LED在农业与生物产业的应用与前景展望

随着光电技术的发展,LED在农业与生物领域的应用正逐渐受到世界各国的广泛关注。LED不仅具有体积小、寿命长、耗能低、波长固定与低发热等优点,而且还能根据植物需要进行发光光谱的精确配置,实现传统光源无法替代的节能、环保和空间高效利用等功能。通过对LED在农业与生物领域研究现状的详细阐述,重点介绍了LED的光源特性及其在设施栽培、组织培养、植物工厂和太空农业等方面的应用进展,并对LED在人工补光、植物工厂、生命保障系统以及与新能源结合等方面的应用前景进行了分析和展望。     

LED在设施园艺中的应用系列(五) LED在温室补光中的应用

“万物生长靠太阳”。光照是作物进行光合作用的必备要素之一,光照条件的好坏直接影响作物的产量和品质。自然界中,太阳的光照度随地理纬度、季节和天气状况的不同而变化。温室内的光照度除与上述因素有关外,还与温室结构、管理措施及材料的透光性能等密切相关。由于温室覆盖材料、灰尘以及结构遮光等因素的影响,温室内的光照状况要比露地差得多,一般仅为露地的30％～70％,尤其是在冬季和早春季节,太阳高度角低,日照时间短,温室内光照度往往不能满足作物生长的需求,人工补光成为众多可控环境温室管理的必然选择。     

植物无糖组培容器环境控制系统设计及其效果

植物无糖组培微环境控制是当今研究的一个热点。通过对植物无糖组培箱的改进,设计安装了箱内环境控制系统,实现了对培养容器内的CO2浓度、温度和湿度的自动检测,以及CO2浓度的自动控制。试验结果表明,明期内箱体中CO2浓度控制在1950×10^-6-2400×10^-6范围内,控制稳定性好。CO2浓度、温度检测值与明期、暗期直接相关,温度主要受控于房间的温度变化和照明灯具产生的热负荷。文章最后对控制系统的性能进行了评价,并提出了改进的方法。     

日光温室土质墙体内热流测试与分析

对山东省寿光市下沉式日光温室的土质墙体内不同厚度处的温度、室内外气温及墙体表面太阳辐射进行连续观测,以分析土墙内温度和热流的变化,探明日光温室后墙热传导规律。结果表明:日光温室土质后墙内热量传递呈现一定的日变化规律,墙体热流传导主要沿厚度方向,表层蓄、放热过程明显。在试验条件下,晴天时,白天通过墙体累计吸热量为2657kJ·m-2,夜间向温室内累计放热量为1865kJ·m-2;雪天时,通过墙体累计吸热量为18kJ·m-2,累计放热量为859kJ·m-2。在下沉式日光温室土质墙体内存在有效蓄热层和保温层,墙体各层功能不同,因此建议在墙体建造时选用不同功能材料分层处理,以发挥日光温室墙体的最大蓄热保温能力。     

LED光质对白术苗期生长及光合色素含量的影响

试验研究不同光质(白光、红光、蓝光、红蓝光1∶1)对盆栽白术生长和光合色素含量的影响.结果表明不同光质对白术根系生长影响显著,红光处理下白术根鲜重、根长显著降低,其他光质处理之间差异不显著,蓝光下根鲜重稍高;红光下株高最高,红蓝光下株高最低;蓝光下根冠比最高,差异性显著;不同光质对白术地上部鲜重和叶片中光合色素含量影响差异不明显,蓝光下叶绿素a/b稍大.由此可见红光促进白术苗期地上部的生长同时抑制根系的生长,苗期增加蓝光照射可提高叶片对光能的利用率,积累更多的光合产物,促进地上部光合产物向根的运输.     

