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设施园艺LED照明系统的技术要求以及提升方法

2015-12-09 10:29
瑾年Invader
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  设施园艺半导体照明是指采用半导体电光源及其智能化管控装备,按照农业生物的光环境需求规律和农业生产各领域的生产目标要求,人为创造适宜的设施光环境或弥补自然光照的不足,调控农业生物的生长发育和繁殖,以实现优质、高产、高效、稳产生产目标的一种设施园艺措施,它是农业半导体照明的最重要领域,应用进展和潜力最大。

  各应用领域生物形态多样,光环境需求差异迥然,主要应用总结如下。①温室补光。为增加植物光合产量,提高光照强度,延长光周期,须进行人工补光。②食用菌工厂。目前,食用菌生产工厂化程度高,多数食用菌对光强要求不高,但对光质要求苛刻,产量品质效应大,光环境调控非常重要,应用潜力巨大。③植物工厂。植物工厂作为设施园艺的最高级发展阶段,可用于蔬菜、苗木(蔬菜苗、水稻、烟草等)、中草药等的规模化生产。智能化人工光环境调控对其生产效率起决定性作用。④植物组培。植物组培是种苗快繁、脱毒的重要手段,完全采用人工光照进行生产,对人工光源需求极大,电光源升级换代十分迫切。

关于设施园艺LED照明系统的技术

  设施园艺半导体照明应用领域十分复杂,需要开展系统、多层面、多尺度的研究工作。

  原因之一,农业生物营养与生长发育规律具有多样性和复杂性,农业生物对光环境的响应机理各不相同,研究方法各异,需要逐一系统研究,揭示其光生物学规律。譬如,植物是利用光能、CO2和水,通过叶绿素光合作用形成碳水化合物,将光能转变为化学能;而微生物(以食用菌为例)则需通过胞外酶分解栽培基质获取所需营养产生菌丝和子实体。3种农业生物的营养方式根本不同。

  原因之二,农业生产领域庞杂,农业生物种类多样及其赋存形态各异,对光环境时空需求不同。

  原因之三,光环境的数量属性(光强和光周期)、质量属性(光质和光谱)和电光源发光特性(占空比、频率)多,需要逐一研究其生物学效应。

  上述3方面因素叠加显现了植物光生物学研究的复杂性和系统性。

  设施园艺LED照明系统装备的构成

  设施园艺半导体照明的本质特征是光环境(光质、光强和光周期)的精准、动态、按需调控,实施高效的农业半导体照明就需要以农业生物光环境需求时空规律为基础建立不同的调控策略。

  设施园艺LED照明系统装备包括LED光源及LED灯、LED灯悬挂装置及调控系统、光环境智能控制系统3个方面。LED照明系统的设计与研发是以最大化提高其光电转化效率和时空生物光效为目标的。LED光源与灯具效率增效、农业生物光生物学规律的解析是节能LED照明系统装备研发及构建高光效应用策略的基础。

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