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氙气灯可促进茄果类蔬菜生长

——光伏温室采用HID新光源补光实践综述

2016-10-14    

中国照明网报道

   作者:青岛农业大学 杨延杰 王奇 潍坊恒信电器有限公司 李建新 吴德胜  

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导语: 潍坊恒信电器有限公司与青岛农业大学合作,在光伏温室环境下,以栽培番茄和辣椒为实验,通过设置温室弱光环境、氙气灯补光、荧光灯补光和温室自然光照四种光照环境,研究补光、补光光源对温室弱光下番茄和辣椒植株培育生长和生理代谢的影响。

  潍坊恒信电器有限公司与青岛农业大学合作,在光伏温室环境下,以栽培番茄和辣椒为实验,通过设置温室弱光环境、氙气灯补光、荧光灯补光和温室自然光照四种光照环境,研究补光、补光光源对温室弱光下番茄和辣椒植株培育生长和生理代谢的影响。

  结果表明,光伏温室内的光照强度低于日光温室时,在给予45w/㎡的补光条件下,氙气灯能够提高光照强度3616lx,荧光灯能够提高光照强度1077lx,从辣椒和番茄植株生长和壮苗效果上看,两种光源补光均显著促进作物健壮生长,提高了叶片叶绿素、蛋白质、糖的含量;其中氙气灯补光作物培育生长与日光温室光环境下无显著差异,而荧光灯补光的作物显著低于日光温室作物。综上所述,在本实验光照条件下,45w/㎡氙气灯补光能够满足茄果类蔬菜正常培育生长。

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  作物的正常生长需要合理的光照、温度、湿度、土壤等环境条件,而在设施栽培中,设施类型的不同又会形成不同的环境条件,在影响设施作物栽培的环境因子中,光照环境是温室内环境的主导因子,决定着温室内的光照、温度、湿度等诸因子的状况甚至温室的整体环境状况。如果不能满足作物对于特定光环境的要求,将影响作物的正常生长,因此,调节好设施光环境是实现设施作物优质高产的首要条件。

  选择人工光源必须满足光谱能量分布和光照强度的要求,选择一套补光系统,需要考虑作物的要求,光源的光照强度、光质、耗电量、光照均匀度等一般因素以及投资费用、运行维护费用、投资回报率等经济因素。

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  对于补光器材,常见的温室补光器材有白炽灯、荧光灯、HID、LED灯等。其中,白炽灯优点是构造简单,价格便宜,线路简单;缺点是效率低,寿命较短,只能作调节光周期使用,不能很好的促进植物生长。荧光灯优点是发光效率高,光色好,寿命长,价格低廉,生理辐射量所占比例较大,能被植物吸收的光能约占辐射光能的75-80%,缺点是单灯功率小。荧光灯目前在组培室的育苗生长中应用广泛。

  与其它补光灯相比,LED灯近些年因为其特殊的性能和特征受到人们的广泛关注。LED灯的特点是光谱单纯,即可以获得单峰光谱。另外LED灯具有冷光性、节能性等特点,寿命更长达15000小时以上。

  除此之外,温室中常用的补光光源还有高压水银灯,金属卤化物灯,微波硫灯,氙气灯等。高压水银灯寿命一般为5000小时,功率较大,灯体积小,遮光少,目前广泛应用于温室补光。金属卤化物灯比汞灯的流明输出增加一倍,光色可以随不同金属卤化物而改变,寿命达几千小时。金属卤化物灯具有光效高、光色好、输出功率大的特点,是目前高强度人工光照的主要光源。

  潍坊恒信电器有限公司总经理李建新、总工程师吴德胜等人的研究表明,氙气灯可见光部分近于自然光,但红外成分比自然光强,寿命比一般金属卤化物灯高4~5倍。其发光效率一般不低于110lm/W。应用于植物培养领域的氙气灯还有以下特征:波长类型丰富、正好与植物光合成和光形态建成的光谱范围吻合;频谱波宽度半宽窄,可按照需要组合获得纯正单色光与复合光谱,可以集中特定波长的光均衡地照射作物。不仅可以调节作物开花与结实,而且还能控制株高和植物的营养成分,此外,其特强的耐用性也降低了运行成本。由于这些显著的特征,氙气灯十分适合应用于可控设施环境中的植物栽培,主要用于大面积照明,如大型连栋温室、植物组织培养、工厂化育苗等。

