LED在设施农业中的应用
大棚植物补光灯使用方式
大棚植物补光灯使用方式大棚是现代农业生产中常见的设施，用于种植各类蔬菜、水果和花卉。
然而，由于大棚内自然光照条件的限制，植物的生长可能会受到一定的限制。
为了解决这个问题，人们引入了大棚植物补光灯。
本文将介绍大棚植物补光灯的使用方式。
选择适合的补光灯非常重要。
大棚植物补光灯种类繁多，常见的有LED补光灯、荧光灯和高压钠灯等。
不同的补光灯适用于不同的植物和生长阶段。
LED补光灯适合大部分植物的生长，而荧光灯适合种植苗期植物，高压钠灯适合花卉的开花期。
因此，在选择补光灯时，应根据所种植的植物和生长阶段选择合适的灯具。
大棚植物补光灯的安装位置也需要注意。
补光灯应该安装在大棚内能够照射到植物的位置，确保光线能够均匀地覆盖到植物的所有叶片上。
同时，补光灯的安装高度也需要合理。
一般来说，补光灯距离植物顶部的距离应该在30-60厘米之间。
如果安装得太高，植物可能无法充分吸收到光线；如果安装得太低，光线可能会过于集中，导致植物叶片烧伤。
然后，大棚植物补光灯的使用时间也需要掌握。
不同的植物对光照的需求不同，因此补光灯的使用时间也会有所差异。
一般来说，蔬菜类植物需要12-16小时的光照，而花卉类植物则需要10-12小时的光照。
此外，补光灯的使用时间也需要根据植物的生长阶段进行调整。
苗期植物需要较长的光照时间，而开花期植物则需要较短的光照时间。
除了使用时间，大棚植物补光灯的光照强度也需要掌握。
植物的光照需求与其所处的生长阶段有关。
在幼苗期，植物对光照的需求较低，因此光照强度可以相对较低；而在生长期和开花期，植物对光照的需求较高，因此光照强度需要适当增加。
一般来说，蔬菜类植物的光照强度应在10000-20000勒克斯之间，而花卉类植物的光照强度应在20000-40000勒克斯之间。
大棚植物补光灯的维护也是非常重要的。
补光灯的灯泡寿命有限，一般在使用一定时间后需要更换。
同时，灯泡的发光效果也会随着使用时间的增加而减弱，因此需要定期检查和更换。
浅析LED在农业照明领域研究进展及应用现状概要
浅析LED在农业照明领域研究进展及应用现状一、现代农业照明光源的需求农业是国民经济的基础,日常生活中的肉蛋奶、蔬菜、花卉、瓜果、食用菌等农副产品的很大一部分都是在设施条件下生产出来的,其中农业照明起到了极为重要的作用。
总体上来看,在现代农业的很多领域,如设施植物生产、集约化养殖业、水产捕捞、病虫害防治、食用菌生产及微藻繁殖等,都与人工照明有着极其密切的关系。
植物生产对人工照明的需求方面,俗话说“万物生长靠太阳”,光照是地球上生物赖以生存与繁衍的基础,作物的光合作用离不开光照,光照条件的好坏直接影响作物的产量和品质。
自然界中,太阳的光照随地理纬度、季节和天气状况的不同而变化,高纬度地区冬季日长变短以及其它地区冬春季节连阴、雨、雪、雾天气等特定气候条件下,光照强度和光照时间不足的现象时有发生,因此,在现代植物生产系统中(如温室、大棚等人工补光已经成为高效生产的重要手段。
此外,在密闭式人工光生产系统,如植物工厂、组培车间、育苗工厂等,采用完全人工光进行光合作用,因此也离不开对人工照明光源的需求。
在养殖生产对人工照明的需求方面,集约化养鸡场、养猪场等都在封闭或半封闭环境下进行饲养,人工光源不仅能起到照明的作用,而且对畜禽生产性能也会产生重要影响。
大量的研究表明,在畜禽养殖过程中,照明光源的颜色与波长、光照的时间与强度、光照期与黑暗期的配合等都会对畜禽的生产性能、生理特性、行为特性、体质健康等产生显著影响。
适宜的人工照明,能够克服了畜禽繁殖生理机能季节性限制,使其遗传潜力能最大限度地发挥出来,增加畜禽养殖的经济效益。
在水产捕捞与灯光诱鱼对人工照明的需求方面,自公元8世纪开始,人们利用鱼对光的敏感性,就采用灯光进行集鱼与捕鱼。
多年来,世界各地一直存在使用火或其他形式的灯光捕鱼的方法,如今这些捕鱼方法已经成为许多国家现代渔业的一个重要特征。
一些学者还对不同颜色光源的诱鱼效果进行了试验,结果表明,蓝光具有更深的水体穿透性,使用以蓝色为主体的人工光源可以取得更好的捕捞效果。
生长灯和全光谱LED助农提升产量
生长灯和全光谱LED助农提升产量生长灯和全光谱LED提高农作物产量的方式主要是通过优化光照条件，促进植物的光合作用和生长。
具体来说，它们的作用主要体现在以下几个方面：首先，生长灯和全光谱LED能够提供适宜的光谱分布。
