探讨LED光源设计在设施园艺中的应用策略

在园艺种植过程中,植物状态很容易受光照的影响,而在现实生活中,不良天气会影响光照,比如雾霾、阴天等,大大降低了植物的生长速度。为此,在如今的园艺种植中要采取一定的措施,以保证光照正常,其中,LED光源设计就是很重要的。本文将以此为核心,深入研究其工作特点,最大化的发挥该设计的作用。     

LED补光系统对设施园艺作物的影响

光照是影响设施园艺作物生长发育的主要生态因子之一,设施栽培中光照不足会严重影响园艺作物的生长和发育,LED等人工补光系统可按照植物对光照的需求对作物生长环境进行调控,与传统光源相比,LED补光系统以其高效节能、方便可控等优点而被广泛应用,但是LED补光系统的实施存在一定的问题,限制了在中国发展。本文通过介绍LED补光系统的特点与国内外的发展现状,总结LED补光系统对设施园艺作物形态特征、光合特性、成花过程、果实品质及相应的分子调控机制的影响,阐述LED补光系统现有的不足,并展望未来的发展方向,旨在为LED补光系统在设施园艺上的应用提供借鉴与参考。     

新型LED植物补光装置的开发及应用

本文设计了适用于园艺设施栽培的新型LED植物补光装置,该装置以LED灯珠为光源,依照植物生长规律所需要的太阳光,用LED灯管代替太阳光在植物生长的各个阶段进行不同强度的补光照射,提高植物的生长效率。本文所开发的LED补光装置光源为红光LED(650~660nm)、蓝光LED(420~430nm)和远红光LED(720~730nm)。     

LED光质对小白菜生长特性及产量的影响

为给在设施园艺蔬菜生产中推广LED(light emitting diode,LED)光源提供生产依据,研究了红蓝光配比为8∶1、6∶1和4∶1的LED光照条件下对水培小白菜所产生的不同影响。结果表明:蓝光比例较高的LED光照条件能显著促进小白菜的表型生长,并能增强对蔬菜病毒病的抵御能力。     

LED植物工厂光质生物学研究与应用现状

植物工厂是设施园艺发展的必然趋势和高级阶段,其本质优势在于包括人工光照明在内所有生产要素可实现智能控制。LED光源是植物工厂应用的优选光源,可提供植物生理有效辐射范围内所有波长的光质,丰富了光生物学内涵,LED光源研发与应用催生了光生物学的分支即光质生物学学科。LED植物工厂是植物光质生物学研究与应用的理想场所和设施类型,植物光质生物学研究及LED光环境调控具有提高植物工厂植物产品产量与品质的重大应用价值,LED植物工厂产业的可持续发展有待于植物光质生物学的深入揭示。总结了LED植物工厂光质生物学的定义、内涵,并着重阐明了红蓝光替代全光谱的充要性、红蓝光质比优化、红蓝光连续光照、UV-LED光质生物学和昼夜节律等重点方向国内外研究与应用新动态,指出了未来LED植物工厂植物光质生物学研发与应用重点。     

高压钠灯和发光二极管在植物设施栽培中的应用现状与展望

光照是影响植物生长的关键限制因子,它不仅是绿色植物顺利完成生命周期的必需环境因素,还是植物光合作用的能量来源,更是调节植物生理活动的重要环境信号。随着温室设施栽培、室内栽培、植物工厂技术的飞速发展,科学家对农业光照的研究越加深入。目前植物设施栽培中使用的光源主要有白炽灯、荧光灯、金卤灯、高压钠灯(high pressure sodium lamp,简称HPS)以及发光二极管(light-emitting diode,简称LED)。本文系统梳理了第三代光源HPS和第四代光源LED的发光原理及其在植物栽培中的应用特点、应用现状,以期为设施农业的补光应用提供支持。     

基于TracePro的LED植物生长光源灯珠布局的优化设计与验证

为了提高LED植物生长光源的光照均匀性,提高光照强度,利用Tracepro光学仿真软件设计了红蓝白LED植物生长光源灯珠3种排布方式模型,对各排布方式分别设置了等间距排列和等差数列排列的组合方案,比较其均匀性及光照强度.仿真结果表明:不同排布方式和各排列组合方案对辐射照度和均匀性有一定的影响,双线排布在SA40处理下的光源均匀性高于其他处理方式.为了验证仿真设计的可靠性,基于仿真最优结果(SA40双线)制作LED植物生长光源作为试验组,CK30单线排布光源及传统LED白灯作为对照组,搭建6条光源组合照明平台,在150 mm受光距离下测量3组光源均匀性.结果表明:SA40处理下的红蓝白双线排布光源光照均匀性最好(88.93%),与仿真结果相符,说明其排布参数设计合理.     

