植物生長(zhǎng)燈的原理.doc

.植物生長(zhǎng)燈的原理彩色熒光燈與植物專用燈管關(guān)鍵詞：植物專用燈、彩色熒光燈、LED植物生長(zhǎng)燈、波長(zhǎng) 采用單色彩色熒光燈作為植物生長(zhǎng)補(bǔ)充光源是最經(jīng)濟(jì)的方式。比如可以在普通熒光燈組內(nèi)加入紅色熒光燈，或者使用紅色、藍(lán)色熒光燈組合照明。 光對(duì)植物葉綠素合成的影響：藍(lán)光培養(yǎng)的植株一般具有陽生植物的特性,而紅光培養(yǎng)的植株與陰生植物相似。紅光不僅有利于植物碳水化合物的合成，還能加速長(zhǎng)日植物的發(fā)育，相反，藍(lán)紫光則加速短日植物發(fā)育，且促進(jìn)蛋白質(zhì)和有機(jī)酸的合成，而短波的藍(lán)紫光和紫外線能抑制莖節(jié)間伸長(zhǎng)，促進(jìn)多發(fā)側(cè)枝和芽的生長(zhǎng)。 LED用于植物生長(zhǎng)燈彩色熒光粉波長(zhǎng)采用半導(dǎo)體燈泡配置出最適合植物生長(zhǎng)的光源 LED用于植物生長(zhǎng)燈剛看到國內(nèi)已經(jīng)有數(shù)家廠家生產(chǎn)LED植物生長(zhǎng)燈板了.不知道實(shí)際應(yīng)用如何？400 520nm（藍(lán)色）的光線以及610 720nm（紅色）對(duì)于光合作用貢獻(xiàn)最大。520 610nm（綠色）的光線，被植物色素吸收的比率很低。市面上銷售的植物燈，都提供紅蘭兩種波長(zhǎng)的光線，覆蓋光合作用所需的波長(zhǎng)范圍。視覺效果上，植物燈都呈現(xiàn)粉紅色。以下是不同顏色LED所發(fā)射光線的波長(zhǎng)表：royal blue 品藍(lán)：445nm 440nm460nmblue 藍(lán)色：470nm 460490nmcyan 青色：505nm 490520nmgreen 綠色 :530nm 520550nmred 紅色：627nm 620645nmred-orange: 617nm 613620nmamber:琥珀色 590nm 585597nm從這個(gè)表中，我們不難發(fā)現(xiàn)，藍(lán)色(470nm)和紅色(627nm)的LED，剛好可以提供植物所需的光線，因此，LED植物燈，比較理想的選擇就是使用這兩種顏色組合。正常來說LED在性價(jià)比方面仍舊不如熒光燈，但是在某些環(huán)境下還是很有用途的，繼續(xù)尋找相關(guān)應(yīng)用文獻(xiàn)中看到一則LED宗述文章：植物照明中的有效輻射的評(píng)價(jià)如何針對(duì)植物生長(zhǎng)的有效光合作用，R/B能量比、數(shù)字脈沖調(diào)制方式進(jìn)行評(píng)價(jià)是目前要解決的主要問題。.一廠家產(chǎn)品說明:LED 數(shù)量紅色 145, 蘭色 35； 又一家產(chǎn)品說明:LED 數(shù)量紅色 165,藍(lán)色 60. 145/35=4.14165/60=2.75當(dāng)然不應(yīng)該這樣簡(jiǎn)單的算，還不知道各LED的具體光照參數(shù). 彩色熒光粉波長(zhǎng)本數(shù)據(jù)引用河北省武強(qiáng)縣熒光粉廠產(chǎn)品介紹 熒光燈是利用汞蒸氣放電產(chǎn)生253.7nm或365nm等紫外光照射熒光粉而轉(zhuǎn)換成可見光的原理所制成的燈。 按燈中所充汞蒸氣壓力的不同，分為熒光低壓汞燈（汞蒸氣壓為4.510-3Pa）和熒光高壓汞燈（汞蒸氣壓大于75Pa）；低壓汞燈用熒光粉按應(yīng)用領(lǐng)域又可分為普通熒光燈用熒光粉、彩色熒光燈用熒光粉、黑光燈用熒光粉、醫(yī)療燈用熒光粉和三基色熒光燈用熒光粉。 普通彩色熒光粉植物需求400 520nm（藍(lán)色）610 720nm（紅色）產(chǎn)品名稱 化學(xué)組成式 相對(duì)密度 激發(fā)波長(zhǎng) 發(fā)光顏色 峰值波長(zhǎng) 鎢酸鈣 CaWO4(W) 6.0 253.7nm 藍(lán)色 423nm 鎢酸鈣:銪 CaWO4Eu2+ 253.7nm 藍(lán)色 420nm 鎢酸鈣:鉛 CaWO4Pb 6.1 253.7nm 藍(lán)色 423nm鋁酸鈰:鈰 CeAl11O18Ce 253.7nm 藍(lán)色 450nm 正硅酸鈣:錫 CaSio4Sn2+ 253.7nm 藍(lán)色 455nm 焦磷酸鍶:錫 Sr2P2O7Sn2+ 3.63 253.7nm 藍(lán)色 460nm 鹵磷酸鈣:銻 3Ca3(PO4)2,Ca(F,Cl)2:Sb 3.2 253.7nm 藍(lán)色 481nm 砷酸鎂錳 6MgOAS2O5Mn 3.95 253.7nm 紅色 650nm 硅酸鋅：錳 Zn2SiO4Mn2+ 4.0 253.7nm 綠色 525nm 硅酸鈣 橙黃粉 三基色熒光粉 a.