不同的植物在不同的生长阶段对光谱的需求有所不同，而全光谱LED能够模拟自然光的光谱特性，发出连续的光谱，包括红、蓝、绿等多种颜色的光，满足植物对光的全面需求。
这种光谱分布能够促进植物叶片的光合作用，提高光能利用率，从而增加农作物的产量。
其次，生长灯和全光谱LED能够精确控制光照强度和光照时间。
通过调整灯具的亮度和开启时间，种植者可以根据作物的生长特性和需求，为植物提供恰到好处的光照。
适当的光照强度能够促进植物的光合作用和物质合成，而延长光照时间则可以增加植物的光合作用时间，使其能够积累更多的能量和物质，有利于提高产量。
此外，生长灯和全光谱LED还具有节能环保的优点。
相比传统的光源，它们的能耗更低，使用寿命更长，而且不会产生过多的热量，从而减少了能源的浪费和环境的负担。
同时，由于其光照条件可控，种植者可以更加精确地管理作物的生长环境，减少化肥和农药的使用量，有利于实现绿色、可持续的农业生产。
最后，生长灯和全光谱LED的灵活性也为提高农作物产量提供了便利。
它们可以方便地安装在温室、室内种植设施或垂直农业系统中，适应不同种植环境的需要。
同时，通过与其他农业技术的结合，如智能灌溉系统、温度控制系统等，可以进一步优化作物的生长条件，提高产量和品质。
综上所述，生长灯和全光谱LED通过提供适宜的光谱分布、精确控制光照强度和光照时间、节能环保以及灵活适应不同种植环境等方式，可以有效地提高农作物的产量。
LED光源在农业照明领域的市场需求分析
LED光源在农业照明领域的市场需求分析摘要：基于LED光源的农业照明在欧美国家得到了大力发展，各国政府都在积极推广LED农业照明，中国在农业照明领域的LED技术兴起于最近几年。
实践证明，LED光源可以完全替代自然照明和传统人工照明，并根据农作物不同的生理时段调节光照波长，缩短了农作物的生长周期、增加产量、减少病害、提高了农产品品质。
研究了LED光源在农业照明领域的优势，并对LED光源在农业照明领域的市场潜在需求进行分析和统计，结果表明LED光源在农业照明领域的应用前景广阔，市场潜力巨大。
关键词：LED光源；农业照明；需求分析随着LED技术的发展，美国、日本、韩国等纷纷将LED农业照明应用作为重要的发展方向，国内外的众多厂商也纷纷进军农业照明领域。
LED光源在农业照明中的应用主要包括植物生产、养殖业、微藻培养、食用菌生产等，在欧美国家应用非常广泛，并取得了良好的经济效益。
2010年4月，日本的三菱化学公司采用废旧大型集装箱，将其改造成植物工厂辅以现代信息管理技术和LED 为光源进行作物的光合作用。
为适应新生的植物工厂的需求，日本昭和电工专门为“植物工厂”开发了LED产品，可以发射促使农作物生长的特定波长的红光，目前已被日本10多家植物工厂采用，2010年的销售额达10亿日元[1]。
欧洲尤其是北欧地区的LED农业照明也发展迅速，北欧地区由于地理位置原因，长期处于半极昼和半极夜状态，气温和光照均不利于农作物的生长，采用了温室加LED照明技术后，农产品质量大幅度提高，并最大限度地满足了本国的农产品供应。
美国农业部则拨出巨额资金资助Purdue大学进行LED照明技术的研究，用于改善不良自然环境下的农业发展状况。
目前，国内农业照明中已开始采用LED，如陕西杨凌农业示范区建立太阳能光伏LED植物工厂等。
除了一些应用外，LED在农业领域应用的相关技术研发也逐渐受到关注。
2010年12月“植物工厂创新成果发布会”在中国农业科学院举行，北京中环易达设施园艺科技有限公司推出了家庭版植物工厂以及家庭园艺系列产品，并分别与荷兰飞利浦照明、日本三菱化学、松下（中国）电工、台湾亿光、扬子电器、欧琳集团等数十家国际知名企业签署战略合作协议，就LED 植物照明光源、工业控制、空调环境控制、营养液制剂等领域的技术创新、市场开发等达成一致。
LED光源在设施园艺中的设计与应用探讨
LED光源在设施园艺中的设计与应用探讨【摘要】现代设施园艺已经越来越依赖LED光源作为光照来源。
本文从LED光源在设施园艺中的原理、优势和设计原则出发，分析了其在设施园艺中的作用和应用案例。
未来发展趋势方面，LED光源在设施园艺中具有广阔的发展前景，对于提高作物产量和质量具有重要意义。
结论部分指出LED光源在设施园艺中的作用和发展前景，为设施园艺产业提供了启示。
通过本文的探讨，可以更深入地了解LED光源在设施园艺中的重要性，为学术研究和实际应用提供参考。
【关键词】LED光源, 设施园艺, 设计, 应用案例, 优势, 原理, 设计原则, 未来发展, 作用, 发展前景, 启示, 关键词1. 引言1.1 背景介绍设施园艺是一种利用人工设施进行植物种植和培养的园艺种植方式，主要包括温室园艺、地下园艺和垂直园艺等。
