可调红蓝光子比例的LED植物光源配光设计方法

为了动态控制用于植物生长的人工光源,该文提出一种以光子数作为评价标准,使红蓝光比例连续可调的LED植物生长光源的配光方法。综合考虑红、蓝2种波段光源及其他光谱的作用,该文采用白光LED与红光LED组合配比,以正向电流下LED的光谱密度数据作为计算基础,提出配光设计算法,实现红蓝成分有效光子数维持一定的要求下,红光与蓝光光子数比在指定区间(4:1~9:1之间)连续可调,从而满足植物不同生长状态对光质成分的需要。     

蛋种鸡对本交笼产蛋窝内光环境的偏好性选择

产蛋窝是种鸡表达行为需求的必要福利设施，为明确本交笼养模式下种鸡对产蛋窝内部光环境相关设计参数的需求，探究种鸡对产蛋窝内部LED光环境的偏好性选择，该研究采用窝内蛋比例、产蛋行为与竞争行为作为评价产蛋窝使用效果的指标，选择LED白光（400～700 nm）、LED红光（585～690 nm）、LED蓝光（460～490 nm）3种光色作为诱导光源，每种光色设置2种不同的光照强度（5 lx、30 lx），对照组为无光源诱导组，对比7个试验组产蛋窝使用效果。结果表明，产蛋窝内设置30 lx的LED白光与蓝光时，窝内蛋比例显著高于其他试验组（P<0.05），在33周龄时，窝内蛋比例可达91.5%±3.4%、93.2%±4.5%。30 lx的LED白光与蓝光组鸡只的打斗行为与排挤行为频次显著高于其他试验组（P<0.05），30 lx的LED红光组鸡只啄羽行为频次显著高于其他试验组（P<0.05）。竞争行为频次随时间分布的趋势与产蛋数量随时间分布趋势一致，产蛋数量与竞争行为频次主要集中在开灯后的第2～5小时，开灯后第3和第4小时为产蛋高峰。鸡只更偏好于30 lx的LED白光与蓝光作为产蛋窝内诱导环境，在该刺激下鸡只的产蛋行为可较好地表达，产蛋窝利用率更高。     

LED光源R／B对叶用莴苣生理性状及品质的影响

研究不同红／蓝（R／B）光强配比对叶用莴苣（LactucasativaL．）生理性状及品质方面的影响,以便为新型人工光源在莴苣生产上的应用提供理论依据。试验利用波长为660nm（±20nm）红光与450nm（±20nm）蓝光发光二极管（LightEmittingDiode,LED）作为人工光源,设置3个R／B试验处理,分别为LED1（R／B=10）、LED2（R／B=8）、LED3（R／B=6）,以1个荧光灯处理为对照（CK）,选用水耕栽培模式在不同光照环境下培育叶用莴苣30d。结果表明：660nm红光和450nm蓝光组合可以有效提高莴苣的光能利用率,促进光合作用;适宜的红蓝光比例能有效增加植物Vc含量,并降低硝酸盐含量。其中,处理LED2（R／B=8）的叶用莴苣净光合速率及Vc含量明显高于其他试验处理,而硝酸盐含量最低,表现出良好的生理和品质特性,因此,R／B=8相对更适宜叶用莴苣的生长发育。     

荧光粉激发型远红光LED植物灯对番茄生长的影响研究

为探究远红光对植物生长的影响,采用“燃烧法+高温二次烧结”的方法制备了ZnGa₂O₄:Cr³⁺,Ge⁴⁺,Li⁺(ZGO:Cr³⁺,Ge⁴⁺,Li⁺)荧光粉,将自制的荧光粉材料涂覆在410 nm的蓝紫光LED芯片上,封装成发射主峰位于710 nm左右的LED远红光器件,并进一步组装成LED植物生长灯作为直接光源。以番茄(Solanum lycopersicum)品种红矮生为试材,白光(W)为对照(CK),设置3个处理:T1:红蓝组合光(1R1B)加远红光(光质比为3:1);T2:红蓝组合光(1R1B);T3:白光加远红光(光质比为3:1),研究红蓝组合光(1R1B)和远红光对番茄生理周期、农艺性状、光合色素和番茄果实主要品质的影响。结果表明,与CK相比,T1处理可显著缩短番茄生理周期,T1、T2和T3处理对番茄农艺性状中的株高有抑制作用。添加远红光降低了光合色素的含量,但提高了番茄果实中可溶性糖、番茄红素和维生素C的含量,特别是在红蓝组合光与远红光的共同作用下,可溶性糖含量提高效果最明显,达到CK的3.3倍。添加远红光能够促进维生素C和番茄红素含量增加;红蓝组合光则有利于番茄红素的积累。综上,采用ZGO:Cr³⁺,Ge⁴⁺,Li⁺远红光荧光粉激发型LED植物灯能调控番茄开花时间,缩短其生理周期,提高番茄果实品质。本研究结果为提高番茄以及其他园艺作物的品质提供了一种新的光照手段,具有广阔的应用前景。     

