LED光源在植物工厂中的应用

LED光源作为第四代新型半导体固态冷光源,具有光质纯、光效高、波长类型丰富、光强与光质可调控及节能、环保、寿命长等优点,在人工光植物工厂光环境调控和太阳光植物工厂人工补光方面具有广泛的应用前景。文章阐述了植物工厂和LED光源的特性及优点,介绍了LED光源在植物工厂补光、光环境调控中的应用,并对LED光源在植物工厂中的应用前景进行了展望。     

闭锁型人工光照育苗系统不同光源对黄瓜幼苗生长发育的影响

为了解决西藏传统温室环境中生产的蔬菜种苗存活率低,品质差等问题,笔者研发出了一套闭锁型人工光照育苗系统,该系统采用荧光灯和LED灯为人工光源,为蔬菜幼苗的周年生产提供能量。本试验以黄瓜为研究对象,在闭锁型人工光照育苗系统中进行了不同光源(荧光灯、LED灯)对黄瓜幼苗生长发育的影响试验,在该育苗系统中,采用LED比采用荧光灯光源对黄瓜幼苗生长具有显著的促进作用。     

现代人工气候室

人工气候室是用人工方法创造各种气候环境的一种设施。它是由美国著名物理学家温特发明的。自1949年6月在美国建成以来,人工气候室在现代科学技术各个领域中得到了广泛的应用。人工气候室一般由大容量的空气调节器和人工光源控制系统等组成。室内温湿度、光照、风速等全部可以自动控制。它能模拟北极的严寒、非洲的炎热、急风暴雨等等气候。在各种人工气候室中,规模最大的是模拟温室,面积从几十至几百平方米,目前世界最大的模拟温室面积为2400公顷(1公顷=15亩),     

温室植物生产用人工光源研究进展

光是植物光合作用的能量源。温室植物体中的叶绿素a和叶绿素b分别吸收600～700nm的红光和400～520nm的蓝光进行光合作用。光同时是植物形态形成的信号源。600～700nm的红光能降低植物体内赤霉素的质量分数,从而减小节间长度和植株高度;而700～800nm的远红光能提高体内赤霉素的质量分数,从而增加节间长度和植株高度。基于温室植物对光的需求,分析了目前使用的温室传统人工光源的特性和存在的问题。发光二极管（LED）光源较传统人工光源具有明显的优势,但受限于单颗提供的光照度有限,必须组合使用才能满足温室植物正常生长发育对光的需求。尽管LED光源已成功应用于组培苗栽培,但组培室中组培苗的受光特性完全不同于温室作物,所以针对温室应用的LED成套光源有必要进一步研制。参32     

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。     

LED灯补光对作物生长发育的影响

为了探讨LED人工补光对作物生长发育的影响。根据人工补光的理论依据,从红光、蓝光、复合光三种光质对作物生长发育的影响,综述了LED作为温室人工补光光源的理论基础,为LED全面普及提供理论依据。     

不同光源处理对栀子叶片叶绿素荧光参数和生化成分的影响

以2种发光二极管(light emitting diode, LED)和荧光灯为光源,在人工气候室条件下探讨3种光源处理对栀子叶片叶绿素荧光参数和生化成分的影响。结果表明:随着处理时间的增加,3种光源显著增加了栀子叶片的叶绿素指数和氮平衡指数,但3种光源之间无显著性差异。在红蓝光质比最大(4.4)的LED-2照射下,栀子叶片多酚和游离氨基酸含量最高;在具有最低的红蓝光质比(0.8)和最高的绿光占比(0.41)荧光灯照射下,栀子叶中类黄酮指数最高;而在蓝光比例较高的LED-1照射下,栀子叶生化成分含量及实际光化学量子效率较低。以上研究结果表明:在开发适合栀子生长的LED灯时,应适当增加部分绿光及远红光,降低红光与远红光比值,以促进栀子叶中类黄酮、多酚、游离氨基酸等功能成分的积累。     