随着人口增长和城市化进程的加快，设施园艺在现代农业生产中扮演着越来越重要的角色。
传统的自然光照在设施内的分布存在不均匀性和季节性等问题，影响了作物的生长和品质。
如何利用先进的光源技术来弥补自然光照的不足，成为了设施园艺领域的研究热点。
1.2 研究目的研究目的旨在探讨LED光源在设施园艺中的设计与应用，深入分析LED光源在植物生长中的作用机制及其优势，为设施园艺产业的发展提供科学依据。
本研究旨在总结LED光源在设施园艺中的设计原则和应用案例，探讨LED光源在未来设施园艺中的发展方向，为推动设施园艺产业的可持续发展提供有力支持。
通过深入研究LED光源在设施园艺中的作用与发展前景，为设施园艺产业的创新发展提供借鉴和启示。
通过对LED光源在设施园艺中的设计与应用进行探讨，旨在推动设施园艺领域的科技创新，提高农业生产效率，推动农业产业转型升级。
1.3 研究意义LED光源在设施园艺中的设计与应用探讨LED光源在设施园艺中的应用已经成为当前研究的热点之一。
其研究意义主要体现在以下几个方面：1. 提高生产效率：LED光源在设施园艺中能够提供更精准的光照控制，可根据作物的生长需求调节光照强度和光谱，提高光合作用效率，从而提高作物产量和质量。
LED在设施农业中的应用
管 （ Ｅ 的亮 度 与效 率 也 大 幅度 提 高 ， 得 这 种 光 源 在 设 施 农 业 生 产 中 的 应 用 变 为 可 行 ， 其 对 封 闭可 调 控 的 Ｌ Ｄ） 使 尤 设施农业环境 （ 如植 物 工 厂 ， 织 培 养 室 、 物生 长箱 等 ）是 一 种 非 常 合 适 的人 工 光 源 。为 此 ， 要 介 绍 了 Ｌ Ｄ 组 植 主 Ｅ 在 设 施 农 业 中 的应 用 及 发 展 趋 势 。 关键 词 ：人 工光源 ；发光二极管 （ Ｅ ；设 施农 业 ；光质 Ｌ Ｄ）
质 之 问 的关 系 。 这里 所 说 的单 色光 ， 不 是 指 严 密 的 并 单 波 长 的光 ， 而是 指 在 自然 光 分 成 为 为 紫 外 、 色 、 蓝 绿 色 、 色 、 红 外 光 的情 况 下 ， 种 颜 色 所 在 特 定 波 段 红 远 各
的光 。
２ Ｌ Ｄ在 基 础 研 究 中 的应 用 Ｅ
段带 通 滤 波器 来 实 现 。
泛应用 ， 对于研究光质与植物 的光形态建成 和光 合作
用 之 间的 关 系有 着 非 常重 要 的 意义 。
１ 植 物 与 光
植 物对 光 的反 应 ， 分 为 光 合 作 用 和 光 形 态 建 成 可 两类 ： 合 作用 ， 利用 光 能合 成 有 机 物 的反 应 ； 形 光 是 光 态 建成 （ 称 形 态形 成 ） 是 光作 为 信 号 触 发 而 引 起 植 又 ， 物 的 形 态 反 应 ， 种 子 发 芽 、 化 （ 芽 形 成 ， 的 形 如 分 花 叶 成 等 ） 运 动 （ 孔关 闭 ， 、 气 叶绿 体 运 动 ） 向光 性 等 。 、 光在 光 质 、 强 、 照 时 间 （ 光 周 期 ） 光 光 或 ３个 方 面 影 响植 物 的生 长发 育 。在 不 同光 强 光 质 的 作 用 下 ， 植 物会 产 生各 种 不 同 的形 态 形 成 反 应 ， 影 响其 发 育 的 并 过 程 。因此 ， 色 光 的 Ｌ Ｄ非 常适 用 于 研究 植 物 与光 单 Ｅ
LED光照对植物生长的影响
LED光照对植物生长的影响近年来，随着科技的不断发展，LED灯具被广泛应用在居家、商业、办公、室内种植等领域，其中在室内种植中，LED光照也成为了越来越受欢迎的一种灯具。
与传统的荧光灯、高压钠灯相比，LED光照具有更低的能耗、更长的寿命、更少的发热量等优势。
然而，关于LED光照对植物生长的影响，人们的认知甚至可以说是互相矛盾的。
那么，LED光照到底会如何影响植物的生长呢？一、LED光照对植物生长的影响机制LED是由多个发光二极管组成的光源，与传统的灯具相比，其色温、波长等参数更容易调节。
而不同波长的光线，对植物的生长影响也不尽相同。
例如，蓝光对植物的生长有促进作用，红光则可以刺激植物的开花结果，在LED光照的作用下，可以通过改变不同波长的比例，来影响植物的生长发育。
在LED光照的作用下，还有一个重要因素是光周期。
由于光周期对植物的开花时间等生长过程有很大的影响，所以对于一些需要长时间照明的植物来说，如果不恰当控制光周期和光强度，会对植物的生长造成不利影响。