可控LED亮度的植物自适应精准补光系统

人工补光对作物生长具有重要作用,发光二极管（LED）作为一种新型光源在作物补光系统中具有广阔的应用前景。针对目前常用的定光照度、定光质补光方式存在的不足,该文设计了一种综合考虑作物特性、光合有效辐射、环境温度等因素的自适应精确补光系统。该系统实时监测特定波段光照度、环境温度,精确计算作物补光量,并通过脉宽调制（PWM）信号控制红、蓝光LED灯组亮度,支持对不同植物在不同生长阶段、不同环境下的按需分波长定量补光,具有精确化,智能化,低能耗的特点。经温室实际生产过程的试验结果表明,补光系统性能可靠、达到了定量精确补光的设计要求,可避免植物生长不同阶段补光不足或过量的问题,从而提高了能源利用率。     

不同LED光源对番茄果实转色期品质的影响

采用新型半导体光源发光二极管（LED）精量调制光质（红光、蓝光和红蓝组合光）,以普通日光灯（白光）为对照,研究不同光质对番茄果实转色期品质的影响。结果表明,红光处理下番茄果实番茄红素含量最高,显著高于对照和其他处理,但Vc含量最低。蓝光处理下番茄果实维生素C（Vc）含量、可溶性蛋白含量均显著提高。红蓝组合光处理番茄果实Vc含量与对照差异不明显,但可溶性蛋白的含量显著提高。红光和红蓝组合光处理能够显著提高番茄果实糖、酸含量;各处理糖酸比均显著高于对照,且红蓝组合光处理番茄果实的糖/酸值最高。红光和蓝光是影响番茄果实转色期品质变化的主要光质。     

LED光源改善鸡舍环境及肉鸡生产性能

探讨全封闭饲养条件下,LED光源对肉鸡生产性能,养分表观消化率和鸡舍空气中NH3、CO2、粉尘浓度,以及空气微生物含量的影响。试验于2017年3月2日至3月30日在河南省某农业集团一大型肉鸡场进行。选用健康状况良好、体况一致的1日龄白羽肉鸡240只,采用单因子完全随机试验设计,分为2个处理组,一组采用暖白色光LED灯光源照明为试验组,另一组采用普通暖白色荧光灯光源照明为对照组。试验期间详细观察肉鸡生产情况,分别计算平均日采食量、平均日增质量、料质量比、发病率以及死淘率。于肉鸡8、15、22和28日龄当日全收粪法测定粗蛋白、粗脂肪、钙和磷的表观消化率。试验期间每天08:00,14:00和20:00,采用光化学方法分别在两栋鸡舍内测量NH3和CO2浓度,测量点分布依据五点法,测量高度为0.5 m。分别对8、15、22和28日龄的鸡舍,采用质量法测定粉尘含量,平板沉降法测定空气微生物含量。结果表明,与荧光灯相比,LED光源对8~22日龄肉鸡的生产性能、养分代谢及其生存环境质量没有不利影响。LED光源有利于提高22~28日龄肉鸡的平均日采食量和平均日增质量,分别比荧光灯光源下的肉鸡显著增加了13.13%和13.23%(P0.05)。LED光源有利于提高22~28日龄肉鸡对饲料中粗蛋白,钙和磷的表观消化率,22日龄时,分别比荧光灯鸡舍的肉鸡显著提高了9.45%,14.90%和7.48%(P0.05),28日龄时分别提高了7.30%,6.78%和8.29%(P0.05)。试验期间LED光源鸡舍内肉鸡发病率为2.45%,显著低于荧光灯鸡舍3.57%的发病率(P0.05)。LED光源鸡舍内肉鸡死淘率为1.18%,显著低于荧光灯鸡舍2.36%的死淘率(P0.05)。同时,LED光源鸡舍的25日龄以后的NH3浓度、22日龄以后的粉尘和微生物浓度均显著低于荧光灯光源鸡舍(P0.05)。因此,LED光源有利提高肉鸡的生产性能和改善肉鸡生活空间的空气环境质量,加之LED光源在养殖生产上的应用具有安全、经济、环保的特点,值得进一步推广和应用。     

