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植物照明發展有哪些關鍵因素

:2018-08-23    :333

 近年來,隨著設施農業的快速發展,對植物照明的研究越來越多,LED光源以其特有的優勢,使其在植物照明領域被廣泛應用。由於植物生長對光環境的光學參數有一定的要求,因此需要有相應的測量技術及儀器來精確測量光環境的光學參數是否符合相應植物的生長需求,以此選擇出合適的光源,確定光源的數量及排布,根據植物對光的合理需求為光源研製應用提供適宜的方案。

  LED照明產品在用於植物栽培照明時,不僅要考量其基本的光度、輻射度性能,還需根據植物的光合作用特性,在光量子係統和植物光度係統中考量植物受照麵的光量子密度以及植物光度學參數,從而綜合評價植物照明光源的性能。

植物照明的關鍵因素及對照明產品的要求

  首先,光質。植物一般依靠葉片中的葉綠素吸收照射光,其吸收波段一般處於藍光和紅光區域,如圖1所示。吸收光在植物體內經光合作用轉換為有機能量,用以生長繁殖。因此,對於植物照明產品,首先應考量其吸收波段的輻照度,一般為400nm~500nm藍光和600nm~700nm紅光波段的輻照度,以及需要確定所選組合植物照明的光譜組成、範圍、峰值波長和色溫等。

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葉綠素a和葉綠素b的吸收譜(引自 CIE 2012)

  其次,光密度。植物接受光密度不同,將直接影響植物的生長發育和結構特征。如光密度減弱時,會出現同作物減少,花芽分化推遲、子房發育不良等現象。由於,植物與人眼對光譜的響應特性不同,人眼對光的感知量一般在光度係統中實現測量,而植物的光合作用則一般在光量子係統和植物光度係統中實現測量評價,評價參數為光量子通量密度(PPFD)。Mc.Cree通過大量的研究表明在400-700nm之間,用光量子通量密度評價光合作用的有效輻射能取得與實際光生物效應符合較好的效果。

  再次,光均勻性。由於LED發光具有較強的方向性,且可能存在空間光色分布均勻性,因此,在大麵積種植場合,還應考察植物受照麵上輻射照度均勻性,以獲得高質量的均勻照明環境。

  最後,晝長。不同植物對光譜的需求不同,不同生長階段對光譜的需求也不同,設施農業中的人工補光必須遵循植物的光生理特性,才能達到最佳的補光效果。因此,不僅需要準確測量LED光源的光譜組成,還要能夠知悉照度隨時間變化的情況。

植物生長用LED照明產品的測量

  以往在植物照明領域,常使用光量子計來進行測量,但光譜的匹配實際很難做到完美匹配,甚至失匹配會相對嚴重,對測量精度影響較大。隨著光譜測量技術的發展,基於光譜法的測量技術和設備也日趨成熟,並逐步應用至植物照明檢測領域。

  植物光合作用的光譜相應曲線與人眼的光譜光視效率曲線不同,因此在評價各種光源的照射效果時,需按照植物的光譜響應曲線評價照射效果。而光譜法不僅不存在任何失匹配問題,而且可以在全光譜範圍內對照明產品的光質、光密度、光照均勻度各方麵性能進行評價。但一般的光譜測量存在線性較差和雜散光影響等問題,從另一方麵限製了測試精度,也對測量設備提出了新的要求。




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