LEDCube植物照明研究.pdf

LEDCube植物照明光源的研究 上海开玄光电科技有限公司张驰程黄健 摘要：基于植物生物学需求特性实施高精度环境智能控制的发光二极管（LED）光源 技术发展迅猛。本文从光质、照度、光周期三个方面论述人工光源对植物生长发育的 影响。比较当前植物照明常用光源的优劣，总结了常用光源存在的问题，并提出新型 光源LEDCube对未来植物照明研究的促进作用。 关键词：植物照明；光源优劣；光谱可调光源;LEDCube 1.引言 植物照明是可控环境农业发展阶段的必然需求，也是解决可控环境农业生产过程 中植物的需光和供光矛盾的有效方法。在自然界中，光是植物生长和发育最重要的环 境因子之一，对于植物的整个生长发育、光合作用、基因表达、生命周期等均有调控 [1] [2] 作用 。目前我国的可控环境农业面积已经占世界总面积的85%以上 ，然而调控环 境的手段相对简陋，因而发展植物照明调控环境手段是提高我国农业生产水平的一条 有效途径。 2.植物照明技术的发展 太阳光谱对于植物生长而言并非一种高效的光源。虽然植物可以吸收利用的光线 有比较宽的光谱范围，但是也具有特定的光谱响应曲线。从图2.1植物光合作用光谱 响应曲线可以看出，植物在400~500nm之间、600~700nm之间各存在一个吸收峰值， 这就是已经被广泛证实的结论：红光和蓝光对于植物生长有着显著促进作用。 图2.1 植物光合作用光谱响应曲线 从图2.1可以得到，仅仅模拟太阳光进行植物照明是一种低效的方法，只有照明 [3] 系统提供的光辐射能量可以被植物吸收利用才是有效辐射 。光源对于植物生长的影 响主要体现在照度、光质以及光周期三个方面。 上海开玄光电有限公司 info@021 因而，对于如何提高植物生长补光照明系统的效率，有三大任务： 1. 确定所种植植物生长最适宜光质。从2001年卡纳培克邦大学设施技术发展研 究中心证实红光、蓝光组合LED光源相较其他光源能够更好促进花芽分化，更适合幼 芽生长以后，LED光源逐步在植物照明领域得到广泛应用研究，并对于光线配比进行 了定量实验。其中，崔瑾等在幼苗期补充照射红光LED灯 或红蓝组合光LED灯，使 [4] 辣椒、番茄和黄瓜幼苗茎粗、干鲜质量、壮苗指数均显著高于自然光对照处理组 。 但是，在研究的过程中发现同种光对于不同植物的作用不同。例如，红光明显增加香 [5-9] 椿苗、辣椒、萝卜芽苗菜和葡萄新梢的干物质积累 ，然而在红光下小麦的干物质 [10] [11] 积累较低 。黄色荧光灯处理的叶用莴苣的各项生长指标最好 ；白光对黄瓜和彩色 [12-13] 甜椒壮苗效果最好 。由上两组对比可以发现同种光质对不同幼芽的影响不同。换 而言之，不同作物种类对于光质反应不同。因而，使用照明系统提高产量必须根据所 种植植物确定其吸收光谱响应曲线，以便使用合适的光质配比光源。LED光源是优于 荧光灯的新型植物照明光源，但是只有适宜的配光比例才能充分发挥植物的生长潜力。 2.确定所种植植物生长最适合照度。不同的照度直接影响植物的结构特征和生长 发育。研究发现，照度影响光合作用效率。随着照度增大，光合作用效率不断提高， 直到光饱和点。同时，光照度影响植物的结构特征。光照强，光合作用强度大，叶面 积增大、叶肉厚，植物生长旺盛；光照弱时，植物出现徒增长现象，茎叶质量明显减 [14] 少，当光照减弱到极弱情况，植物还会出现黄化现象 。此外，照度还会影响植物开 花与结果。照度太弱时，花芽无法正常分化，花数量减少，子房发育不良，受精能力 下降，果实数量减少、质量下降。