补充单色光对日光温室黄瓜光合特性及光合产物分配的影响

为了研究红光与蓝光对日光温室结瓜期黄瓜光合速率及光合产物运输与分配的影响,采用室内张挂红光灯与蓝光灯等的方法,研究了补充红光与蓝光对结瓜期黄瓜叶片光合特性、叶绿体超微结构以及光合产物运输、分配的影响.结果表明:日光温室内补充红光黄瓜叶片光合速率较高,促进了黄瓜叶片14CO2的同化作用,光合产物较多,加速了光合产物向其它器官的运输:单位细胞内的叶绿体数增加,叶绿体内淀粉粒数与基粒数较少,基粒的厚度增加.蓝光下叶片光合速率较对照增加,但不如红光下增加的多,光合产物的向外运输减少,大部分保留在叶片中:单位细胞内的叶绿体数明显较对照减少,叶绿体内淀粉粒数较红光与对照多.日光温室内补充红光促进了结瓜期黄瓜叶片光合速率的增加,光合产物向其它器官的运输与分配增加,减少了光合产物在光合器官的积累,为产量的提高提供了一个潜在的基础.     

基于CFD的植物工厂圆形锯齿状水冷LED灯管降温效果模拟

为及时将LED灯管芯片产生的热量传导出去,提升LED灯的性能,延长其使用寿命,设计了一种圆形锯齿状水冷LED灯管,并通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)软件构建水冷LED灯管模型,对其降温效果进行研究。在模型中将LED灯珠芯片设置为内热源,热流密度根据灯珠的数量和电光转化效率计算,其值为1.7×10~7 W/m~3。验证试验表明,模拟值与实测值吻合较好,最大误差为16.4%,构建的CFD模型能准确模拟灯管各结构的温度分布。利用验证的模型模拟不同水流速度对水冷LED灯管温度分布及水流压降的影响。结果表明:不同流速下水冷LED灯管的金属散热灯罩、灯珠芯片和水流的温度分布比较均匀,表明该灯管的结构设计合理,灯珠芯片释放的热量能很快传导到水流中并被带走;当灯管入口水流速度从0.10 m/s增加到0.25 m/s时,进出水温差从1.4℃下降到0.5℃。因此,在对水冷LED灯管进行串联时,可根据进水温度和环境温度的差来计算可串接灯管数量;入口水流速度的增加亦会增加水流阻力,根据模拟得到灯管进出水压差计算出灯管对水流的阻力系数为2.2,为水泵选型提供了依据。     

红蓝光质对香椿芽苗菜营养品质的影响

以发光二极管（LED）精量调制光质（红光、蓝光和红蓝混合光）,以白光（普通日光灯）为对照,研究红蓝光质对香椿芽苗菜营养品质（氨基酸、维生素C、硝酸盐、粗纤维、总黄酮、单宁）的影响。结果表明：与白光相比,蓝光和红蓝光处理显著提高了香椿芽苗菜氨基酸含量,而红光处理降低了香椿芽苗菜氨基酸含量;3种光质均有利于香椿芽苗菜维生素C 的形成和累积,其促进作用大小依次为蓝光＞红光＞红蓝混合光;各处理均抑制香椿芽苗菜硝酸盐的累积,其中红光的抑制作用最强;红光处理可提高香椿芽苗菜的粗纤维含量,而蓝光处理则降低香椿芽苗菜粗纤维含量;与对照相比,蓝光和红蓝混合光处理提高了香椿芽苗菜总黄酮的含量,同时降低了香椿芽苗菜单宁的含量。总之,蓝光和红蓝混合光处理可提高氨基酸、维生素C、总黄酮含量,同时可降低硝酸盐、粗纤维和单宁含量。因此,蓝光和红蓝混合光处理更有利于提高香椿芽苗菜品质。     

一种用于叶片散射光分布测定的新型装置及性能评价

采用微功率激光管作为光源，围绕被测样品旋转的硅光电池作为检测器，研制了一种可以测定植物单个叶片反射和透射光在入射面上分布的装置。分别在650 nm和830 nm波长光照条件下，测定了标准白板(参比样)的反射光和大叶黄杨树叶的反射和透射在入射面上的光强分布。测定结果表明该装置有很好的重现性。所研制的装置可用于植物冠层光辐射传输机理研究。     

