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LED植物照明技术及产业状况分析_论文

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2016年 6月  光 源 与 照 明  2016年第 2期  (2)光 照 度  植物接受 光照度不 同 ,将 直接影响植物 的生长发  育和结构特征 。研究发现 ,光 照度影响光合 速率 。随  着光照度增大 ,光合 速率将不断上升 ,直至光饱 和点 。  同时 ,光照度 影响作物 的形态 结构 、花芽分化 和果实  产量 。光照度 影响作物 的生长 发育 ,其影响程 度因作  物的种类 和特性 而不 同 ,因植物对光照度需 求的不 同,  口 将 植 物 分 为 阳 生 植 物 、阴生 植 物 及 中生 植 物 ,这 些  植物都需要合适 的光 照度才能 良好生长 。  (3)光 均 匀 度  由于 LED 发光具 有较 强 的方 向性 ,且可 能存在空  『甘j光色分布不 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 。  (4)昼 长 (光 周 期 )  光照度 和特定的光谱波长 显著地影 响着植 物的生  长发育 ,同时光周期也对植物 的生长发育产 生着深远  的影 响 。不仅 影响植 物 的花芽 分化 、成花诱 导和花性  分 化 、植物 的休 眠 ,还影响植 物的营养生长 和生理分  化 。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  。凶此 ,  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 『bJ变 化 的 情 况 。  1.2 LED 植 物 照 明技 术 优 势  光是植物 生长发育最为重 要的环境 因素 之一 ,对  于植物 的光合 作用和生长发育新 陈代谢都有着 直接的  调节作 用 。 日前 已知 的环 境 因素 ,比如相对 的潮湿 、  温度 、光强度 和光质量都对植 物的生长和发展有着 密  切的影响 。而在这些 因素 中 ,光谱分 布则直接影 响植  物干的生长 ,侧 分枝 ,叶扩展 和色素 的沉积等 主要 的  生长指 标 。* 几年来 ,LED植物照 明技术广泛 应用于  农业 领域 主要 源于以下几点优势 :  (1)具有光波长 与植 物要求吻合 的优势  LED植物生长灯具一直 以来都被看作是 未来植 物  照明领 域的主流产 品。LED 的光谱 域宽在 (±20)nln  左 右 ,波长正好 与植 物光合作用 和形 态建成 的光谱 范  围吻合 。植 物光合作用在可 见光 光谱 380~760 nln范  围内 ,所 吸收的光能约 占生理 辐射 光能的 60%~65%,  其 中主要 为波 长 610~720 nlll的红 、橙 光 和波长 为  400~510nnl的蓝 、紫光 。LED能够发 出植物生长所需  要 的单色光光谱 ,光 能有效利用率可达 80%~90%,并  能对不 同光谱和发光强度实现单独控制 。表 1列出了不  同类型光源的灯具在各类植物照明场合 的适用情况 。  表 1  小同类 型光源的灯具在各类植 物照明场合的适用情况  蝴…  百  蔬菜种植  种 苗 培 能  园艺栽培  室观观察 植物  注 :0适 用  ×不 适 删  (2)具 有 宽 幅 町调 性  日前 植物 工厂使 用 的光源 大部分 都是 复合光 谱 ,  其光谱 比等一 些光环境 凶素难 以调节 ,无法满 足不 同  植物 的需求 。LED作 为单色光光源 ,可以有效调节红  蓝光谱 比 、远红外光谱 比等一系列 的光 环境 因素 。同  时 LED 本身 的光照强度也具有很 多调 节方 式 ,如直流  电源调光 、脉 宽调制 (PWM)调光 、分 段式开关调光  等 。根据不 同植物 的需求 ,可 以 自F}1调节光环 境凶素 ,  形成最适宜植物 生长发育 的光环境 。  (3)提高空 问利用率  对 于植 物工厂而言 ,空问利用率 的大小也是决定  其产能 的一个关 键 因素 。  于选择单 色大 功率 LED,  可以有效 控制光谱 中红外 和远红外光谱 分布 ,从 而 町  以实现对植 物进行*距离 照射  不会发 生灼伤植物 的  现 象 。同时 由 于 LED 光 源 体 积 小 ,町以 自 由设 计 照 明  系统 的形状 ,大幅度提高光 源利 用率和空 问利 用率,适  用 于多层 多段 紧凑式 的栽培模 式 ,在如今耕 地 面积 不  断减小 的形势下 具有积极 的意 义。  2 国 内外 LED植 物 照 明产 业 发 展 状 况  2.1全球 LED植 物 照 明 发 展 概 况  多年来 ,国内外 学者 围绕 LED光 源在植物照 明领  域 的应用进行 了不懈 的探索 ,取得 了重 要进展 。首先 ,  就红蓝光及其 组合光源 对植 物生长发育 的影响进行 了  研 究 ,充 分 证 明 了红 蓝 光 作 为光 源 栽 培 植 物 的  行 性 。  到 目前为止 ,LED 已成功用 于植 物 的栽 培 ,并在植物  补光 、组培 、植 物工厂 以及 太空种植领域取 得重要进  展 。国际 有 关 LED 照 明 在 植 物 生 产 中应 用 的 研 究 主要   侧 重于不 同光谱 能量分布对植 物生产 的影 响。研究 主  要着眼于不 同光 质的 LED照明对植物生长 、光形态 建  成 、光合作用 、叶绿素荧光特 性 、次生 代谢及 产 品品  质的影响 ,进 而从 分子生物学 的角度探究植 物对不 同  光 质反应 的分子机理 。  全 球 LED植物生长灯 产值 从 2013年起 已开始呈  现 高速成长态势 ,从不足 1 000万美元 规模增 长至 2014  · 34 ·  2016年 6月  光 源 与 照 明  2016年第 2期  年 的 3 500万美元


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