植物人工輻射源研究報(bào)告-在線瀏覽
2025-04-09 05:24本頁(yè)面
【正文】 圖 4綠色葉片的組織結(jié)構(gòu) 大部分植物的葉綠體內(nèi)主要含有葉綠素 (葉綠素 a和葉綠素 b)、β 類(lèi)胡蘿卜素 (胡蘿卜素和葉黃素 )，光敏素 (Pfr， Pr)。 綠色植物的葉綠素含量最多，而且，葉綠素吸收綠光極少，大部分的綠光被反射出來(lái)，所以葉綠體呈現(xiàn)綠色。 圖 5葉綠體內(nèi)對(duì)光的吸收與反射 植物在太陽(yáng)輻射下的吸收光譜 我們研究植物的光合作用，主要是通過(guò)研究植物對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收，才能揭示植物光合作用的基本原理，那么，植物的光合作用吸收的光譜是怎樣的形態(tài)和分布呢 ? 科學(xué)家已經(jīng)獲得了綠色植物在太陽(yáng)輻射下的吸收光譜，如圖 6所示，綠色植物光合作用有效光譜的主要范圍是 380nm735nm，植物的光合作用主要吸收的是紅光和藍(lán)光，此外，還有小部分的紫外線和紅外線，植物的光合作用對(duì)綠光吸收的很少，沒(méi)有被吸收的綠光被植物反射出來(lái)，植物對(duì)太陽(yáng)光的吸收光譜是有峰值的，吸收峰值表示對(duì)太陽(yáng)輻射的能量需要最多。 通過(guò)對(duì)植物吸收光譜的分析，我們可以使用與太陽(yáng)輻射相同波長(zhǎng)的人工輻射源對(duì)植物進(jìn)行輻射，從而達(dá)到與太陽(yáng)光一樣的植物光合作用的效果，這就是植物人工輻射源的基本構(gòu)思。 也是居于這一點(diǎn)， LED人工輻射源可以對(duì)植物光合作用更加有效，符合植物吸收光譜的多個(gè)峰值，當(dāng)然，人工方式源是要增加植物種植的成本。 我們把植物燈稱為植物人工輻射源 (Plant Artificial Radiation Sources)，是我們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域首先提出，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。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。 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。 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)。 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。 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)。 2)電功率到輻射功率的轉(zhuǎn)換效率高。 4)單面發(fā)光方式，輻射利用率最高。 6)輻射量衰減率低，平均壽命達(dá) 3萬(wàn)小時(shí)以上。 8)低壓直流驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化規(guī)?？刂啤? 10)LED器件本身與生產(chǎn)工藝不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染。 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 9是 LEDPARS的光譜對(duì)比圖，從圖中可以看出，
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