利用计算机视觉识别小麦叶色的光照模型研究

计算机图像识别技术的研究与应用是农业信息技术领域的重要分支之一。为更好的将其应用到虚拟作物中，用RGB系统表示叶色，利用虚拟现实技术中的光照技术，将太阳光分为环境光、漫射光和镜面光3部分，分别研究了这3部分光对叶色的影响，并根据颜色和太阳光的内在联系，建立了小麦叶片颜色的识别模型。检验表明，模型具有较高的准确性和较强的预测性。     

后备母猪对人工光照强度的偏好性选择

为明确人工光环境下后备母猪的适宜光照强度,该研究搭建了一套猪舍光环境偏好性选择系统,以LED白光（400～700 nm）为人工光源,设置4种光照强度（40、100、350、1200 lx）,每7 d为一个周期对单元猪舍对应的光照方案进行调整,光照时长16 h,以24头二元杂交后备母猪为试验对象,进行了为期28 d的试验,探究后备母猪对人工光环境光照强度的偏好性选择规律。结果表明,在猪只数量的时空分布方面,相较于40、350、1200 lx,后备母猪在开灯期间表现出对100 lx光照强度的显著性偏好（P<0.05）,占整体数量29.33% ± 1.14%;猪群对其余3种光照强度的偏好呈现明显的节律性,表现为开灯后和关灯前3 h对40 lx光照强度的偏好显著高于350、1200 lx（P<0.05）;在猪只活跃度方面,开灯后的前6 h,较强光照组（350 lx: 37.97% ± 3.47%和1200 lx：35.42% ± 4.04%）的猪只活跃度显著高于较弱光照组（40 lx: 27.90% ± 8.44%和100 lx: 23.94% ± 3.79%）;在猪只采食方面,较强光照（350、1200 lx）组后备母猪的饲料消耗量和采食时长均高于较弱光照组（40、100 lx）。由此,建议后备母猪舍的照明制度中设置一定的光照过渡阶段,以100 lx光照强度为主,开灯后和关灯前3 h使用40 lx较弱光环境避免刺激,此外,可在09:00—11:00增加2 h较强光照（350 lx）增加猪只活动量。该研究结果可为后备母猪舍光环境精准调控提供理论参考依据。     

Row Distance and Tree Heights in Apple Trees

Abstract

The apple cultivars ‘Discovery’, ‘Jonagold’ and ‘Mutsu’ were planted in 1980 at row distances of 3 and 4.5 m. Tree heights of 1.5, 2 and 2.5 m were established at 3 m row distance, and 2.25, 2.75 and 3.25 m at 4.5 m row distance. The tree heights were effective from 1985–86; yield and fruit development were followed during 1982–90. Yield per tree, tree size and fruitfulness were larger at the wider row distance, especially for ‘Mutsu’. Thus, in ‘Mutsu’, yield per hectare at 4.5 m equalled that at 3 m, contrary to ‘Discovery’ and ‘Jonagold’, where yield per hectare was higher at 3 m. Also, dry matter contents and colour development (‘Jonagold’) were improved by 4.5 m row distance in several cases. Reduced tree heights decreased yields and colour development (‘Jonagold’), but with minor reductions at tree heights of 2.0–2.5 m during the first 7–8 years. A tree height of 1.5 m, at 3 m row distance, responded negatively, especially for ‘Discovery’ and ‘Jonagold’.     

可调LED光源系统设计及其对菠菜生长的影

为提供设施农业装备运用的人工光源,进行了发光二极管(LED)光源系统的硬件及软件设计,并通过以荧光灯为对照对6种柔性组合的LED光源,进行了菠菜生长试验。研究发现该系统具有光质、光强、光周期及占空比柔性可调,可以作为设施补光及光生物学研究的理想光系统。在该光系统下的菠菜生长试验发现,菠菜在红蓝黄(RBY)光处理下叶柄长、叶面积、叶柄粗及根长都显著大于其他处理,生长较其他处理健壮,且RBY光处理菠菜光合色素质量分数显著高于其他处理,表明在红蓝复合光的基础上添加黄光有利于光合色素的合成,并显著地促进菠菜的生长,同时也表明该LED光源系统对开展植物补光应用具有一定的现实意义和使用价值。     