二、LED光照的优势相较于传统的荧光灯、高压钠灯，LED光照具有越来越多的优势。
1. 能效高LED光照的功率消耗更低，使用寿命更长，对于室内种植来说，LED光照的能效更高，每度电的光照效果更好。
2. 光谱可控LED灯的换母灯坏了，不会像其他灯具一样要把整个灯都换了，而是直接换母灯就好了。
还可以根据植物的不同需求，调整LED光照的波长，以获得更好的生长效果。
3. 发热量少、寿命长LED光照发热量少，并且寿命更长。
这让LED光照的使用成本更低。
三、LED光照的不足之处虽然LED光照有非常多的优势，但是也存在着不足之处。
1. 成本高LED光照的成本仍然较高，需要投入大量的费用来更新和改造设施，从而充分利用LED光照的优势。
2. 光强度控制难度较大与传统的照明设备相比，LED光照的光照强度比较难以控制。
这就意味着，在室内种植中需要额外设置光照控制器，来精确控制LED光照的强度和波长。
设施蔬菜生产LED光照系统如何选择？
设施农业2023-1194设施百科Facility Encyclopedia设施农业2023-1194设施农业是在环境相对可控条件下，采用工程技术手段，进行动植物高效生产的一种现代农业方式。
对于喜光蔬菜而言，由于受季节、温室结构及覆盖材料、种植密度等因素的影响，株间弱光现象普遍存在，光照强度远远达不到植株正常生长的光需求，严重限制了植株整体光合产物的合成和转运，进而不同程度地影响设施蔬菜的产量和品质。
因此，在设施内可以进行适当补光。
设施园艺照明是耗电过程，是一项生产工程技术，节能高效是追求主体目标。
LED 光源相较其他种类光源，由于其体积小、寿命长、能耗低、冷光源、高光电转换效率、单色性佳、光谱可调等特点，成为株间补光光源的更优选择。
设施园艺LED 照明系统是设施园艺半导体照明的执行机构，其智能化、节能性能的高低直接关系到照明效率和效果，节能性和生物光效高低是决定设施园艺LED 照明系统优劣的最终标准。
从光能产生到植物吸收利用的过程来分析，设施园艺LED 照明系统的光能利用效率是指电能转化为光能被植物利用的效率，主要受LED 光源及LED 灯具、LED 灯悬挂装置及调控系统、光环境智能控制系统影响。
当前，随着环境控制农业技术及“光配方”设计逐渐成熟、成本不断下降、政府政策介入，LED 植物补光产品渗透率逐渐增加，众多企业纷纷从通用照明市场转战植物光照领域。
目前中国已研发和生产出不少LED 植物补光装置，但产品杂乱，质量良莠不齐，生产设计不规范，销售光谱缺乏实际验证，光学参数的标注亦存在不同程度的虚标和概念混淆等现象，不利于提升公众对于植物光照行业的信任度，延滞了植物光照行业市场的拓展和成熟。
为此，农业农村部批准发布了行业标准NY/T 3657-2020《温室植物补光灯质量评价技术规范》，于2020年11月1日起实施。
该标准对温室植物补光灯的术语、基本要求、质量要求、检测方法及规则等进行了明确规定，适用于植物生长用的高压钠灯和LED 灯的质量评定，其他光源植物补光灯也可参照使用，引导和推进设施园艺产业朝着高质量、高效益、低能耗的方向发展。
光电信息技术在农业领域的应用前景
光电信息技术在农业领域的应用前景在当今科技飞速发展的时代，光电信息技术作为一门前沿交叉学科，正逐渐渗透到农业生产的各个环节，为农业现代化带来了新的机遇和变革。
光电信息技术涵盖了光学、电学、信息技术等多个领域，包括激光技术、光谱分析、成像技术、传感器技术等，这些技术在农业中的应用前景十分广阔，有望解决农业生产中的诸多难题，提高农业生产效率和质量，促进农业可持续发展。
光电信息技术在农业资源监测方面发挥着重要作用。
例如，利用卫星遥感技术和高分辨率光学成像设备，可以对大面积的农田进行实时监测，获取土壤湿度、肥力、植被覆盖度等信息。
通过对这些数据的分析，农民能够精确地了解农田的状况，从而合理规划灌溉、施肥和种植策略，避免资源的浪费和环境的污染。
此外，光电传感器还可以用于监测农田中的水质和空气质量，及时发现农业生产中的环境污染问题，为农业生态环境保护提供有力的支持。
在农作物生长监测方面，光电信息技术也具有显著的优势。
多光谱成像技术和高光谱成像技术能够捕捉到农作物在不同生长阶段的光谱特征，从而反映出农作物的生长状况、营养状况和病虫害情况。
与传统的人工监测方法相比，这种非接触式的监测方式不仅效率高，而且能够提供更加准确和全面的信息。
例如，通过分析农作物叶片的反射光谱，可以判断其叶绿素含量，进而了解农作物的光合作用效率和营养状况。
