LED植物生长灯取代传统高压钠灯有效帮助植物生长

2018-04-10 15:52:29 108

LED植物生长灯取代传统高压钠灯有效帮助植物生长

随着LED照明应用逐渐扩展,愈来愈多业者注意到LED生物照明商机。以加拿大为例,温室栽培蔬果的年销售额超过11亿美元,如何为温室提供有效光照,成为支持温室栽培生产与提高营收的关键。针对产量方面,即便在温度适中、养分和水分充足等条件下,温室栽培仍会因光照受限而有所影响。加拿大麦基尔大学(McGillUniversity)研究员认为,目前温室栽培常用补充光照的方式,如传统的高压钠灯,对于植物生长来说并非最有效的光源,因而积极寻求其他替代照明。研究员指出,植物光合作用所需的光线,波长在400nm到700nm左右,尤以蓝光区和红光区,最接近植物光合作用的效率曲线。他们认为种植者能利用LED植物生长灯,依需求组合特定波长的光,将光转化成光合有效辐射。不仅能提升植物产量,还能控制对植物生长无效的波长。另外也进行相关实验,测试LED灯能否能降低温室栽培的照明成本。

  红蓝LED 5:1表现最佳红光LED增加植物物质
植物生长灯|LED组培灯|LED花期灯  科学家以水耕栽培番茄为测试对象,以三种红蓝光LED灯比例,分别按三种光强度进行为期120天的测试,同时与其他几种补光方式进行比较,包括百分之百高压钠灯、百分之百红光LED灯、高压钠灯与红光LED灯各半,以及无任何补光等。结果显示,水果产量最多的五种光照方式,依序为红蓝LED比例5:1高光强度、5:1中光强度、5:1低光强度、19:1高光强度,以及百分之百LED照明。利用LED照明辅助植物生长,效果比高压钠灯来得理想,也表示温室栽培出现改善的照明方法。另一方面,实验结果也显示,高光照度提升了植物生长物质以及水果产量。19:1比例能产生最多植物物质,5:1则能提高水果产量。麦基尔大学研究员指出,增加红光LED灯数量能增生植物物质,水果产量则略降。因此,LED植物生长灯在加强温室人造光照系统方面,经相关研究人员认为是极有助益的方法。

植物生长灯的设计和光源配比理论:

植物生长灯的设计依据是种植工艺,如生菜的日辐射量过大,会导致生理障碍性钙缺乏,也有可能会发生光抑制,合理的日光合量设定很重要,种植工艺包括:植物光合作用的日辐射量和种植周期的辐射总量、植物品种与种源以及是否LDP或SDP,种植方法与基质、种植环境与控制等;对于与种植紧密联系的植物生长灯光谱形态和日辐射量首先是由种植品种的种植工艺确定,我们的设计规范中,我们采用的是种植工艺专家系统,系统中的植物种植的日辐射量决定PPFD与光周期,PPFD决定PPF,PPF决定植物生长灯设计与工艺,PPFD决定灯具安装高度与数量,PPFD还决定通风量与二氧化碳的补充,这些参数都可以通过计算得出,通过辐射总量可以推算出种植成本;这里可以看出,光谱形态与辐射量(光质)首先需要确定在什么环境下用什么方法来种植什么品种才能正确设计LED植物生长灯的光谱,植物种植工艺是把农业种植与工业控制紧密联系的内在因素,因此,植物生长灯的光谱设计依据只能来源于种植工艺要求。
1、混合式的温室补光
对于采用太阳光与补光灯结合方式的温室种植和混合式的植物工厂,准确的做法是需要做自然光的辐射场光谱分析,确定补光量,对于没有条件进行光谱分析的场地,可以测试照度值的平均值,把照度的平均值除以55,就可以得出太阳光下种植面的PPFD值,用这个值确定植物生长灯的补光量,这个简单方法对于项目规划和成本核算非常有用,混合式的温室补光可以减少或者不用绿光波段,是否需要绿光辐射补充需要通过测试太阳直射和散射光的绿光辐射量来决定,关于绿光辐射对植物种植的作用机理,我们会做作专题介绍。

2、完全人工环境下的光谱
在完全人工环境下的种植,尽管红蓝波段的光照对叶菜类的种植有明显的效果,但水培蔬菜的口感仍然是提高蔬菜品质的关键,我们建议采用白光加红光的光谱,完全人工环境下的光谱设计,需要综合考虑二氧化碳浓度,通风量,环境温度,基质或营养液的控制,层架结构设计等因素,许多层架式立体种植为了增加种植层数,尽量降低营养液槽高度,这种方法会降低营养液的均衡性,影响光谱的吸收效率,完全人工环境下的光谱设计重要目标是种植的品质控制,只是完成植物生长过程的种植是没有市场竞争力的。

关于全光谱植物生长灯的误导
有些LED植物生长灯标称是全光谱,可能是想表述其光谱成分丰富,这里有一个关键的概念,那就是全光谱的“全”是如何定义的,是由谁来定义的,波长范围到底多宽才能称之为“全”,尽管太阳光的光谱是最全的,在研究太阳光照下植物光合作用的时候,PAR值也只是在400nm-700nm范围来描述,许多标称全光谱的LED植物生长灯加有UV和IR部分波段,但还是用PPFD表达参数,由于PPFD并不描述UV与IR的辐射量,这种全光谱植物生长灯的参数描述表现出低级错误,我们认为,植物生长灯的波长范围只是光谱吸收效率函数的定义域,而不是吸收效率函数的值域,光谱的吸收效率才是衡量光合作用效果的指标,把宽波段范围或者多波段的光谱称为全光谱,不能代表植物生长灯的有效性和兼容性,用全光谱表述植物生长灯不严谨,往往会误导种植者的应用;光谱的波长定义域范围的设定仍然与种植工艺相关,是种植工艺决定光谱设计的定义域,而不是基于光谱下的种植,植物生长灯与植物工厂是跨界产品,有些现象是工业人忙着研究种植,农业人忙着研究光谱,知识延伸只是为了沟通和理解,光谱设计的专业合作与专业分工更加有助于产业快速提升。

植物生长灯光谱研究的复杂性
就LED光源来说,相同的PPFD值,光谱形态可以不同;相同的PPFD,二次光学设计需要的光源ppf值也不同;相同的ppf值,灯具的效率不同,PPFD值也不同;ppfd相同,光谱的形态没有做对,种植效率也不同;即便上面的条件相同,植物的种源不同,生长环境与基质不同,种植效果也不同;此外,相同的LED植物生长灯还受到二氧化碳浓度、通风量、温度控制等环境因素影响种植效果,在种植效率与品质符合种植工艺要求下,植物生长灯最需要制造工艺来保证能耗指标降到最低,这一点是非常重要的,光谱研究的复杂性表现出目前植物生长灯的多样性,由于目前没有评估标准,市场上的植物生长灯才百花齐放,百家争名。