设施环境中红光与远红光比值调控的研究进展

该文详述了近年来国内外设施园艺环境中R/FR比值对植物形态、生长发育的影响以及实验、生产中R/FR比值调控方法的研究进展。介绍了几种人工光源及光质调控薄膜的R/FR特性，对进一步开展此项研究工作提出建议。     

暗前适宜LED远红光光照强度促进设施番茄种苗生长发育

为了研究LED光源在设施番茄育苗生产上的精准化利用。该试验以金鹏1号番茄植株为试材,研究了进入黑暗前LED远红光处理对番茄植株形态、激素含量、光合速率和矿质元素含量的影响。结果表明,当番茄植株进入黑暗前进行10 min远红光处理,番茄植株的株高及茎的鲜质量发生了明显变化,番茄植株的株高和茎的鲜质量随着远红光光照强度的增加而增加,当远红光的光照强度增加到10μmol/(m~2·s)时番茄植株的株高和茎的鲜质量也达到了最大值。与对照相比,进入黑暗前进行时长10 min,光照强度为10μmol/(m~2·s)的远红光处理后番茄植株叶片中的生长素和赤霉素3的含量显著上升;叶绿素和净光合速率显著降低;番茄植株茎中N含量显著降低,叶中P含量显著降低,K含量显著升高,根系中的N、P、K含量都显著增加。因此,可以通过调控黑暗前远红光的光照强度来精确调控番茄植株的株高,控制番茄的生长。     

葡萄BBX基因家族的鉴定与表达分析

BBX转录因子家族参与植物幼苗的光形态建成、开花、光周期调控及避荫反应等,在高等植物的生长发育过程中起到重要作用。为了解葡萄中BBX基因家族功能,本研究利用生物信息学方法对葡萄BBX基因家族成员的数量、结构、启动子、氨基酸特性、染色体定位及基因进化进行分析。结果表明,葡萄BBX家族有25个成员,以酸性蛋白为主;亚细胞定位表明,有4个分泌途径信号肽,VvBBX2、VvBBX5、VvBBX7、VvBBX20;有2个叶绿体转运肽,VvBBX23、VvBBX24;有1个线粒体靶向肽VvBBX1。染色体定位分析发现,25个VvBBXs基因主要分布在1、3、4、5、7、9、11、12、14、18、19共11条染色体上;系统发育进化分析发现葡萄BBX家族成员分为5个亚家族;葡萄与拟南芥的同源性分析发现,葡萄BBX蛋白家族有很强的保守性;在葡萄BBX基因启动子序列中含有光相应元件、激素类响应元件、低温响应元件等多种顺式作用元件。葡萄BBX基因家族在不同发育时期不同葡萄组织中的表达谱显示,该基因家族具有一定时空表达特异性;不同光照条件下,葡萄BBX基因的相对表达量有显著变化,这表明葡萄BBX基因家族与光形态建成及光合作用有着密切的关系。本研究结果为葡萄BBX基因家族的进一步功能分析提供了重要研究基础。     

LED绿光对生菜生长和品质的影响

在全人工光型植物工厂内以水培奶油生菜（Lactuca sativa L.）为试验材料,运用光质及光强可调节的LED植物生长灯,以8：00-24：00照射强度为200μmol·m-2·s-1的白光为基础光（对照W）,依次以强度为50（WG50）、100（WG100）、150μmol·m?2·s?1（WG150）的绿光取代相等强度的白光照射生菜,并测定生菜叶片生物量、形态、叶片数以及叶绿素、硝态氮、维生素C、可溶性糖、粗纤维和淀粉的含量,以探究绿光对生菜生长及品质的影响,为LED绿光的供光策略提供参考。结果表明：（1）在50μmol·m-2·s-1的绿光处理下,生菜地上部叶绿素含量显著高于对照,地上部干重较对照提高3.69%。（2）随着绿光强度的增加和基础白光强度的减弱,生菜地上部可溶性糖和维生素C含量均呈现先升高后降低的趋势,二者均在WG50处理下达到最高,并显著高于对照（P＜0.05）,而在WG150处理下达到最低,并显著低于对照（P＜0.05）。（3）与对照相比,绿光处理均降低了生菜叶片中淀粉、粗纤维以及硝酸盐的含量,其中硝酸盐含量在WG50处理下达到最低。说明50μmol·m-2·s-1强度的绿光有促进生菜干物质积累以及提升生菜品质的作用。