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LED植物燈原理

2013-7-16 14:36| 發佈者: john| 查看: 183| 評論: 0

摘要: 光環境是植物生長發育不可缺少的重要物理環境因素之一,通過光質調節,控制植株形態建成是設施栽培領域的一項重要技術。 特徵: 波長類型豐富、正好與植物光合成和光形態建成的光譜範圍吻合;頻譜波寬度半寬窄,可按 ...

光環境是植物生長發育不可缺少的重要物理環境因素之一,通過光質調節,控制植株形態建成是設施栽培領域的一項重要技術。

特徵:

波長類型豐富、正好與植物光合成和光形態建成的光譜範圍吻合;頻譜波寬度半寬窄,可按照需要組合獲得純正單色光與複合光譜,;可以集中特定波長的光均衡地照射作物;不僅可以調節作物開花與結實,而且還能控制株高和植物的營養成分;系統發熱少,佔用空間小,可用於多層栽培立體組合系統,實現了低熱負荷和生產空間小型化;


LED在植物栽培中的應用

光環境是植物生長發育不可缺少的重要物理環境因素之一,通過光質調節,控制植株形態建成是設施栽培領域的一項重要技術。

作為第四代新型照明光源,LED具有許多不同于其他電光源的特點(表1),這也使其成為節能環保光源的首選。應用于植物培養領域的LED還表現以下特徵:波長類型豐富、正好與植物光合成和光形態建成的光譜範圍吻合;頻譜波寬度半寬窄,可按照需要組合獲得純正單色光與複合光譜,;可以集中特定波長的光均衡地照射作物;不僅可以調節作物開花與結實,而且還能控制株高和植物的營養成分;系統發熱少,佔用空間小,可用於多層栽培立體組合系統,實現了低熱負荷和生產空間小型化;此外,其特強的耐用性也降低了運行成本。由於這些顯著的特徵,LED十分適合應用於可控設施環境中的植物栽培,如植物組織培養、設施園藝與工廠化育苗和航太生態生保系統等。


LED應用於植物設施栽培的研究

近十年來,我國設施園藝面積發展迅速,植物生長的光環境控制照明技術已經引起重視。設施園藝照明技術主要應用於兩個方面:一、在日照量少或日照時間短的時候作為植物光合作用的補充照明;二、作為植物光週期、光形態建成的誘導照明。 


1LED作為植物光合作用補充照明的研究 傳統人工光源產生太多熱量,如採用LED補充照明和水培系統,空氣能夠被迴圈使用,過多的熱量和水份可以被移除,電能能夠被高效地轉變為有效光合輻射,最終轉化為植物物質。研究表明:採用LED照明,生菜的生長速率、光合速率都提高20%以上,將LED用於植物工廠是可行的。

研究發現,與螢光燈相比,混合波長的LED光源能夠顯著促進菠菜、蘿蔔和生菜的生長發育,提高形態指標;能夠使甜菜生物積累量最大,毛根中甜菜素積累最顯著,並在毛根中產生最高的糖分和澱粉積累。

與金屬鹵化燈相比,生長在符合波長LED下的胡椒、紫蘇植株,其莖、葉的解剖學形態發生顯著的變化,並且隨著光密度提高,植株的光合速率提高。複合波長的LED可引起萬壽菊和鼠尾草兩種植物的氣孔數目增多。


2LED作為植物光週期、光形態建成的誘導照明

特定波長的LED可影響植物的開花時間、品質和花期持續時間。某些波長的LED能夠提高植物的花芽數和開花數;某些波長的LED能夠降低成花反應,調控了花梗長度和花期,有利於切花生產和上市。由此可見通過LED調控可以調控植物的開花和隨後的生長。


3 LED應用於航太生態生保系統的研究

建立受控生態生保系統(Controlled Ecological Life Support System,CELSS)是解決長期載人航太生命保障問題的根本途徑,高等植物的栽培是CELSS的重要元件,其關鍵之一光照。


