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溫室的人工光系統,我推薦這三種光源。

文章出處:本站原創       發表時間:2018/4/19 9:19:09 

利用溫室種植蔬菜,我們可以精確控制水、二氧化碳、溫度、濕度和植物營養供應,同樣的,我們也能精確控制光,控制光用的是人工光系統。植物有幾種能夠吸收光能和提供植物光合作用的植物色素,但主要的植物色素是葉綠素。本文將介紹葉綠素對什么光譜吸收和利用的最好,并推薦三種光源。

如圖 1 中所示,植物葉片含有 2 種葉綠素——葉綠素 a和葉綠素 b。在紅光和藍光區域都有吸收峰,黃色光譜 / 綠色光譜能夠被其他的諸如胡蘿卜素的植物色素 所吸收,其他光沒有被吸收而被葉片反射(這賦予了植物綠色),可以看到該光譜超過50%的成分被反射掉或者利用不足。

圖1 光合作用的吸收光譜

圖 2 顯示了整個 PAR 光譜范圍的植物吸收過程。由圖 2可知,綠色 / 黃色邊界的吸收低到了30%, 并且從620 nm(紅色邊界)到 520 nm(藍色 / 綠色邊界)吸收率完全低于 50%。 除了葉綠素之外,還有其他的色素可以吸收和利用這些光譜,但是他們通常位于葉片底部并且效率要低得多。

圖2 植物吸收峰和PAR曲線

人工光系統的光源種類介紹

高壓鈉燈

圖 3 所示的是在商業玻璃溫室中最流行的600 W 和1000 W 農用鈉燈的光譜圖。高壓鈉燈在種植作物的溫室大棚中應用的效果非常好,因為高壓鈉燈有非常高的光輸出。例如,飛利浦 1000 W 的高壓鈉燈能夠達到超過 15 萬流明的光輸出和超過2100 μmol/(m 2 ·s)的 PPFD,并且輸出維持率也非常好,在使用 10000 h 的情況下,仍然能夠保證超過 95%的輸出特性。但是高壓鈉燈也存在一些缺點,如隨著功率的增加熱量大幅度增加,藍色光譜成分較少等。

圖3 典型農用鈉燈光譜圖

陶瓷金鹵燈(CMH)

圖 4 所示的是溫室中典型的陶瓷金鹵燈的光譜。與鈉燈相比陶瓷金鹵燈有更多的藍光成分。在過去的幾年中,陶瓷金鹵燈被成功應用于植株生長階段,能夠達到很 高的 PAR 值輸出[超過1.7 μmol/(m2 ·s)] 。 陶瓷金鹵燈在溫室中應用的缺點也相對明顯,如功率密度偏低、產生的熱量太高等。

圖4 溫室中典型的陶瓷金鹵燈光譜

發光二極管(LED)

圖 5 所示的是在溫室中應用于頂端補光和株間補光典型的LED光源的光譜。與高壓鈉燈和金鹵燈相比,LED能夠簡單的選擇不同波長的光(色溫)。這就意味著LED 能 夠通過設計配比出不同的光譜,可以滿足植物在不同生長階段所需要的特殊光譜需求。

圖5 頂端和株間補光使用的LED光源

“白光”LED 本身是不可能存在的。白光 LED 通過2 種形式“封裝”出來,第一種也是最少見的一種,是將紅、綠和藍3 種顏色的LED芯片混合在一起從而產生的白色。但是由于綠色LED 價格昂貴并且效率很低,所以最常見的白光 LED 是由藍色 LED芯片和涂有熒光粉的透鏡所組成,是使用藍色 LED 發出的藍光來激發熒光粉。對于植物生長的最優設計是被稱為混合光譜的方法。混合光譜如圖 5所示。LED燈具的光譜可以根據作物的實際需求使用不同顏色的LED混合而成,使用混合光譜的LED 是十分高效的。而混合光譜 LED 也有它的缺點,如與高壓鈉燈和陶瓷金鹵燈相比功率密度太低,沒有輻射熱等。

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摘自:《人工光系統在現代化玻璃溫室中的應用研究》


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