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详解影响植物生长照明系统效果的两大因素

导读: 近年来,电光源技术在植物照明领域的应用越来越广泛,特别是LED以其光效高、发热低、体积小、寿命长等诸多优点,在植物照明领域优势明显。随着植物照明快速发展,准确客观地评价照明产品以及现场照明环境越来越受到关注。

  近年来,电光源技术在植物照明领域的应用越来越广泛,特别是LED以其光效高、发热低、体积小、寿命长等诸多优点,在植物照明领域优势明显。随着植物照明快速发展,准确客观地评价照明产品以及现场照明环境越来越受到关注,有必要从两点出发考虑对植物照明的评价,一是植物健康生长需求,二是充分节能环保的照明。

  1、植物照明的关键因素

  光是植物生长和发育最重要的环境因子之一,植物生长需要通过光合作用将光能转换为自身生长所需要的能量,不同的植物对光的需求是不同的,则所需选择的补光光源也各有差异,下面主要从光质、光密度和光均匀性3方面进行分析。

  1.1 光质

  研究表明,决定植物光合作用的叶绿素对蓝光和红光较为敏感,其峰值波长分别在450 nm和630 nm附近,同时其他颜色的光也显著影响植物的生长,如细菌叶绿素还需要来自紫外和红外的非可见光以对植物形态发生作用。

详解影响植物生长照明系统效果的两大因素

  如图1所示,植物生长依赖体内多种叶绿素和其他色素的共同光合作用,McCree在1972年通过大量文献调研,基于22种植物,给出了植物相对量子效率曲线(RQE)在植物光度系统中,即图1中所示的常用光谱响应曲线 。事实上,针对不同植物,以及同一植物的不同生长期的吸收光谱,需要确定所选组合植物照明光源的光谱范围和峰值波长,植物照明的光谱可以通过实验室的测量获得,也可以对照明现场进行监测评价。

  1.2 光密度

  植物对光密度的要求有一个上限,即光饱和点,当光密度达到植物的光饱和点时,植物的光合作用达到顶峰,而当光密度继续增强超过植物的光饱和点后,植物的光合作用不但不会提高,反而会下降,植物自身便会产生光抑制现象。根据光密度对植物影响程度的不同可将植物分为喜光植物、耐荫植物、中性植物,这些植物都需要合适的光密度才能良好生长。光密度对应辐射照度或者光子通量密度(PPFD)。在植物照明的现场,可通过实时监测来评价其光密度是否符合植物生长需求。而在植物照明的设计时,则可以利用照明灯具的空间光强分布数据进行评价。

  1.3 光均匀性

  由于植物是不能移动的光合自养生物,而LED发光具有较强的方向性,且可能存在空间光色分布不均匀,若不针对植物生长环境中的光均匀性进行设计,就会使得光照系统中不同位置的植物接收到的光质和光强不同,从而容易形成同种植物在个体大小、生长速率和光合产量上的差异。因此,在进行光照系统设计时必须考虑光的均匀性,由所选光源的光色特性设置光源的排布。根据CSA(国家半导体照明工程研发及产业联盟标准)最近发布的《植物生长用 LED 平板灯性能要求》,植物照明产品光均匀性的评价包括辐射照度均匀性 和辐射光谱不一致性Uλ两个方面。

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