單色粉： 產(chǎn)品名稱化學(xué)組成式 發(fā)光顏色 主峰波長(zhǎng) 色坐標(biāo) 稀土紅粉 Y2O3:Eu3+紅色 610nm X=0.648 Y=0.346稀土綠粉 MgAl11O19:Ce3+,Tb3+綠色 545nm X=0.330 Y=0.591稀土藍(lán)（單峰）BaMgAl10O17:Eu3+藍(lán)色 450nm X=0.146Y=0.064稀土藍(lán)（雙峰）BaMgAl10O17:Eu3+,Mn2+ 藍(lán)色455nm X=0.143Y=0.150 三基色熒光粉 b.混合粉： 色溫 主峰波長(zhǎng) 色坐標(biāo) 顯色指數(shù) 3000K 610nm X=0.476，Y=0.44187 4000K 610nm X=0.397，Y=0.400 886400K 545nm X=0.320，Y=0.352 897000K 545nm X=0.310，Y=0.340 90紫外及近紫外熒光粉 產(chǎn)品名稱化學(xué)組成式 激發(fā)波長(zhǎng) 峰值波長(zhǎng) 用途 鋁酸鍶:鉛 SrO:2Al2O3:Pb 253.7nm 303nm 保健燈用 氟磷酸鋇:鉛,釓 Ba5(PO4)3F:Pb,Gd 253.7nm 312nm 保健燈、特殊用途紫外燈 六硼酸鍶:鉛 SrB6O10:Pb 253.7nm 313nm 保健燈治療皮膚病 偏硼酸鑭釓:鉍 La0.59Gd0.4Bi0.01B3O6 253.7nm 330nm 誘殺昆蟲 焦磷酸鈣:鈰 Ca2P2O7:Ce 253.7nm 350nm 黑光燈用 重硅酸鋇:鉛 BaSi2O5:Pb 253.7nm 351nm 誘捕昆蟲或黑光燈 氟硼酸鍶:銪 SrFB4O7:Eu2+ 253.7nm 368nm 治療用紫外熒光燈 冷陰極燈專用熒光粉 發(fā)光色 發(fā)光主峰波長(zhǎng) 紅色 611nm 綠色 543nm 綠色 515nm 藍(lán)色 450nm 2700K（混合粉） 450nm 3200K（混合粉） 450nm 4000K（混合粉） 450nm 5000K（混合粉） 450nm 6400K（混合粉 450nm8000K（混合粉） 450nm 采用半導(dǎo)體燈泡配置出最適合植物生長(zhǎng)的光源按比例設(shè)置的彩色燈光能讓草莓、西紅柿變得更甜，營(yíng)養(yǎng)更豐富。日前，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的專家研制出了一種植物生長(zhǎng)燈。近日，專家將在鎮(zhèn)江的草莓、西紅柿試驗(yàn)基地大棚內(nèi)安裝這種生長(zhǎng)燈。如果試驗(yàn)順利，年底前后，第一批“光療”草莓就能成熟了。昨天，記者在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院LED光源試驗(yàn)室看到，不到20平米的房間用泡沫板、鋁板封得密不透風(fēng)，感覺很悶熱。房間里被高大的展示架幾乎占滿了，展示架每一層都放置著一些鋁板做的箱子，從這些箱子的縫隙中，可以看到紅色、藍(lán)色、紫色、綠色等不同顏色的光。打開這些箱子記者才恍然大誤，原來箱子頂部是一個(gè)個(gè)小燈泡，每個(gè)只比火柴頭大一點(diǎn)。燈光下，是一個(gè)個(gè)密封的玻璃罐子，里面培養(yǎng)著冬青樹的幼苗（如圖，本報(bào)資料照片）。專家告訴記者，用燈光照射冬青幼苗，就是模仿植物在室外的光合作用。光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧的過程。太陽光是由不同顏色的光線組成的，不同顏色的光對(duì)植物生長(zhǎng)能產(chǎn)生不同的作用。專家介紹，試驗(yàn)室使用的是半導(dǎo)體光源，這種光源波長(zhǎng)比較窄，能控制光的顏色。專家通過克隆技術(shù)培育出一批冬青幼苗，根據(jù)它們?cè)诓煌伾庠聪碌纳L(zhǎng)狀態(tài)，尋找最適合植物生長(zhǎng)的“營(yíng)養(yǎng)光”。