不同光照周期下LED光源对铜藻生长的影响

利用白、红、绿、蓝4种LED作为光源,研究在24 h/0 h、18 h/6 h、12 h/12 h、6 h/18 h(L/D)这4组光照周期下铜藻生长对不同光质光源的响应。结果表明:各LED光源下,铜藻生物量累积峰值均出现在24 h/0 h(L/D)的光照周期中;在非连续光照下,蓝光LED光源促进铜藻生长的效果最佳。本研究还测量并分析了铜藻的表面吸收光谱和4种LED光源的发射光谱,发现铜藻在蓝光与红光区各有一个吸收峰,且蓝光区的波峰与红光区的波峰差异显著,蓝光区的波谱宽且平缓,而红光区的则窄且陡峭。因此,蓝光LED光源可满足铜藻生长所需光波,并可作为铜藻人工养殖的补充光源使用。     

稻麦生态环境中不同波段LED光源的诱虫效果

[目的]探究稻麦生态环境中不同波段LED光源的诱虫效果。[方法]设正白+紫外2种LED组合光源以及7种单色LED光源,以传统节能宽谱诱虫光源为对照,研究在稻麦生态环境中不同波段LED光源的诱虫效果。[结果]在稻麦生态环境中,组合式LED光源的诱虫效果要明显好于传统节能宽谱诱虫光源,可作为该生态环境中的首选诱虫光源;鉴于该组合光源对检疫性虫害美国白蛾极强的诱杀效果,可在该虫害综合防治中发挥重大作用;不同种类的单色LED光源诱虫效果有差异,其中红色LED光源对瓢虫有特殊的诱杀效果,可作为二十八星瓢虫高发的蔬菜生态环境诱虫光源的重要组成。[结论]该研究结果为LED诱虫光源的大面积应用提供了理论依据。     

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光源对番茄嫁接成活率及幼苗生理响应的影响

[目的]研究不同LED光源下番茄嫁接苗的成活率及幼苗生理指标的响应,筛选适合番茄嫁接愈合的LED光源,为番茄工厂化嫁接愈合室节能光源的选择提供参考.[方法]采用蓝光(B,450 nm)、红光(R1,630 nm;R2,660 nm)、红外光(I,735 nm)和白光(W1、W2,400~780 nm,光照强度分别为110和190 lx)LED,组成单波LED和复合LED光源,以白炽灯为对照,对樱桃番茄和普通番茄进行嫁接后补光处理,比较嫁接成活率和株高、茎粗的增长量;R2+I、W1和W2光源下测定嫁接苗体内的光合色素、可溶性蛋白和丙二醛(MDA)含量及细胞相对电导率等指标,研究番茄嫁接苗对LED光源的生理响应.[结果]4种单波LED补光下,B补光的樱桃番茄和普通番茄嫁接成活率分别为90.16%和85.31%,均显著高于R1、R2和I补光(P<0.05,下同).3种复合LED(R2+I、W1、W2)补光下,樱桃番茄的嫁接成活率为97.14%~99.18%,均显著高于对照光源白炽灯;普通番茄的嫁接成活率为91.00%~94.83%,均与白炽灯无显著差异(P>0.05,下同).复合光源W1和W2补光对两种番茄嫁接苗的株高和接穗茎粗增长无显著影响,这两种白光下普通番茄嫁接苗叶绿素总量为0.0490~0.0497 mg/cm2,类胡萝卜素含量为0.0210~0.0214 mg/cm2,均显著高于白炽灯,说明对叶片合成叶绿素和类胡萝卜素具有促进作用.3种复合光源(R2+I、W1、W2)下两种番茄嫁接苗接穗和砧木的可溶性蛋白含量为1.32~3.10 mg/gFW,均显著低于白炽灯.W2补光条件下樱桃番茄嫁接苗接穗和砧木MDA含量为0.00073~0.00082μmol/gFW、普通番茄嫁接苗接穗MDA含量为0.00087μmol/gFW,W1补光条件下普通番茄嫁接苗砧木MDA含量为0.0128μmol/gFW,均与白炽灯无显著差异,表明樱桃番茄嫁接苗的接穗和砧木对W2,普通番茄嫁接苗的接穗对W2、砧木对W1的胁迫反应程度低.复合光源W1和W2补光条件下普通番茄接穗细胞相对电导率为10.39%~10.60%,均与白炽灯无显著差异,说明W1、W2补光对普通番茄接穗的细胞膜选择透性的影响与白炽灯无显著差异.[结论]筛选出波长范围为400~780 nm的复合LED光源(W1、W2)适合作为番茄工厂化嫁接愈合室的人工光源;W1比W2更节能,可优先选择W1作为番茄嫁接愈合室的节能光源.     