  在目前的补光灯中,白炽灯、荧光灯、金属卤化物灯等传统灯具已在适合的种植形式及作栽培作物中被广泛应用,近年开展的研究较少。目前关于氙灯的研究较少。

  近年来国内学者对光环境调控的研究主要集中于LED光源,且多为光质处理的研究。关于照射周期和时间的研究较少。我国设施光环境调控的研究明显落后于美国、日本、荷兰等国家,尤其关于新型光源、光调控技术和以光伏温室为代表的新型设施的研究较少。光伏温室作为一种新兴的大型现代化温室目前正在国内外迅速发展,因此解决光伏温室在实际生产中最大的瓶颈——光环境问题就显得尤为重要和刻不容缓。

  青岛农业大学杨延杰教授带领学生王奇针对光伏温室的光环境问题,开展氙气补光灯补光技术研究,确定利用氙气补光灯解决光伏温室弱光的技术方案,并分析其效果和应用成本。

  不同处理的设置:

  试验以150W 4000K XED(即氙气灯)植物补光灯处理为试验组;以普通荧光灯补光处理为试验组2,以无补光的模拟光伏温室环境处理为对照组1,以无补光的日光温室处理为对照组2。四种处理其光照强度情况见表1。XED补光灯光照强度显著高于荧光灯、光伏温室。

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  每处理种植生长状况相同的辣椒、番茄苗各9棵。试验组和对照组1每天八点至十六点补光八小时。

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  由表2可知,对于辣椒,进行补光的处理和未补光的处理存在显著性差异,进行补光的处理之间随处理时间增加出现显著性差异。表现为XED补光灯处理的株高尤其明显高于除日光温室外的其他处理,且随处理时间的增长差距逐渐增长。对于番茄,XED补光处理的植株与日光温室处理、荧光灯处理无显著性差异,与无补光处理存在显著性差异,表现为无补光处理植株明显弱于补光及日光温室植株。

  不同处理对植物茎粗的影响:

  由表2可知,不同光照处及补光措施对辣椒的茎粗影响较大,随处理时间的增长,XED补光灯补光处理与其它处理有显著性差异,且差异越来越大,表现为XED灯补光处理的植株茎粗均为最高。对于番茄,XED补光处理与日光温室处理无显著性差异,与其他两种处理存在显著性差异,表现为XED补光灯及日光温室处理径粗明显高于其他两组。

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  XED植物补光灯用于植物补光栽培的成本分析:

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  注:用电价格以最新的山东省农业生产用电价格0.56元计算;

  XED灯使用年限按15年计算,荧光灯寿命按3年计算;

  XED灯价格为550元,荧光灯价格为20元;

  番茄辣椒价格参考2015年4-5月青岛市城阳区城阳批发市场价格,番茄为4元,辣椒为6元。

  通过成本分析,可知XED补光灯在用于蔬菜作物种植时增产增收效果显著。

  生长状况分析:

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  由图可知,氙气灯与日光温室处理相差无几,并显著高于荧光灯和光伏温室。

  XED植物补光灯在光伏温室生产中的应用前景分析:

  试验证明,氙气灯在光伏温室中的应用效果非常好。

  第一、在促进植物生长方面,试验证明,氙气灯在光伏温室中对辣椒的形态及生理指标有较好的促进作用;在功率密度相同的情况下,对辣椒生长的促进作用明显优于荧光灯。

  第二、在实际生产适应性和便宜性方面,光伏温室作为一种新型现代化温室,其形式多为连栋,温室内面积较大,檐高和脊高都较高,若选用传统的补光灯具进行补光,将会增加成本,同时为生产劳动带来不便。而氙气灯光照强度高、单灯补光面积大等特性十分适合诸如光伏温室的大型连栋温室补光。

  第三、在其他方面,氙气灯可按照需要组合获得纯正单色光与复合光谱,可集中特定波长的光均衡地照射作物,同时,氙气灯的使用寿命比其他传统光源都长减少了使用成本。

  综上所述,氙气灯的特性十分适合光伏温室等大型连栋温室的实际需求,随着现代农业的迅速发展,以光伏连栋温室为代表的大型连栋温室将会越来越多,温室补光等环境调控措施也会被越来越多的人了解应用,因此,氙气灯在植物补光尤其是大型连栋温室补光领域将有巨大的应用前景。

责编:颖子


来源:特约撰稿人

   作者:青岛农业大学 杨延杰 王奇 潍坊恒信电器有限公司 李建新 吴德胜  

标签:氙气灯  光伏温室  HID新光源  

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