同时，利用红外热成像技术可以检测农作物的温度分布，及时发现病虫害引起的异常发热现象，为病虫害的早期预警和防治提供依据。
在农业精准灌溉方面，光电信息技术也大有用武之地。
基于土壤水分传感器和光学传感器的精准灌溉系统能够实时监测土壤水分含量和农作物的需水情况，实现按需灌溉。
这种精准灌溉方式不仅可以节约用水，还能够提高农作物的产量和品质。
例如，滴灌技术结合光电传感器，可以根据农作物的根系分布和需水规律，精确控制灌溉水量和时间，使水分直接供应到农作物的根部，减少水分的蒸发和流失。
在农产品质量检测方面，光电信息技术同样具有重要的应用价值。
浅谈LED在农业领域的推广与应用
这样就可以使耗电量下降约一半 ； 第二 ， 传统人工光 源产生太多热量 ， 如采用 Ｌ Ｄ补充照明和水培系统， Ｅ 空气能够被循环使用 ， 过多 的热量和水分可以被移 除， 电能能够被高效地转变为光合辐射 ， 最终转化为 农作物物质 ； 第三 ， 采用 Ｌ Ｄ照明， Ｅ 农作物 的生长速 率、 光合速率都提高 ２ ％以上 ， ０ 能够显著促进农作 物 的生长发育 ， 提高形态指标。
６０ １
～
７ ０ 有显著影响 ２
１ｏ 发 芽 ００
叶绿素吸收率低， 对光合作用与光周期效应
吸收率低 ， 刺激 细胞 延 长 ， 响开 花与 种 子 影
７Ｏ ２
～
＞１ｏ 转换 成 为 热 量 ００
一
、
在 了解了光线光谱与植物光合作用的关系后 ， 对于 Ｌ Ｄ作为植物照射光源的技术问题也就迎刃而 Ｅ 解了， 我们只要选择优质 的 Ｌ Ｄ颗粒并进行合理的 Ｅ 组合 就 能够达 到应 用 的 目的 。另外 更 可 以发 挥 Ｌ Ｄ Ｅ 的电子可 控性 ， 利用 芯 片对其 光 谱 进行 自由的 控制 ， 因为特定波长的 Ｌ Ｄ可影 响植物 的开花时 间、 Ｅ 品质 和花期持续时间。某些波长的 Ｌ Ｄ能够提高植物的 Ｅ 花芽 数 和开花 数 ； 些 波 长 的 Ｌ Ｄ能够 降 低 成花 反 某 Ｅ 应， 调控 了花梗 长度和花期 ， 有利 于开 花生产和上 市 。 由此 可见 ， 通过 Ｌ Ｄ调控 可 以调 控 植 物 的开 花 Ｅ 和随后的生长 ， 真正的为植物生长做到量体裁衣。 ： 、 场分 析 市 从经济效益的角度分析 ， 第一 ， 传统光源每平方 米 需要 配备 ０ ５ Ｗ 的光 源 ， Ｌ Ｄ只需要 ０ ２ ｋ ， ．ｋ 而 Ｅ ．７ Ｗ
２ １ １ ４期 ０ ０２￣ ５
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LED在设施农业中的应用于海业1,王永志1,2,张 蕾1(1.吉林大学生物与农业工程学院,长春 130022;2.吉林工商学院,长春 130062)摘 要:在设施农业中,通常所采用的人工光源是荧光灯与高压钠灯。
近年来,随着光电技术的发展,发光二极管(LED)的亮度与效率也大幅度提高,使得这种光源在设施农业生产中的应用变为可行,尤其对封闭可调控的设施农业环境(如植物工厂,组织培养室、植物生长箱等)是一种非常合适的人工光源。
为此,主要介绍了LED 在设施农业中的应用及发展趋势。
关键词:人工光源;发光二极管(LED);设施农业;光质中图分类号:S123 文献标识码:A文章编号:1003-188X(2009)05-0190-030 引言发光二极管(简称LED)的相关产品早在1968年就已经问世,不过由于当时辐射强度低而且种类少,所以在应用上仍局限于标示及观赏等用途。
到了20世纪80年代中期出现了高亮度的LED,并且在1993年日本成功开发出高亮度蓝光LED,使得全彩化的LED产品得以实现,其应用范围也拓展到汽车、通讯产品、资讯产品、交通信号、照明及生物农业等领域。
光作为植物生长中重要的环境因子之一,主要来源于太阳的辐射。
随着科技的进步及农业生产形式的改变,导入人工光源来取代或者补充自然光的不足在设施农业中变得常见,目前所使用的人工光源包括荧光灯、高压钠灯、金属卤素灯及灯泡等。
LED的广泛应用,对于研究光质与植物的光形态建成和光合作用之间的关系有着非常重要的意义。
1 植物与光植物对光的反应,可分为光合作用和光形态建成两类:光合作用,是利用光能合成有机物的反应;光形态建成(又称形态形成),是光作为信号触发而引起植物的形态反应,如种子发芽、分化(花芽形成,叶的形成等)、运动(气孔关闭,叶绿体运动)、向光性等。
光在光质、光强、光照时间(或光周期)3个方面影响植物的生长发育。
