植物照明的关键因素及对照明产品的要求

2018-05-29 15:42:42 5

近年来,随着设施农业的快速发展,对植物照明的研究越来越多,LED光源以其特有的优势,使其在植物照明领域被广泛应用。由于植物生长对光环境的光学参数有一定的要求,因此需要有相应的测量技术及仪器来精确测量光环境的光学参数是否符合相应植物的生长需求,以此选择出合适的光源,确定光源的数量及排布,根据植物对光的合理需求为光源研制应用提供适宜的方案。


  LED照明产品在用于植物栽培照明时,不仅要考量其基本的光度、辐射度性能,还需根据植物的光合作用特性,在光量子系统和植物光度系统中考量植物受照面的光量子密度以及植物光度学参数,从而综合评价植物照明光源的性能。

  植物照明的关键因素及对照明产品的要求

  首先,光质。植物一般依靠叶片中的叶绿素吸收照射光,其吸收波段一般处于蓝光和红光区域,如图1所示。吸收光在植物体内经光合作用转换为有机能量,用以生长繁殖。因此,对于植物照明产品,首先应考量其吸收波段的辐照度,一般为400nm~500nm蓝光和600nm~700nm红光波段的辐照度,以及需要确定所选组合植物照明的光谱组成、范围、峰值波长和色温等。

  其次,光密度。植物接受光密度不同,将直接影响植物的生长发育和结构特征。如光密度减弱时,会出现同作物减少,花芽分化推迟、子房发育不良等现象。由于,植物与人眼对光谱的响应特性不同,人眼对光的感知量一般在光度系统中实现测量,而植物的光合作用则一般在光量子系统和植物光度系统中实现测量评价,评价参数为光量子通量密度(PPFD)。Mc.Cree通过大量的研究表明在400-700nm之间,用光量子通量密度评价光合作用的有效辐射能取得与实际光生物效应符合较好的效果。

  再次,光均匀性。由于LED发光具有较强的方向性,且可能存在空间光色分布均匀性,因此,在大面积种植场合,还应考察植物受照面上辐射照度均匀性,以获得高质量的均匀照明环境。

  最后,昼长。不同植物对光谱的需求不同,不同生长阶段对光谱的需求也不同,设施农业中的人工补光必须遵循植物的光生理特性,才能达到最佳的补光效果。因此,不仅需要准确测量LED光源的光谱组成,还要能够知悉照度随时间变化的情况。

  植物生长用LED照明产品的测量

  以往在植物照明领域,常使用光量子计来进行测量,但光谱的匹配实际很难做到完美匹配,甚至失匹配会相对严重,对测量精度影响较大。随着光谱测量技术的发展,基于光谱法的测量技术和设备也日趋成熟,并逐步应用至植物照明检测领域。

  植物光合作用的光谱相应曲线与人眼的光谱光视效率曲线不同,因此在评价各种光源的照射效果时,需按照植物的光谱响应曲线评价照射效果。而光谱法不仅不存在任何失匹配问题,而且可以在全光谱范围内对照明产品的光质、光密度、光照均匀度各方面性能进行评价。但一般的光谱测量存在线性较差和杂散光影响等问题,从另一方面限制了测试精度,也对测量设备提出了新的要求。

  小结

  LED植物照明产品的性能评价涉及多个计量系统,评价参数较多,且其光谱较窄,无论是对测试硬件还是软件,都有较高要求,如光辐射探测器的匹配问题以及光谱测量的精度等。

  LED植物照明厂商以及相关科研机构应根据自身或标准要求,以光照对植物的影响为依据,选择合适的测量方案,全面而客观地评价LED植物照明产品的各项性能,进而设计植物生长照明系统或补光方案,做到绿色照明、高效照明。