一旦“營(yíng)養(yǎng)光”成功分離，用它對(duì)植物進(jìn)行單獨(dú)照射，就能改良植物品種。記者看到，在紫色光線下的冬青幼苗，長(zhǎng)得最高，但葉片很小，根也淺，一副營(yíng)養(yǎng)不良的樣子。偏黃色燈光下的幼苗不僅矮小，葉片看起來也毫無生機(jī)。而在紅色、藍(lán)色混合光下生長(zhǎng)的冬青長(zhǎng)勢(shì)最好，不僅強(qiáng)壯，根系也非常發(fā)達(dá)。據(jù)介紹，這種光源的紅色燈泡和藍(lán)色燈泡是按照9：1的比例配置的。除了冬青幼苗，專家們還用蝴蝶蘭、文心蘭、草莓、西紅柿進(jìn)行了光照試驗(yàn)。結(jié)果證明，9：1的紅藍(lán)光對(duì)植物生長(zhǎng)最有利，經(jīng)過這種光源照射，草莓和西紅柿果實(shí)飽滿，糖分和維生素C的含量明顯增加，而且不會(huì)出現(xiàn)空心的現(xiàn)象。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，專家定制了一批特殊的燈泡。記者看到，這種燈泡其實(shí)是由10盞黃豆大小的小燈泡組成，其中一盞是藍(lán)燈，其余都是紅燈。目前，南農(nóng)大的專家已經(jīng)在鎮(zhèn)江選定了草莓、西紅柿的試驗(yàn)地。近日這兩塊試驗(yàn)地就會(huì)安裝上半導(dǎo)體燈泡，每天持續(xù)照射1216小時(shí)。專家預(yù)計(jì)，生長(zhǎng)在這樣光源下的草莓、西紅柿，會(huì)比普通的大棚水果更好吃。據(jù)介紹，這項(xiàng)試驗(yàn)還能用于冬季陰雨天氣給植物補(bǔ)充光源。專家還介紹，以前，宇航員在太空飛行時(shí)，只能吃從地球帶去的“干糧”，但有了“營(yíng)養(yǎng)光”，宇航員就能在飛船里種出新鮮的蔬菜和水果。新型智能生態(tài)光源系統(tǒng)俗話說，萬物生長(zhǎng)靠太陽。一切植物的生長(zhǎng)，根本上依靠對(duì)于太陽光能的吸收和轉(zhuǎn)化能力?，F(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向，即在于如何提高植物對(duì)于太陽光能的吸收能力和轉(zhuǎn)化效率。促進(jìn)植物生長(zhǎng)最直接的方法就是利用人工光源對(duì)植物栽培進(jìn)行人工光源照射。這需要進(jìn)行技術(shù)上的大突破。新型智能生態(tài)光源系統(tǒng)，是指在新型循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式前提下，以“第四代光源”即LED照明系統(tǒng)（俗稱“發(fā)光二級(jí)管”）來取代傳統(tǒng)光源系統(tǒng)，從而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中能夠靈活、充分、有效地滿足植物生長(zhǎng)對(duì)于太陽光能的需要。在微、小生物的養(yǎng)殖過程中，光源的合理配置與調(diào)控也是影響生物生長(zhǎng)的重要因素。新型智能生態(tài)光源系統(tǒng)，是根據(jù)動(dòng)、植物生長(zhǎng)發(fā)育需要的光照條件，借助光譜技術(shù)把太陽（就是智能生態(tài)光源系統(tǒng)）搬到種植或養(yǎng)殖車間里來，這就使得動(dòng)、植物可以全天候地獲得最佳光照環(huán)境，從而獲得最佳的生長(zhǎng)條件。動(dòng)、植物在生長(zhǎng)過程中對(duì)光要素的講究有三：光強(qiáng)；光質(zhì)；光周期。所謂光強(qiáng)，就是光的強(qiáng)度，光的強(qiáng)度過強(qiáng)或過弱，都不利于生物生長(zhǎng)。所謂光質(zhì)，就是光譜構(gòu)成情況，自然狀態(tài)下的光譜往往是固定不變的，這就不能滿足不同生物在不同時(shí)期對(duì)光譜的特定需要。例如一些海藻在夜間需要按照專門的波長(zhǎng)配置藍(lán)光、紅光。所謂光周期，就是生物生長(zhǎng)過程中光照周期的要求。生物并非一天24小時(shí)都需要同樣的光。比如，生物在睡眠時(shí)間需要的是睡眠光。新型智能生態(tài)光源系統(tǒng)，能夠最有效地滿足生物在生長(zhǎng)過程中對(duì)于光強(qiáng)、光質(zhì)和光周期的需要。該系統(tǒng)可以根據(jù)不同生物在一天內(nèi)不同時(shí)段的需要，以及不同生長(zhǎng)階段的需要，按需定制最佳的光源。