/pH等全方位数据。AI算法基于这些数据与作物生长模型进行融合分析，预测生长趋势并动态调整各设备参数，实现从“开关控制”到“线性模拟”的进化。

自动化设备联动与远程控制：中央控制系统可自动联动所有设备。例如，当温度超过26℃时自动启动水冷空调，湿度高于85%时触发除湿机。从播种机器人（效率达6万粒/小时）、AGV物流车到机械臂采收（800株/小时，损伤率<5%），实现了全流程的无人化作业。管理者可通过云平台和手机App进行远程监控与干预。

五、空间与能源协同优化：提升整体系统效能

垂直工厂的设计本身也是环境控制的一部分。

垂直空间环境均一性保障：在4-6层甚至20层的立体栽培架中，通过层间循环风扇和梯度压差通风技术，减少各层之间的温湿度梯度（层间差可控制在≤1%），确保每一棵作物都处于最佳环境。

能源整合与可持续性：系统积极整合清洁能源，如利用光伏供电覆盖30%-50%的能耗，并结合分时电价策略，在夜间低谷时段运行补光、空调等高能耗设备，大幅降低运营成本与碳排放。

总结而言，叶菜室内垂直工厂的环境控制原理，是一个将农业生物学、环境工程、信息科学与自动化技术深度融合的复杂系统。它通过对光、温、湿、气、水等生长要素的高精度、动态化、协同性调控，在有限空间内创造出了超越自然条件的、稳定且高效的生产环境，这是其能够实现周年连续生产、产量倍增、资源节约和产品安全的根本技术基石。

文章来源：叶菜侠科技