LED补光灯在设施园艺中的应用

人工补光是设施园艺光环境调控的重要手段,LED作为新一代"绿色光源",具有高光效、低能耗的特点,是当前农业照明领域研究与应用的热点。从生产、研究和发展的角度,阐述LED补光灯应用的光生物学基础、LED补光灯对植物光形态建成、营养品质与延缓衰老的影响、光配方的构建与应用等问题,阐述了LED补光灯在设施园艺照明应用上的潜力与优势。     

LED植物光源阵列光照分布及均匀性研究

针对LED植物光源阵列在植物培养中光照分布的不均匀问题,通过理论推导,建立了红、蓝光相间布置的LED植物光源阵列的光照度分布及光照均匀度模型,以LJZWD植物光源阵列为例,对其光照度分布、光照均匀性变化情况进行模拟分析。结果表明:光源安装高度为14.3 cm时,可获得较好的光照均匀性,将照明区域缩小为光源阵列面积的81%时,光照均匀度可达到0.9以上,该研究对LED植物光源的安装与植物栽培区域的选择具有指导意义。     

飞利浦园艺LED照明研讨会在北京举办

<正>本刊讯2014年4月22日,由飞利浦园艺LED照明主办的"光·促进植物生长的创新方法——园艺LED照明研讨会"在北京召开。会议围绕着LED在科研领域、温室、组培以及植物工厂应用的主题展开。来自科研院所、组培企业、温室及植物工厂的专家及合作伙伴近60人参加了此次会议。飞利浦园艺LED照明中国区总监徐辉女士在欢迎致辞中,阐述了光照对植物生长的重要意义,并介绍了飞利浦园艺LED的研发应用经验和专业的服务团队。会议邀请荷兰瓦赫宁根大学LeoMarcelis教授、荷兰HAS Den Bosch大学Jasper den Besten教授,浙江大学周艳虹教授,华南师范大学王小菁教授分别     

基于粒子群算法的LED植物光源最优光照区域确定

针对LED植物光源光照分布的不均匀问题,首先建立了红、蓝光LED组合分布的植物光源阵列光照度分布及光照均匀度模型。综合考虑照明区域的光照均匀性及面积大小2个因素,构建出光照区域优劣评价函数,以矩形结构的LED植物光源为例,应用粒子群算法确定出最优的光照区域。在光照均匀性与面积2个因素的影响比重为7∶3条件下,得到了最优区域是光照平面中央位置面积为21.5462cm×18.1cm的矩形区域,红、蓝光均匀度均达到了0.862 2。与采用传统方法模拟的光照度分布情况对比,结果表明:应用粒子群算法确定LED植物光源的最优光照区域的方法是有效可行的,并且能够自动实现寻优功能。该方法可为LED光源下植物最优培养区域的自动跟踪提供重要的技术支撑。     

冬季LED补充光照对红豆杉生长发育的影响

[目的]研究冬季LED补充光照对红豆杉生长发育的影响。[方法]以南方红豆杉为材料,利用LED补充光照设置不同补光强度(1 000、3 000、5 000和7 000 lx),研究冬季LED补充光照对红豆杉生长发育的影响。[结果]3 000～5 000 lx范围内的LED补光条件能较好地促进了红豆杉的生长,1 000 lx以下补光影响不大,超过5 000 lx,影响也变小;在LED植物生长灯下只需约126 lx的光强就可达到红豆杉植株在自然光(光强约为1 257 lx)下的净光合速率。[结论]LED植物生长灯作为一种新型光源,可以使植物在较低的蒸腾速率下取得较高的净光合速率。     

基于LabVIEW的智能LED植物补光照明系统设计

基于植物对光和温湿度的需求,系统利用RRGB芯片配光设计开发了LED光源模块,若干个光源模块组成LED阵列平面光源模组,基于Lab VIEW的上位机与控制器相结合的系统实现对温室或园艺植物的智能补光照明。控制器实时检测红绿蓝三色波段的光量子通量密度(PFD)和温湿度值,并将检测信息显示在上位机界面,通过控制器对脉宽调制(PWM)信号进行动态调节,以保持照射到植物的红、绿、蓝PFD值随环境光照改变而保持恒定不变,实现照明系统结合环境光照的智能补光。同时,系统也实现了对温湿度阈值范围的智能调节。该智能补光照明系统根据不同植物或同一植物不同生长阶段对PFD、光质比例补光需求的不同,通过上位机设置红、绿、蓝三色波段光不同的PFD值和温湿度范围,下位机按照设置完成环境调控,既满足了植物对补光环境的要求,又大大节省了能源。     

植物工厂及其LED照明发展新动态

植物工厂是设施园艺发展的高级阶段,是颠覆性农作和土地利用方式,对解决21世纪农业资源和环境问题具有重要应用价值。LED光源是植物工厂的优选光源,具有传统光源无法比拟的光电和农学应用优势,正在快速进入商业化研发与应用层面,产业前景诱人。文章总结了植物工厂及其LED照明的发展新动态,指出了未来研发与应用重点。     

