植物人工輻射源研究報(bào)告(編輯修改稿)
2025-03-12 05:24 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，植物光合作用只 是接受不同波長(zhǎng)的電磁輻射，而不是向植物提供照明，植物的有效光合 PPFD值才是植物光合作用的度量單位，采用光度學(xué)單位照度值 (LUX)表達(dá)植物光合作用，這可能會(huì)引起使用者對(duì)植物種植的應(yīng)用錯(cuò)誤。 因?yàn)椋谥参锶斯ぽ椛湓醇尤氩豢梢?jiàn)光的輻射時(shí)， LUX的數(shù)值是零，但植物卻能夠正常吸收到這些不可見(jiàn)光輻射的光子 。當(dāng)輻射源的波段是在可見(jiàn)光范圍，可以稱為植物燈，需要把照度值換算為 PPFD標(biāo)注。 在以下的論述中，我們用 PARS代表植物人工輻射源。 植物人工輻射源的發(fā)展歷程 從全球農(nóng)業(yè)科學(xué)的技術(shù)文獻(xiàn)來(lái)看，早 期的科學(xué)家對(duì)植物與光的某些物理化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行了研究，隨著研究的深入，研究的內(nèi)容包括：太陽(yáng)光與植物生長(zhǎng)，太陽(yáng)輻射與植物的光合作用，人造光源與植物光合效率等，比較系統(tǒng)的研究是源于美國(guó)軍方和美國(guó)宇航局 NASA。 為了研究宇航員在太空中如何長(zhǎng)期生存的技術(shù)問(wèn)題， NASA 肯尼迪航天中心 (KSC)提出了“高級(jí)生命支持系統(tǒng)的作物生產(chǎn)”這個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，在這個(gè)領(lǐng)域里，科學(xué)家對(duì)人工環(huán)境下的植物種植方面做出了許多富有成效的技術(shù)研究，圖 7是 NASA的植物研究。 圖 7 NASA的植物研究 早期的植物種植采用人造輻射源是照明光源，如白熾燈、高壓鈉燈、金鹵燈、熒光燈，這些人工光源在植物培植也起了一定的效果，但是，這些光源有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，那就是對(duì)電力的損耗很大，發(fā)熱量大，而對(duì)植物的有效輻射量不高，有些甚至需要制冷系統(tǒng)降低光源的熱效應(yīng)。 用于植物生長(zhǎng)的各種人工光源對(duì)比： 隨著 LED技術(shù)的發(fā)展，一種稱為半導(dǎo)體固態(tài)照明 (SSL)的產(chǎn)品越來(lái)越多的應(yīng)用在照明領(lǐng)域，人們發(fā)現(xiàn)， LED的許多固有特性對(duì)植物的光合作用有很好的效果。 隨著 LED成本的下降， LED植物人工輻射源在農(nóng)業(yè)種植方面得到了 空前的發(fā)展，世界各地的科學(xué)家都在致力于 LED在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用，如植物工廠、垂直工廠等新概念不斷沖擊著傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植技術(shù)， LED在未來(lái)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中將扮演舉足輕重的作用。 與 LEDPARS介紹 LED LED是發(fā)光二級(jí)管 (Light Emitting Diode)的英文縮寫(xiě)，屬于半導(dǎo)體器件， 1962年 LED開(kāi)始應(yīng)用， 1993年以前， LED只有紅光、綠光、黃光器件，主要用作指示燈， 1993年藍(lán)光LED實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，四元素紅光 LED與藍(lán)光 LED應(yīng)用在植物種植逐漸得到發(fā)展。 LED應(yīng)用在照明領(lǐng)域稱之為半導(dǎo)體固態(tài)照明 SSL(Solid State Lighting)， LED應(yīng)用在植物種植稱之為植物人工輻射源 (LED Plant Artificial Radiation Sources)。 LED用 于植物種植具有以下特點(diǎn)： 1)可以制造出不同波長(zhǎng)組合的人工輻射源。 2)電功率到輻射功率的轉(zhuǎn)換效率高。 3)LED屬于冷光源，發(fā)出的光無(wú)熱輻射。 4)單面發(fā)光方式，輻射利用率最高。 5)輻射量的輸出可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)電流調(diào)節(jié)。 6)輻射量衰減率低，平均壽命達(dá) 3萬(wàn)小時(shí)以上。 7)耗電功率低，生產(chǎn)成本低。 8)低壓直流驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化規(guī)?？刂啤? 9)可以方便接入太陽(yáng)能、風(fēng)能供電系統(tǒng)，做到零污染。 10)LED器件本身與生產(chǎn)工藝不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染。 11)產(chǎn)品造價(jià)高，初始投 入大。 LED光譜圖 對(duì)于植物人工植物輻射源的研制，我們依據(jù)的是太陽(yáng)輻射與植物光合作用的體系進(jìn)行的，所以，對(duì)于 LED器件，也需要從 LED的光譜分析開(kāi)始，圖 8是 LEDPARS常用的波長(zhǎng)的光譜圖，可以看出，每種波長(zhǎng)的光譜中，波形單一平滑，無(wú)其他雜波，波形態(tài)與植物光合作用的峰值波長(zhǎng)形態(tài)接近，可以提供多波段的組合。 圖 8各種波長(zhǎng)的 LED的光譜
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