Energy saving effect on cooperating cooling of conditioner and air exchanger in plant factory with artificial light

为减少人工光植物工厂中空调降温耗电量,该文利用风机引进外界低温空气与空调协同降温方式,以低功率的风机减少高功率空调的运行时间。结果表明,与仅利用空调进行降温的对照植物工厂相比,利用风机和空调协同降温的试验植物工厂节能效果明显,当植物工厂内部明、暗期空气温度分别设定在25℃和15℃,外界空气温度在-4～12℃时,明期耗电量的节省率为24.6%～63.0%,暗期为2.3%～33.6%,其节能效果随着外界空气温度的降低而增加;并且该降温方式可以将植物工厂内空气温度控制在目标值。因此,采用风机与空调协同方式对植物工厂内空气温度进行调控,可以减少植物工厂降温耗电量,降低其运行成本。     

喷雾降温联合自然通风在大跨度温室中的试验

为提高日光温室土地利用率、增大日光温室操作空间,设计了一种新型南北走向的大跨度温室。该温室在夏天种植作物时,室内温度较高,尤其在晴天,即便通风口全开进行自然通风,中午温室内温度亦可高达40 ℃以上。为降低大跨度温室内温度,该文提出了一种高压喷雾降温方法,高压喷雾装置由过滤器、储水箱、管道、高压泵、控制器解压阀和喷头组成。根据现有的研究理论,计算温室的喷雾量为0.27 g/（m2·s）,选择锥心式喷头,喷头孔径为0.3 mm,雾滴直径为0.02~0.03 m,喷头流量为1.3~2.4 g/s,喷头安装密度为0.3个/m2。试验期间设置了60 s开300 s关、90 s开300 s关和120 s开300 s关的3种喷雾运行模式,并在夏季典型晴天开展了喷雾降温试验,选择室外环境差异小的3个典型晴天的3个时段进行比较。试验结果表明,3种喷雾系统运行模式下,试验温室与对照温室相比,气温分别要低3.0、5.1和6.0 ℃,空气相对湿度分别增加10.2%、20.1%和23.8%。同等室外环境条件下,3种喷雾系统运行模式下的喷雾蒸发冷却效率分别为26.3%、39.4%和47.2%,从降温效果、空气相对湿度增加量及喷雾蒸发冷却效率结合来看,系统运行120 s关闭300 s的喷雾模式的降温效果最为理想。综合认为,该研究为北方大跨度温室夏季降温调控奠定了基础。      

光质对十字花科蔬菜硫代葡萄糖苷调控分子机制研究进展

综述了不同光质对十字花科作物硫代葡萄糖苷含量的影响，并从光调控硫苷生物合成关键基因表达、光合糖信号转导、光调控氮和硫同化等方面概括了十字花科作物硫代葡萄糖苷调控的分子机制，为十字花科作物硫代葡萄糖苷形成的光调控研究提供理论参考，为高品质蔬菜生产专用灯具的开发提供数据支撑。     

日光温室主动蓄放热系统应用效果研究

针对日光温室冬季夜晚温度低、作物易发生冷害等问题,设计了以水为蓄热介质的主动蓄放热系统.系统由集/放热装置、储热装置和控制装置等组成.白天进行太阳辐射热的吸收与储存,夜晚释放热量用于温室增温.试验结果表明,晴天条件下,主动蓄放热系统的集热功率为0.3kW/m2,蓄热量为6.9MJ/m2;夜间放热功率为0.2kW/m2,放热量为5.7MJ/m2,热利用效率为0.83,试验温室与对照温室的平均气温相差6.3℃;阴天及多云天气条件下,试验温室与对照温室的夜间平均气温相差4.6℃,表明主动蓄放热系统能有效改善日光温室夜间低温状况,进而保障蔬菜安全越冬生产.     

人工光植物工厂风机和空调协同降温节能效果

为减少人工光植物工厂中空调降温耗电量,该文利用风机引进外界低温空气与空调协同降温方式,以低功率的风机减少高功率空调的运行时间。结果表明,与仅利用空调进行降温的对照植物工厂相比,利用风机和空调协同降温的试验植物工厂节能效果明显,当植物工厂内部明、暗期空气温度分别设定在25℃和15℃,外界空气温度在-4～12℃时,明期耗电量的节省率为24.6%～63.0%,暗期为2.3%～33.6%,其节能效果随着外界空气温度的降低而增加;并且该降温方式可以将植物工厂内空气温度控制在目标值。因此,采用风机与空调协同方式对植物工厂内空气温度进行调控,可以减少植物工厂降温耗电量,降低其运行成本。