該系統(tǒng)能夠有效地克服傳統(tǒng)工廠農(nóng)業(yè)無法避免的“光飽和”、光污染等問題，它相當(dāng)于給生產(chǎn)車間按裝了一個(gè)電子控制器：按照一天24小時(shí)內(nèi)生物對(duì)于光強(qiáng)、光質(zhì)和光周期的不同需求將光強(qiáng)、光譜調(diào)整到合適的狀態(tài)。這就最大程度地避免了陰晴變化對(duì)于生物生長(zhǎng)的影響。新型智能生態(tài)光源系統(tǒng)，將徹底改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)“靠天吃飯”的面貌，為筑造中國特色的“植物工廠”、“可控農(nóng)業(yè)”、“精確農(nóng)業(yè)”，為形成我國具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的半導(dǎo)體光源新興產(chǎn)業(yè)做出貢獻(xiàn)！新型智能生態(tài)光源系統(tǒng)是大農(nóng)業(yè)生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈得以構(gòu)建的重要環(huán)節(jié)。它的出現(xiàn)為傳統(tǒng)的“工廠化農(nóng)業(yè)”生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型為大農(nóng)業(yè)生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式提供了技術(shù)可行性。它能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)在生態(tài)因子和環(huán)境條件差異較大的系統(tǒng)之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)與功能整合。這一系統(tǒng)的應(yīng)用方向包括兩方面，一是傳統(tǒng)的陸地種植、養(yǎng)殖業(yè)；二是新興的海水種植、養(yǎng)殖業(yè)。新型智能生態(tài)光源系統(tǒng)的創(chuàng)新技術(shù)與應(yīng)用方向新型智能生態(tài)光源系統(tǒng)首先是循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的創(chuàng)新，其次是一種新型的知識(shí)產(chǎn)權(quán)增值系統(tǒng)，第三是特種新型節(jié)能系統(tǒng)，包括智能生態(tài)光源系。以下闡述的是智能生態(tài)光源系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)和應(yīng)用方向。1、LED生態(tài)光源特點(diǎn)LED的發(fā)射譜是具有一定帶寬的帶狀譜，且波譜豐富，可接受人工智能調(diào)控。LED光源防水防潮，適宜植物生長(zhǎng)環(huán)境；發(fā)熱小適宜近距離照射；直流低壓更安全；高效節(jié)能、輕便環(huán)保。用紅橙綠藍(lán)紫LED組合成光源，可進(jìn)行光譜的波長(zhǎng)和光強(qiáng)的調(diào)配，使之更加滿足農(nóng)作物和微藻的生長(zhǎng)需求?？商岣咂洚a(chǎn)量，改善品質(zhì)節(jié)約能源。LED發(fā)射譜與葉綠素、類胡蘿卜素、藻膽色素吸收譜相匹配的智能調(diào)光光譜技術(shù)對(duì)不同類的植物光譜波長(zhǎng)及光強(qiáng)的科學(xué)配比。2、新型智能生態(tài)光源系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)1：光譜波長(zhǎng)和光強(qiáng)的科學(xué)配比技術(shù)波長(zhǎng)的確定：選用現(xiàn)有波長(zhǎng)的LED和特定波長(zhǎng)芯片與熒光粉調(diào)配兩條路線，完成所需波長(zhǎng)的LED系統(tǒng)。光強(qiáng)的確定：結(jié)合吸收譜及用光合儀，分別測(cè)定各單色波長(zhǎng)的飽和光強(qiáng)，進(jìn)而確定各波長(zhǎng)的強(qiáng)度比。