2. 温室光环境与作物需求分析

补光控制策略的起点不是灯具，而是“温室里到底有多少光”和“作物到底需要多少光”。如果这两个量没有量化，控制器只能凭经验开关灯，既可能补光不足导致生长受抑，也可能过度补光造成电能浪费甚至光抑制。本节围绕三条主线展开：温室自然光在时间和空间上的分布特点、作物对光周期与光强的需求规律、以及把两者对接起来的补光阈值确定方法。

一、温室自然光分布的两个维度

自然光进入温室后，其分布可从时间维度和空间维度分别描述。时间维度上，日光光合有效辐射（PAR，单位 μmol·m⁻²·s⁻¹）呈明显的日变化：清晨与傍晚低，正午前后高，阴天整体压低且波动大。空间维度上，由于屋面骨架遮挡、覆盖材料透光率差异、温室朝向与跨度影响，同一时刻温室内不同位置的 PAR 可相差 30%～50%。此外，温室南北向不同跨间、靠近侧墙与中部区域、以及作物冠层顶部与中下部，光照条件均不相同。

工程上通常用“透光率”把室外太阳辐射折算为室内可用光：室内 PAR ≈ 室外 PAR × 覆盖材料透光率 × 骨架遮挡修正系数。例如某玻璃温室覆盖材料标称透光率 0.88，骨架与结构遮挡修正取 0.90，则综合透光率约 0.79；若正午室外 PAR 为 1200 μmol·m⁻²·s⁻¹，室内冠层顶部理论值约 950 μmol·m⁻²·s⁻¹。这一折算关系是后续阈值计算的基础，但需注意它只是估算，实际应以温室内光传感器读数为准进行校准。

二、作物光周期与光强需求

不同作物对光照的响应可分为两个层面。其一是光周期需求，即每日光照时长对花芽分化、开花和休眠的调控。长日照作物（如菠菜、生菜部分品种）在日照超过临界时长时促进抽薹开花；短日照作物（如菊花、大豆）则在日照短于临界值时进入生殖生长。补光若在夜间延长光照，会改变光周期，因此对光周期敏感的作物必须把“补光时段”纳入策略设计，而不能只看累计光量。

其二是光强需求，通常用光补偿点、光饱和点和适宜光强区间描述。光补偿点是光合速率等于呼吸速率时的 PAR，低于此值作物净消耗有机物；光饱和点是光合速率不再随光强上升而明显增加的 PAR。以常见果菜为例，番茄光补偿点约 30～50 μmol·m⁻²·s⁻¹，光饱和点约 700～1000 μmol·m⁻²·s⁻¹，适宜冠层 PAR 多在 400～800 μmol·m⁻²·s⁻¹；叶菜类适宜光强通常更低，约 200～500 μmol·m⁻²·s⁻¹。这些数值因品种、温度、CO₂ 浓度和生育期而异，应作为设计参考而非固定常数。

除瞬时 PAR 外，日光积分（DLI）是更贴近生产管理的指标，单位为 mol·m⁻²·d⁻¹，表示一天内累积的光合有效辐射。它把“光强×时长”统一起来，便于判断一天的总光量是否满足需求。例如番茄目标 DLI 常取 15～25 mol·m⁻²·d⁻¹，生菜约 12～17 mol·m⁻²·d⁻¹。补光策略若以 DLI 为目标，就能自然兼顾光强与光照时长两个维度。

三、补光阈值的确定方法

补光阈值回答的是“什么时候开始补、补到多少停”。实践中常用三类阈值，应组合使用而非只取其一。

第一类是瞬时阈值。设定一个目标 PAR 下限，例如番茄冠层目标 400 μmol·m⁻²·s⁻¹，当实测值低于该下限且处于允许补光时段时开灯。为避免云层遮挡造成频繁启停，需设置回差：低于 380 开灯、高于 450 关灯，形成 70 μmol·m⁻²·s⁻¹ 的回差带。同时设置最小运行时间和最小间隔时间，防止继电器频繁动作。

第二类是累计阈值（DLI 目标）。根据当日已累计的 DLI 与目标值之差决定补光量。例如番茄目标 DLI 为 20 mol·m⁻²·d⁻¹，到下午 14:00 已累计 12 mol·m⁻²·d⁻¹，剩余可补光时段 4 小时，则需补足 8 mol·m⁻²·d⁻¹，折算平均补光强度约为 8×10⁶/(4×3600) ≈ 556 μmol·m⁻²·s⁻¹（此处为简化估算，未计灯具效率与作物截获率）。实际控制器会按灯具实际输出和逐时累计动态修正。

第三类是时段阈值。限定补光只在光周期允许的窗口内进行，例如日出后至日落前，或对光周期敏感作物限定在清晨和傍晚各一段。夜间补光会干扰短日照作物的开花调控，必须通过时段阈值排除。

四、从需求到参数的落地示例

假设某番茄温室，冠层目标 PAR 下限 400 μmol·m⁻²·s⁻¹，DLI 目标 20 mol·m⁻²·d⁻¹，允许补光时段 6:00—18:00，灯具在冠层处实测提供 150 μmol·m⁻²·s⁻¹。控制器逻辑可设计为：在允许时段内，若实测 PAR 低于 380 且当日 DLI 未达标，则开灯；实测 PAR 高于 450 或 DLI 达到目标，则关灯；每次开灯至少持续 10 分钟，两次动作间隔不少于 5 分钟。这样既保证瞬时补光响应，又用 DLI 兜住全天总量，避免“正午短暂阴云触发长时间补光”的浪费。

需要强调的是，上述数值均为教学示例，实际设计必须以本地气候数据、温室结构参数、作物品种试验和传感器实测为依据。阈值确定后还应通过一段时间的运行记录（开灯时长、补光量、作物长势）进行复盘校准，使策略从“合理假设”逐步逼近“本地最优”。