led在設(shè)施農(nóng)業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)-wenkub
2023-07-10 07:06:28 本頁面
【正文】 亮度的LED（發(fā)光強(qiáng)度10mcd）、高亮度LED（發(fā)光強(qiáng)度在10～100mcd之間）和超高亮度的LED（發(fā)光強(qiáng)度100mcd）等類型，其中超高亮度LED壽命可達(dá)5萬小時(shí)以上，且光衰僅為30%[3]。但由于受亮度、價(jià)格等因素的影響，LED很長(zhǎng)一段時(shí)期一直未能作為通用光源推廣應(yīng)用。近年來，隨著光電技術(shù)的不斷革新，LED正向高亮度、低成本的目標(biāo)快速推進(jìn)[2,3]，為這一新型光源的普及與應(yīng)用提供了廣闊的空間[5]。LED光源這種獨(dú)特的性能，為其在設(shè)施園藝領(lǐng)域的應(yīng)用提供了有效的發(fā)展空間[6]。三菱化學(xué)（株）的渡邊和田中也利用LED進(jìn)行植物栽培的實(shí)用化研究，探討了脈沖光照射周期與占空比對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。s1)的環(huán)境中，證實(shí)可分化生長(zhǎng)，雖然干物重小于純紅光或紅藍(lán)光組合下的植株，但純藍(lán)光下的植株顯得更加矮壯和健康。中林和重（2002）研究了紅色、藍(lán)色LED特定頻率的光刺激對(duì)小油菜的影響，證實(shí)了采用LED進(jìn)行光刺激對(duì)植物體生長(zhǎng)、汁液成份以及無機(jī)成份（鉀、鈉）含量產(chǎn)生影響。圖3 LED黃瓜育苗試驗(yàn) Fig2 Test of cucumber seedling under LED到目前為止，LED已成功用于多種作物的設(shè)施栽培，包括：萵苣（Bula et al.,1991。 Fang,2002)、蝴蝶蘭(Jao amp。隨著LED研究的不斷深入，必將會(huì)有越來越多的作物栽培獲得成功。20世紀(jì)90年代以來，世界各國(guó)都在積極研究利用LED作為組培光源的可行性。主要原因是單色紅光導(dǎo)致了系統(tǒng)可利用的光能分布不平衡，抑制了莖的生長(zhǎng)[15]。m2Hahn等（2000）研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)單一紅光LED或藍(lán)光LED處理的毛地黃組培苗出現(xiàn)徒長(zhǎng)現(xiàn)象，但是在紅藍(lán)光LED組合下生長(zhǎng)健壯。田中道男（2002）開發(fā)了由紅色LED（660 nm）和藍(lán)色LED（450 nm）組成的獨(dú)立光源新型組培容器“UniPACK”。楊雅婷等（2009）研究了紅藍(lán)光LED光強(qiáng)對(duì)甘薯組培苗的影響。植物工廠是通過計(jì)算機(jī)對(duì)設(shè)施內(nèi)植物生育過程的溫度、濕度、光照、CO2濃度和營(yíng)養(yǎng)等環(huán)境條件進(jìn)行高精度的控制，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。因此，節(jié)能降耗已經(jīng)成為人工光完全控制型植物工廠的重要課題[8,21]。Yanagi 等 (1996) 使用單色紅光LED、藍(lán)光LED及其組合進(jìn)行了萵苣生長(zhǎng)與形態(tài)建成的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，將萵苣栽培于單色藍(lán)光LED（170μmol該工廠的建筑尺寸為13m13m12m，栽培床面積為800m2(8m10m10層)，栽培光源為改良型水冷式紅色LED，其他環(huán)境要素如溫度、濕度、CO氣流速度等均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。美國(guó)航空航天局（NASA）針對(duì)宇宙基地閉鎖式生命維持系統(tǒng) （Controlled Ecological Life Support System,CELSS）的植物生產(chǎn)特點(diǎn)，把LED光源列為空間植物栽培系統(tǒng)首選光源（Bartaefal,1992）[6]，并委托Wisconsin 大學(xué)等單位開展研究，探索利用最小面積生產(chǎn)出可供一個(gè)人在太空中生活的必需食物，目前已經(jīng)研究出利用614m2 就能提供一個(gè)人需要的面粉、豆、薯、菜、蕃茄、玉米等食物的生產(chǎn)模式。mol光照周期24h（亮）/0h（暗）的條件下，利用紅藍(lán)兩種LED的四種不同組合作為照明光源，在多孔管和多孔陶瓷顆粒無土栽培裝置下進(jìn)行植物栽培試驗(yàn)，結(jié)果表明，紅色LED下生長(zhǎng)的植物初期呈匍匐狀，后期直立、細(xì)長(zhǎng)；紅藍(lán)光LED組合下的植株生長(zhǎng)基本正常，但90％紅光LED＋10％藍(lán)光LED更為適宜[24]。LED以其節(jié)能高效的特有優(yōu)勢(shì)正吸引著全世界的目光，尤其是在全球能源短缺的背景下，LED的推廣普及正受到世界各國(guó)的高度重視，預(yù)計(jì)在不久的將來LED將會(huì)在設(shè)施園藝領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。荷蘭等一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)在大功率LED的溫室補(bǔ)光方面進(jìn)行了中試（圖5所示）。在植物組培領(lǐng)域，將會(huì)出現(xiàn)替代傳統(tǒng)熒光燈的組培LED專用燈具，大幅度降低組培系統(tǒng)的能耗；在完全控制型植物工廠將會(huì)出現(xiàn)采用多個(gè)單色光（如紅藍(lán)光）LED組合的人工光源，使作物栽培層的間距和空間利用率成倍提高，進(jìn)而促進(jìn)植物工廠的普及與應(yīng)用。太陽能光伏技術(shù)以及其它新能源與LED的結(jié)合，也使得工廠化農(nóng)業(yè)、摩天大樓農(nóng)業(yè)以及太空農(nóng)業(yè)、星球農(nóng)業(yè)的能源利用效率得到大幅度提高，甚至?xí)碇参锷a(chǎn)體系的重大革命與突破。參考文獻(xiàn)[1] 魏靈玲,楊其長(zhǎng),2007, 23 (11):408411.[2] 崔瑾,徐志剛,[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008,24(8):249~253. [3] 劉江,范廣涵,[J].應(yīng)用激光,2003,6(3):147~151. [4] 王海鷗,[J].中國(guó)照明電器,2004(2):1~3.[5] [J].半導(dǎo)體照明LED,2004(6):83~84.[6] 楊其長(zhǎng),[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2005.[7] Bula R. J., R. C. Morrow, T. W. Tibbits and D. J. Barta. Lightemitting diodes as a radiation source for plants. Hortscience 1991,26(2):203~205.[8] [J].液晶與顯示,1996,12(4):311~312.[9] 魏靈玲,楊其長(zhǎng),. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2007, 23 (12):415419.[10] 石井雅久,伊東正,1995,33(2):143~149.[11] Yanagi T,Okamoto of superbright light emitting diodes as an artificial light souce for plant gro
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