關(guān)鍵技術(shù)2：光周期和光強(qiáng)調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制技術(shù)LED植物生態(tài)電源的設(shè)計(jì)采用單片機(jī)技術(shù)，以PWM方式控制功率多路輸出電路的通斷，形成可調(diào)脈寬的脈沖光源。手控各色光強(qiáng)比，自動(dòng)控制總光強(qiáng)變化和光周期?？赡M日光變化。電能可來自市電或太陽能電池等。關(guān)鍵技術(shù)3：整個(gè)調(diào)光系統(tǒng)與清潔能源的對(duì)接技術(shù)植物生長(zhǎng)相匹配的光譜、光強(qiáng)、光周期的自動(dòng)控制LED光源系統(tǒng)與清潔能源（包括太陽能、空氣能、風(fēng)能、光能、海浪能、潮汐能、生物質(zhì)能等）結(jié)合，真正實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能、低成本產(chǎn)能和清潔能源生產(chǎn)。關(guān)鍵技術(shù)4：有機(jī)蔬菜生產(chǎn)技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)5：智能化自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)技術(shù)體系：集成太陽能技術(shù)、空氣能技術(shù)、風(fēng)能技術(shù)、潮汐能技術(shù)、生物質(zhì)能技術(shù)，多種綠色節(jié)能型光源單色LED、光譜技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、植物養(yǎng)殖技術(shù)，應(yīng)用量子理論可以從分子、電子水平研究單色光對(duì)植物作用的機(jī)理，從而獲得提高植物生長(zhǎng)速率并改善品質(zhì)的新型技術(shù)體系；新型智能生態(tài)光源系統(tǒng)在改造傳統(tǒng)種植農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用1、傳統(tǒng)植物光源的缺陷目前在植物生長(zhǎng)中應(yīng)用的人工光源有熒光燈、高壓鈉燈、金屬鹵燈等，這些光源應(yīng)用在植物生長(zhǎng)中存在著缺欠：其一，光譜基本為線狀譜線，并與植物光合吸收光譜匹配不理想。能夠被植物吸收的只是個(gè)別波段的光，其他波段的光都被浪費(fèi)，不節(jié)能。其二，由于白熾燈泡、日光燈管、鈉燈等耗電量較大，同時(shí)產(chǎn)生很多的熱輻射，不能對(duì)植物近距離照射，對(duì)植物生長(zhǎng)光激勵(lì)效率不高，大大增加了人工光照成本，因而除在一些高附加值的花卉種植上和人工氣候室試驗(yàn)中有所應(yīng)用外，并沒有在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用。近年來隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫室大棚的大面積推廣，人工氣候室的研究進(jìn)展以及農(nóng)業(yè)科技化水平的提高，進(jìn)行溫室合理給光以及降低給光成本的研究已顯得越來越重要，新型節(jié)能高效給光措施更成為人們研究的熱點(diǎn)，新型發(fā)光材料的成功研制為這一問題的解決提供了契機(jī)。新型高效節(jié)能LED光源正是最佳選擇。2、新型智能生態(tài)光源系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)采用多種特定單色LED集成光源具有如下優(yōu)勢(shì)：LED光源的光譜能夠與植物光合作用吸收譜最佳匹配；LED光源的光強(qiáng)、光周期可以自動(dòng)控制；LED光源具有節(jié)能、環(huán)保和抗震動(dòng)等優(yōu)勢(shì)，在同樣亮度下，LED光源耗電約是白熾燈的十分之一、日光燈的二分之一，可用于大規(guī)模工廠化植物養(yǎng)殖。無疑，這是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中給光的最好方法，也是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。3、主要技術(shù)指標(biāo)（1）LED的發(fā)射光譜中心波長(zhǎng)范圍：630nm-660nm、430nm-470 nm等，帶寬約3