在不同光强光质的作用下,植物会产生各种不同的形态形成反应,并影响其发育的过程。
因此,单色光的LED非常适用于研究植物与光收稿日期:2009-01-19作者简介:于海业(1963-),男,吉林梅河口人,教授,博士生导师, (E-m ail)hai y@m ai.l jl 。
质之间的关系。
这里所说的单色光,并不是指严密的单波长的光,而是指在自然光分成为为紫外、蓝色、绿色、红色、远红外光的情况下,各种颜色所在特定波段的光。
2 LED在基础研究中的应用2.1 光合作用与蒸发植物的光合作用是在叶绿体内利用光合有效辐射范围(400~700nm)内的光量子进行的。
因此,在从事光合作用的研究中,需要测量特定光谱的作用,因而需要照射强度极大的单色光。
一般测量单叶片的光合速度可以通过同化箱法,使用便携式测量装置。
这种装置同时也可测量蒸发速度。
在室外自然光下可以测量光合速度,在室内使用时则需要光源。
以前多利用碘钨灯和荧光灯照射,由于这两种光源的波段非常宽,为了得到狭窄的波段的照射光通常配合使用两种短波长吸收滤光片,或采用只能透过特定波段带通滤波器来实现。
LED的发光光谱,是具有峰值波长的山型。
虽然不是平整严格的单色光,但却是目前较为理想的光源。
最近开发的LED小型光源装置采用的是蓝色和红色两种LED,其照射强度PPF(Pho tosyn t h etic Photon F l u x)值可以达到2000 m o l/m2 s左右,基本满足研究需要。
2.2 叶绿素的荧光反应叶绿素荧光测量法是研究光合作用机能的方法之一,是通过测量叶绿素发出荧光量的变化值,来计算光化学反应所吸收的最大量子率、电子传递的量子吸收率、扩散热效率等,来评价光合作用效率。
由于LED辐射波段比较狭窄,而且发光强度及时间容易调节,激发光的波长及强度容易控制,因此最近国内外很多都利用蓝、红、远红外LED作为测量单叶片的荧光图像设备的光源。
2.3 作用光谱植物定量反应所需要的光量子数目,由于波长的不同而有所区别。
在光形态建成反应的研究中,为了分析对波长反应的依赖性,常常需要测量作用光谱。
光生物学领域一般使用大型的仪器生成光谱图,但由于产生的照射光弱,照射面积小等原因,对于需要强光的植物研究不适用。
在分析光合作用与植物生育中光质的研究中,不仅要考虑作用光谱,而且还需要一定强度的光量子数。
这种情况下需要测量反应光谱或相对应的光量子作用光谱。
这些研究,以前在使用碘钨灯、荧光灯等情况下多安装彩色滤光片,生成单色光来实现。
目前,随着LED发光强度不断提高, LED在这个领域的应用也越来越普遍。
3 LED在应用研究中的应用3.1 蓝光20世纪90年代之后,在植物培育实验中采用LED的现象逐渐增多。
由于LED中红色的价钱便宜而且发光强度很高,所以很多的实验都是以红色光为主。
但是,在只有红色的情况下,叶和茎的生长形态并不理想,因此需要添加蓝色LED。
但由于蓝色LED 价格高、发光效率低,制约了其使用。
3.2 生长速度通常来说,在单位光量子数辐射下,红光比蓝光的光合效率高。
然而在与单独采用红光的条件下相比,还是混有蓝光的生长效果比较理想,其主要原因应是在植物生长发育期间,与光合作用相比,由光质引起的光形态建成反应中茎叶形态及植物生理解剖的变化是占主导作用的。
在许多论文中介绍了通过利用LED,研究了有关蓝红光比率(B/R比)与生长速度的关系。
证明了在PPF一定的情况下,通过改变B/R比,其生长速度发生变化,并发现这个比在0.1~0.3的情况下,其生长速度最大。
3.3 光形态建成在植物的光形态建成研究中,经常采用LED来改变蓝、红、远红外光的量及其相互之间比例。
过去研究与红光及远红外光相关的反应主要包括茎的伸长、叶片面积增大、花芽形成等,最近研究比较多的是蓝光的反应中包括茎的伸长、叶生长速度、叶厚、花形成、光合作用及色素调节等。
以自然光的光谱为基准,以下是多数的植物种类所具有共同的特点:1)远红外光含量过多,有促进茎的伸长趋势(有时出现徒长的现象);2)远红外光多,促进花芽的形成,花期提前;3)蓝光多,茎不伸长,有矮化的趋势;4)蓝光多,叶变厚;4 LED在实践中的应用4.1 植物栽培的光源在研究开发植物栽培光源时,应尽量参照自然光,采用各种不同波长的LED相互组合,确保植物的各类反应顺利进行。
尽管在国外市场上已有LED栽培光源销售,但是相应所含LED的种类比较少,要达到与自然光下同等的生长发育效果还很困难。
而且,对于谷物和果蔬类的栽培,PPF值需要达到500~ 1000 m o l/m2 s的强度,目前在大型设施农业中使用LED还不太现实。
