植物照明發(fā)展有哪些關(guān)鍵因素
：2018-08-23
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近年來(lái)，隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)植物照明的研究越來(lái)越多，LED光源以其特有的優(yōu)勢(shì)，使其在植物照明領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。由于植物生長(zhǎng)對(duì)光環(huán)境的光學(xué)參數(shù)有一定的要求，因此需要有相應(yīng)的測(cè)量技術(shù)及儀器來(lái)精確測(cè)量光環(huán)境的光學(xué)參數(shù)是否符合相應(yīng)植物的生長(zhǎng)需求，以此選擇出合適的光源，確定光源的數(shù)量及排布，根據(jù)植物對(duì)光的合理需求為光源研制應(yīng)用提供適宜的方案。
LED照明產(chǎn)品在用于植物栽培照明時(shí)，不僅要考量其基本的光度、輻射度性能，還需根據(jù)植物的光合作用特性，在光量子系統(tǒng)和植物光度系統(tǒng)中考量植物受照面的光量子密度以及植物光度學(xué)參數(shù)，從而綜合評(píng)價(jià)植物照明光源的性能。
植物照明的關(guān)鍵因素及對(duì)照明產(chǎn)品的要求
首先，光質(zhì)。植物一般依靠葉片中的葉綠素吸收照射光，其吸收波段一般處于藍(lán)光和紅光區(qū)域，如圖1所示。吸收光在植物體內(nèi)經(jīng)光合作用轉(zhuǎn)換為有機(jī)能量，用以生長(zhǎng)繁殖。因此，對(duì)于植物照明產(chǎn)品，首先應(yīng)考量其吸收波段的輻照度，一般為400nm~500nm藍(lán)光和600nm~700nm紅光波段的輻照度，以及需要確定所選組合植物照明的光譜組成、范圍、峰值波長(zhǎng)和色溫等。
葉綠素a和葉綠素b的吸收譜(引自 CIE 2012）
其次，光密度。植物接受光密度不同，將直接影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育和結(jié)構(gòu)特征。如光密度減弱時(shí)，會(huì)出現(xiàn)同作物減少，花芽分化推遲、子房發(fā)育不良等現(xiàn)象。由于，植物與人眼對(duì)光譜的響應(yīng)特性不同，人眼對(duì)光的感知量一般在光度系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)測(cè)量，而植物的光合作用則一般在光量子系統(tǒng)和植物光度系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)測(cè)量評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)參數(shù)為光量子通量密度（PPFD）。Mc.Cree通過(guò)大量的研究表明在400-700nm之間，用光量子通量密度評(píng)價(jià)光合作用的有效輻射能取得與實(shí)際光生物效應(yīng)符合較好的效果。
再次，光均勻性。由于LED發(fā)光具有較強(qiáng)的方向性，且可能存在空間光色分布均勻性，因此，在大面積種植場(chǎng)合，還應(yīng)考察植物受照面上輻射照度均勻性，以獲得高質(zhì)量的均勻照明環(huán)境。
最后，晝長(zhǎng)。不同植物對(duì)光譜的需求不同，不同生長(zhǎng)階段對(duì)光譜的需求也不同，設(shè)施農(nóng)業(yè)中的人工補(bǔ)光必須遵循植物的光生理特性，才能達(dá)到最佳的補(bǔ)光效果。因此，不僅需要準(zhǔn)確測(cè)量LED光源的光譜組成，還要能夠知悉照度隨時(shí)間變化的情況。
植物生長(zhǎng)用LED照明產(chǎn)品的測(cè)量
以往在植物照明領(lǐng)域，常使用光量子計(jì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量，但光譜的匹配實(shí)際很難做到完美匹配，甚至失匹配會(huì)相對(duì)嚴(yán)重，對(duì)測(cè)量精度影響較大。隨著光譜測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，基于光譜法的測(cè)量技術(shù)和設(shè)備也日趨成熟，并逐步應(yīng)用至植物照明檢測(cè)領(lǐng)域。
植物光合作用的光譜相應(yīng)曲線與人眼的光譜光視效率曲線不同，因此在評(píng)價(jià)各種光源的照射效果時(shí)，需按照植物的光譜響應(yīng)曲線評(píng)價(jià)照射效果。而光譜法不僅不存在任何失匹配問(wèn)題，而且可以在全光譜范圍內(nèi)對(duì)照明產(chǎn)品的光質(zhì)、光密度、光照均勻度各方面性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。但一般的光譜測(cè)量存在線性較差和雜散光影響等問(wèn)題，從另一方面限制了測(cè)試精度，也對(duì)測(cè)量設(shè)備提出了新的要求。
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