白啄瓜嫁接育苗时不同LED灯及砧木品种的筛选

以白啄瓜为实验材料,研究了人工光照育苗过程中不同光源对白啄瓜嫁接苗生长以及同一光源下不同砧木品种对白啄瓜嫁接苗生长的影响。结果表明,宁波格欣莱光电科技有限公司的LED灯处理白啄瓜嫁接苗成活率高达100%且嫁接苗植株矮壮,生物量大,是白啄瓜嫁接育苗人工光照最佳选择;人工光照育苗过程中同一光源下信甜砧1号嫁接成活率、商品苗率最高,分别达90.9%、83.0%,果实品质表现接近自根苗,产量居第2位,与接穗的亲和力最强,是人工光照环境下开展白啄瓜嫁接育苗的最佳砧木品种。     

LED在我国农业相关领域的研究与应用

简要介绍了发光二极管(LED)在农业相关领域的研究进展,比较了LED光源与普通人工光源的能耗情况,并就推进农用LED产品研发和应用提出相应的建议.     

农业照明将成为LED发展的新领域

<正>万物生长靠太阳,光照是农业生物生长发育、优质高产不可或缺的环境要素。日前,多位来自半导体照明产业专家、农业专家表示,智能化照明与光环节精准调控是现代设施农业科技发展的必然趋势,LED农业照明或将成为现代设施农业的新一代人工光源。目前,在我国设施农业中,传统人     

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光源在农业照明领域的市场需求分析

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.     

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。     

LED光源对结球甘蓝(Brassica oleracea var.Capitatal)不定芽再生的影响

为探索不同光源对结球甘蓝(Brassica oleracea var.Capitatal)不定芽再生的影响,采用LED红光、LED黄光、LED蓝光及对照荧光灯光源,选用12-1、12-2、12-3三个结球甘蓝材料进行了研究。结果表明:在LED红、黄、蓝色光源下,外植体愈伤组织的诱导率达100%;在不定芽的诱导中,LED红光的诱导率显著大于LED黄光,与荧光灯没有显著差异,平均诱导率高低依次为:红光>荧光>蓝光>黄光;在继代过程中,从再生系数看,LED红光与LED黄光存在显著差异,与荧光灯存在较明显差异,再生系数高低依次为:红光>蓝光>荧光灯>黄光;在根的诱导中,平均诱导率高低依次为:荧光>红光>蓝光>黄光,培养期间观测发现,LED光源下诱导的根粗壮,须根多,LED红光最明显;但在LED光源培养下有明显的褪绿和瓶壁凝露现象,LED红光下凝露最重;LED光源下先长愈伤组织再长腋芽,叶片变小且易碎,生长势弱,蓝光光源下节间伸长有明显的徒长现象;而荧光灯光源愈伤组织少,腋芽生长正常,没有出现以上现象。     

密闭式植物种苗工厂的设计及其光环境研究

密闭式植物苗工厂具有节能、环保、控制精度高、生产成本低等特点,发展前景广阔。利用不透光的绝热材料建设人工光型密闭式植物工厂,设计开发了高精度的环境控制系统,为植物生长提供优化的物理环境。研制了种苗繁育LED光环境调控装置、光照距离可调式荧光灯板,有效地改善植物生长所需的光环境,提高植物的光能利用率。通过对环境控制系统的试验研究以及相关的生物学试验,为密闭式植物工厂以及人工光源在育苗领域的应用研究提供了理论和试验依据。LED、荧光灯与自然光条件下黄瓜育苗对比试验表明LED光环境下植株生长速率高于其他处理,表现出一定的生长优越性。     

植物工厂补光照明方法现状与趋势

植物工厂的主要特征之一就是利用全人工光源实现光环境的智能控制。基于植物生长发育合理需求的电光源产品及其智能光控设备的研发与应用是今后植物工厂及栽培方法革新的核心内容。本文阐述了植物工厂中常见的补光照明方法的特性与优点,介绍了典型作物补光系统的设计思路,并对LED光源在植物工厂中的应用发展前景进行趋势分析。