但是,在不久的将来,很多的中小型农业设施中的光源很有可能被LED所取代。
事实上,目前在日本采用LED光源的小型农业设施在逐渐增加。
4.2 转基因植物的栽培实验转基因植物的栽培实验,要求在隔离空间进行。
采用人工光源的封闭设施,通过环境调节,在农场内只能一年一次栽培的物种,一年可以进行多次栽培。
如果能理想地控制气温、日长、光质,会缩短开花育种的周期。
LED作为新兴的人工光源,必将在其中得到广泛的应用。
4.3 植物组织培养在植物组织培养中的光需求量要比正常生长发育时光的需求量低。
由于使用的培养容器很小,所以必须控制光强度和均匀度。
多层培养架的结构也需要薄型的灯箱,LED体积小的特点决定其是比较合适的光源。
同时,培养期由于形态形成的调节很重要,不同的光质引起不同的形态形成,因此有效地利用LED单色光的特点可以达到理想的效果。
4.4 苗的储藏苗及农产品的储藏,光的需求量很小,因此LED 是比较合适的光源。
储藏不是以增加质量为目的,因此没有促进光合作用的必要。
光合作用和呼吸作用相互维持在光补偿点左右时,一般认为光质的变化不起重要的作用。
然而,光形态建成是在几 m ol/m2 s 的条件下就被诱发。
也就是说在光补偿点左右的光强条件下,虽然没有生长现象,但是有各种的光形态建成反应的发生。
这样储藏时所用的光质会给储藏后的生长发育带来影响,所以LED的波长选择对于储藏保鲜是非常重要的。
4.5 植物工厂完全控制的植物工厂和封闭的设施农业生产系统采用人工光源作为栽培植物的方式。
未来如果LED的发光效率可以提高到荧光灯的程度,就可能将其应用于对于光要求量很低的叶菜类、花卉、草药的栽培。
目前对人参、君子兰栽培中LED的应用研究正在进行中。
在日本已出现仅用LED作为人工光源栽培生菜等叶菜类的设施。
4.6 宇宙实验在美国和俄罗斯的航天船内,在微小重力条件下,狭窄的空间内装载了空调与光源的植物培育装置,进行了栽培莴苣和小麦植物实验。
在国际太空站,还有计划进行植物实验。
在这些培育装置的光源,多使用散热小、照射均匀的LED。
对于太空实验,与价格相比,装置的性能和实验数据的可靠性更加重要,因此LED的利用必不可少。
5 结束语由于LED的波长容易选择,结构紧凑,今后在设施农业领域内会有越来越广范的应用。
因此,可以利用各种LED辐射的多种光质,针对于各种农作物,进行生长发育的调控,实现增加所需农产品的营养成分、缩短生产周期的目的。
参考文献:[1] 富士原和宏. !∀#∃%ー[M]. ー ー出版,2006.[2] M.K o ji m a,Co rpo ra ti on.M e t hod of Cu ltivati ng Sprout[C]//PCT In t.A pp.l,W O2007037023,2007.[3] H.Sm ith G.C.W h ite l a m.T he shade avo idance syndro m e:m ultiple responses m ed i a ted by G.M ore lli and I.R uberti,Shade avo idance responses.D r i v i ng aux i n a long l a tera l routes[J].P lan t Physi o,l2000,122:621-626.[4] 稻田胜美.光 植物生育[M].[出版地不祥]:养闲堂,1984:85-89.[5] M.M.N ef.f L i ght:an ind i cato r of ti m e and p lace[J].G enesD ev,2000,14:257-271.[6] 渡辺博之,LED 用 野菜工場実用化 現場、LED農林水産分野 応用[C]//農業電化協会,2006:65-74.[7] P.H.Q ua i.l P hy t o chrom e photosensory signa lli ng ne t w orks[J].N ature R ev,2002,3:85-93.[8] M.K o ji m a.E ffect o f LED i rradiati on on B i osynthesis o f Po l ypheno l s i n Buck wheat Sprouts[C]//XX Ist I U PA C Sy m po si um on Pho toche m istry(K yo t o),A bstrac ts S O39,2006.