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植物照 明发展有哪些关键因素

:2018-08-23    :333

 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。

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叶绿素a和叶绿素b的吸收谱(引自 CIE 2012)

  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。




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