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设施农业如何应用LED灯?

2021-02-26    

中国照明网报道

   作者:城农Growin'City  

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导语: 红/蓝光LED生长灯通常被称为窄带光谱,因为它们发出的波长在一小段窄带范围内。

  红/蓝光LED生长灯通常被称为窄带光谱,因为它们发出的波长在一小段窄带范围内。

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能发出“白”光的LED生长灯通常被称为“宽光谱”或“全光谱”,因为它们包含整个宽波段的光谱,更类似于太阳呈现出“白”光,但实际上没有真正的白光波长。

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  应该指出的是,基本上所有的“白色”LED都是蓝色光,因为被涂上了一层荧光粉,将蓝色光转换成更长波长。荧光粉吸收蓝光,并将部分或大部分光子重新发射成绿光和红光。然而,这种涂层降低了光子转换为光合作用有效辐射(PAR)可用光的效率,但在单一光源的情况下,有助于提供更好的工作环境,确定光谱质量。

  简而概之,要知道灯具的功效,需要用其光合作用光子通量(PPF)除以输入瓦数,所得到的能效值以“μmol/J”表示,数值越大,灯具将电能转化为PAR光子的效率就越高。

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  一、红/蓝LED生长灯

  许多人往往把“紫色/粉色”LED生长灯与园艺照明联系在一起,它们使用了不同的红色和蓝色LED组合,尤其推荐给那些可获得太阳光的温室种植者。由于光合作用在红色和蓝色波长达到峰值,使得这种光谱组合不仅对植物生长最有效,而且最节能。

  从这个角度来看,如果种植者能够利用到阳光,那么将大部分能量投入到最有利于光合作用的波长上是很有意义的,使节省能源成本最大化。红/蓝LED灯会比“白色”或全光谱LED更节能,因为与其他颜色相比,红/蓝LED具有最高的光子效率;也就是说,可将最多的电能转化为光子,因此所花的每一元钱,植物能获得更多的成长。

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  那么,为什么要使用红色和蓝色光组合来种植植物,而非只使用蓝色或红色LED呢?虽然红光对光合作用最有效,但只有红光会导致植物生长不良,比如非常细长的茎,所以添加蓝色是为了让植物保持紧凑和更典型的形状。另一方面,也不能只在蓝光下种植植物,它们的生长和发育也会受到不利的影响。

  多年来,研究人员发现,高红光和低蓝光的比例组合被证明对已经接受太阳光的温室作物是最佳的。由于温室作物没有所谓“理想光谱”,大多数LED制造商提供的固定红蓝比例,已被认为是园艺作物生长和生产的最佳比例。

  二、广谱“白光”LED生长灯

  在温室里,室外的阳光会抵消红/蓝LED灯发出的“粉色或紫色”光,而红/蓝LED作为单一的光源在室内应用时,它向植物提供的光谱十分有限。另外,在这种光线下工作可能会让人很不舒服。因此,许多室内种植者已经从窄谱LED转向“白色”的全光谱LED生长灯。

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  由于转换过程中的能量和光学损耗,广谱LED的能效要低于红/蓝LED。然而,若在室内农业中作为唯一光源,广谱LED生长灯要比红/蓝LED灯好得多,因为它们在作物的不同生长阶段都能发出各种各样的波长。

  这一点很重要,因为随着越来越多的研究深入,我们发现像绿光这样以前被认为不是很有用的波长,但事实证明,绿光恰恰在光合作用和某些植物形态反应中是十分重要的。此外,许多全光谱LED灯还可以在远红外区发射能量,有助于促进植物茎叶的伸展。

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  在只有红/蓝光源的环境下,人眼将无法正确识别营养不足、病虫害等问题。因此,广谱光不仅令植物赏心悦目,而且使室内种植和评估工作变得更容易。因此,虽然红/蓝LED生长灯可以作为单一光源使用,但会影响人体健康和工作环境,所以业界还是会强烈建议使用全光谱的LED灯。

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  三、“植物生长有理想的或最佳的光谱吗?”

  对植物来说,理想的光谱范围在很大程度上取决于使用场景和种植者想要实现的目标。因此,最佳光谱并不存在,因为不同的植物和品种对不同的波长有不同的反应。我们在玫瑰和大麻等高经济价值作物中看到了这一点;在这些作物中,在相同波长和环境条件下,不同的物种会产生非常不同的生长反应。要想知道植物表现如何,最好的办法就是设立一个试验区,测试不同物种的反应。

  由于生长特性可以通过不同的光谱来控制,就需要知道哪些生长特性对种植者来说是最重要的。由于大多数种植者希望最终获得更高的产量和质量,因此不一定需要专门的光谱。一般来说,许多LED生长灯品牌的光谱专为温室或室内作物进行了产量和质量的优化设计,可在生长周期的所有阶段使用,因为植物可以根据需要选择所需的波长。

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  你可能还会问,是否需要对不同的生长阶段有不同的光谱,比如营养生产周期和开花生产周期?

  在以前高压气体放电灯时代,业界通常会推荐金属卤化物灯用于植被生长期,高压钠灯用于开花期。然而,对于LED灯,则不一定需要两种不同的光谱。在这些阶段,更重要的是光的持续时间,例如引发特定生物反应的光周期,还有光强度。随着植物从繁殖到成长再到开花,为了获得最大的产量、质量和生产力,应该增加光照强度,因为光照强度与产量和整体质量有高度相关性。

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  四、总结

  LED生长灯应提供最适合植物生长和产量的光质量,同时仍允许作物种类和生长周期的灵活性,以及创造舒适的工作环境。

  通常,如果温室环境里,种植者应该使用红/蓝光谱优化的LED生长灯,因为它们将电能转化为植物可用光最有效率。如果是室内种植的唯一光源,可以选择全光谱LED生长灯,因为他们针对植物生长的各个阶段进行了优化,而且为工作人员创造了一个很棒的工作环境。

编辑:严志祥

来源:城食有农

   作者:城农Growin'City  

标签:农业  LED灯  

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