基于LED光源优势的植物工厂光照策略探讨

LED是半导体固态电光源,具有节能、光效高、寿命长、响应快、环保、体积小和坚固耐用等众多传统光源无法比拟的光电优势,更兼具按需调制光谱、智能控制和冷光源等在植物工厂应用中的独特优势,被誉为人工光植物工厂的理想光源。LED光源所提供的光环境(光质和光强及其持续时长)及其时间转换智能可控的特性赋予了LED在植物工厂中应用的诱人潜力和广阔前景。因此,LED光源植物工厂具备调控智慧生产光环境的能力,通常可以在纳米波长光质、PPFD基本单位光强和分钟尺度时长等方面对光环境进行管控,也可实现内涵丰富的连续光照、间歇光照和交替光照等特殊光照模式及其集成应用。对植物工厂光照策略的制定,应针对各种植物种类及品种构建出集成了多种光照模式的光照策略,实现提高植物生产力和植物工厂生产效率的光调控目标。因此,应加强对各种光照模式植物生理效应和能耗的研究和评价,筛选出基于植物种类或品种的适宜集成机制,以获得高效节能的植物工厂光照策略。     

LED光对温室植物生长的影响

研究红色LED、蓝色LED和白色LED组合光源对室内种植蔬菜生长的影响以及光的强度、光的照射时间对植物的营养成分的影响,同时研究3种不同的光对生菜的生物量、叶绿素、胡萝卜素、可溶性蛋白和糖和硝酸盐的含量影响以及市场对生菜外观质感的评价。对比可溶性糖、可溶性蛋白、硝酸盐在3种不同的光照后,叶绿素、胡萝卜素和可溶性蛋白的含量随这3种光的反映程度。研究结果表明,适当地补充特种光谱和光辐射,可以提高植物的产量和质量;在红蓝白LED照射后的生菜的营养价值更丰富。     

LED不同光质对紫皮石斛组培苗光合特性及生长的影响

试验研究LED不同光质对紫皮石斛组培苗光合特性及生长的影响,以期为植物组织培养专用LED光源的研发提供理论依据和技术支持。结果表明:W2光源处理下,叶绿素a和b含量均最高,W1光源处理下,类胡萝卜素含量最高,RBW光源处理下,可溶性蛋白含量也最高,B光源处理下,可溶性糖含量最高,游离氨基酸含量也最高,W1光源处理下,多酚氧化酶活力最高,1RB光源处理下,根系活力最强。光质对紫皮石斛组培苗生长代谢影响明显,LED光照系统可以成为紫皮石斛组培苗的理想光源。     

设施园艺生产中LED灯与高压钠灯的应用差异性分析

高压钠灯和LED灯已经先后应用在植物的补光领域。文章从照明原理、光照的植物生理形态效应、生产成本等方面,系统总结了前人研究成果及其生产应用现状,为设施补光中的光源选择和应用提供参照。     

2018第五届中国·寿光国际设施园艺研讨会隆重召开

正2018年4月20日,第五届中国·寿光国际设施园艺研讨会在山东寿光隆重召开,来自国内外设施园艺领域约160人参加了此次会议。此次大会以"节能、高效、绿色、智能"为主题,相关专家围绕设施结构工程,环境模拟与调控,高效栽培,节能与新能源利用,LED光源,新型材料与装备,太空农业,物联网技术以及植物工厂等热点内容进行交流与研讨,探讨实现设施园艺绿色安全,提质     

不同农用LED灯的光谱能量分布对水培生菜生长的影响

在植物工厂中,人造光源对作物生长发育的影响起到了关键性作用,其光谱能量分布是人造光源性能重要参数。本文通过分析两种不同LED灯的光谱特性,来评价其对生菜生长的影响,通过试用,确定生菜栽培中光环境调控策略。本文利用LI-1500和Ava Spec-USB 2采集红蓝LED(R:B=9:1)、白红LED(W:R=5:1)的两种LED灯,在距灯管边缘20、40、60cm处的光照强度和光谱分布曲线,了解其光谱能量分布规律。结果表明:红蓝光LED灯光谱分布极不均匀,在距灯管边缘20,40,60cm处,R:B分别是2.1:1,10.7:1,77.9:1,3点平均R:B为8.9:1。而白红LED灯在每一点光谱分布基本均匀。将两种光源应用于实际生菜种植中,分析光源的耗电量和电能利用效率,对比生菜形态、生物量积累和叶绿素含量,分析光谱分布对植物工厂生菜生长的影响。种植结果表明,白红LED灯耗电量小于红蓝LED灯,但是电能利用效率反而高。白红LED灯照射下的生菜形态(除叶片数)、生物量积累均显著高于红蓝LED,而红蓝LED照射下的生菜叶绿素a/b却显著高于白红LED。上述结果说明,光谱分布的一致性对生菜种植影响显著,光谱分布是否一致是光源选择的重要指标。