基於空間環境的特殊要求,空間高等植物栽培中使用的光源必須具有發光效率高、輸出的光波適合於植物光合作用和形態建成、體積小、重量輕、壽命長、高安全可靠性記錄和無環境污染等特點。與冷白螢光燈、高壓鈉燈和金屬鹵素燈等其它光源相比較,LED更能有效地將光能轉化成光合有效輻射;此外,它具有壽命長、體積小、重量輕和呈固態等特點,因此,近年來在地面和空間植物栽培中倍受重視。研究表明LED照明系統能提供光譜能量分佈均勻的照明,其電能轉換為植物所需光的效率超過金鹵燈的520倍。


前景分析

LED以其固有的優越性正吸引著世界的目光。特別在全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下,由於LED光源具有發光效率高、使用壽命長、安全可靠,環保節能等特性,使LED在照明市場的前景更備受全球矚目。

在傳統農業生產中一般使用普通電光源補充光照和應用不同覆蓋材料等農業技術措施,如採用單色螢光燈或彩色塑膠薄膜,改變光環境以調控設施栽培環境中植物的生長發育。但這些措施存在著不同程度的問題,如缺乏對具體光譜成分的分析導致光質處理不純,光強不一致、接近甚至或低於植物的光補償點,照射光源能效低等。LED在植物設施栽培環境中的大量應用研究結果表明,LED能夠解決這些難題,特別適合應用於人工光控制型植物設施栽培環境。


LED植物燈原理

植物都需要陽光的照射才能生長的更加茂盛。光對植物生長的作用是促進植物葉綠素吸收二氧化碳和水等養份,合成碳水化合物。但現代科學可以讓植物在沒有太陽的地方更好地生長,人們掌握了植物對太陽需要的內在原理,就是葉片的光合作用,在葉片光合作用時需要外界光子的激發才可完成整個光合過程,太陽光線就是光子激發的一過供能過程。人為的創造光源也同樣可以讓植物完成光合過程,現代園藝或者植物工廠內都結合了補光技術或者完全的人工光技術。科學家發現藍光區和紅光區十分接近植物光合作用的效率曲線,是植物生長的最佳光源。


LED植物燈知識:

1、不同波長的光線對於植物光合作用的影響是不同的,植物光合作用需要的光線,波長在400-700nm左右。400-500nm(藍色)的光線以及610-720nm(紅色)對於光合作用貢獻最大。

2、藍色(470nm)和紅色(630nm)的LED,剛好可以提供植物所需的光線,因此,LED植物燈,比較理想的選擇就是使用這兩種顏色組合。在視覺效果上,紅藍組合的植物燈呈現粉紅色。

3、藍色光能促進綠葉生長;紅色光有助於開花結果和延長花期。

4LED植物燈的紅藍LED比例一般在4:1--9:1之間為宜,通常可選4-7:1.

5、用植物燈給植物補光時,一般距離葉片的高度為0.5米左右,每天持續照射12-16小時可完全替代陽光。

採用LED半導體燈泡配置出最適合植物生長的光源

按比例設置的彩色燈光能讓草莓、番茄變得更甜,營養更豐富。用燈光照射冬青幼苗,就是模仿植物在室外的光合作用。光合作用是指綠色植物通過葉綠體,利用光能,把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物,並且釋放出氧的過程。太陽光是由不同顏色的光線組成的,不同顏色的光對植物生長能產生不同的作用。


LED光源又稱半導體光源,這種光源波長比較窄,能控制光的顏色。用它對植物進行單獨照射,就能改良植物品種。

經試驗在紫色光線下的冬青幼苗,長得最高,但葉片很小,根也淺,一副營養不良的樣子。偏黃色燈光下的幼苗不僅矮小,葉片看起來也毫無生機。而在紅色、藍色混合光下生長的冬青長勢最好,不僅強壯,根系也非常發達。這種LED光源的紅色燈泡和藍色燈泡是按照9:1的比例配置的。

結果證明,9:1的紅藍光對植物生長最有利,經過這種光源照射,草莓和番茄果實飽滿,糖分和維生素C的含量明顯增加,而且不會出現空心的現象。每天持續照射12-16小時,生長在這樣光源下的草莓、番茄,會比普通的大棚水果更好吃。

LED植物生長燈還能用於冬季陰雨天氣給植物補充光源

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