[9] K.L j ung.Sites and homeostatic con tro l o f aux i n b i osynthes i si n A rab i dopsis dur i ng vegetative g row th[J].P l ant J.,2001,28:465-474.[10] 照明协会.光 !∀#∃%ー[M]. ー 社,1992:113-1129.[11] T.Ber l eth and T.Sachs,P l antm orphog enesis:long-distance coordi nation and l oca l pa tterni ng.Curr.O p i n[J].P lant B i o.l,2001,4:57-62.[12] 後藤英司. !∀#∃%&[M]. ー ー,2008:10-25.[13] Duong T an N hu t,T akamuru,T.,T anaka,M.P ro t o co ls forM i cropropagation o fW oody T rees and F ru its(s.M.Ja i n andH.H agg m an(eds))[C]//Spri nger,2007.[14] T.J.G uilf oy le,Aux i n-regu l a ted genes and pro m ote rs[C]//B i ochem i stry and M o lecu l a r B iology o f P lant H o rm ones,E lsev ier,1999:423-459.Research of Applyi ng LED i n Installation AgricultureYu H a iye1,W ang Yongzh i1,2,Zhang Lei1(1.Faculty of B io l o g ica l and Agricu ltural Eng i n eering,Jili n Un i v ersity,Changchun130022,Ch i n a;2.Jili n business and techno l o gy college,Changchun130062,China)Abst ract:Tubular fl u orescent la mp(TFL)and h i g h-pressure sod i u m la mp(H PS)are t h e pri n c i p al artific i a l li g h t sources used i n agricu lture.Paralle l to the recent developm ent o f photo electr onics,it beco m es possi b le that super bri g h t li g ht-e m itti n g diode(LED)is co mm ercial and app lied i n i n stallation ag ricult u re.LED has m ore advan tages than con ventional li g ht sources,such as high energy-conversion e fficiency,usi n g DC po w er,s m all vo lu m e,long life,w ave leng t h specific,ligh t i n tensity/quality ad j u stable,l o w t h er m a l energy output and so on.So it adapts to be used for plan t gro w th i n con fi n ed env ironm ent,wh ich i n c l u des p lant tissue cult u re roo m,g r ow th cha mber and so on,as a pr om ising li g ht source.K ey w ords:artificia l lighti n g;light e m itting d i o de(LED);installati o n agr i c u lture;li g ht quality。