在安裝人工光源時,應將其置于被照射植物正上方的特定距離處,最短距離大約為10厘米。由于LED光源發(fā)出的是冷光,它不會對植物造成傷害。
株間側面補光
當采用頂部補光方式時,植物頂部的葉片可能會遮擋光線,導致下層葉片光照不足。株間側面補光有助于改善垂直方向上的光照分布,加快下層葉片的光合作用,從而提高光照的利用效率。研究顯示,無論是采用LED側面補光還是高壓鈉燈頂部補光,番茄的產量和品質沒有顯著差異,但LED側面補光能節(jié)能36.3%。因此,LED光源非常適合用于側面補光。
光周期調控
光周期調控是指通過間接補光或遮光的方式調控植物的光照時間,進而影響植物的花芽分化。必須根據(jù)植物類型(長日、短日、日中性植物)來確定其光周期。對于長日照植物,可以通過人工補光延長光照時間,促使其在短日照季節(jié)開花;對于短日照植物,遮光處理可以促進花芽分化,而延長光照時間則會推遲開花。對于大多數(shù)作物而言,每天至少需要保證4小時的暗期,否則光合產物會在葉片中積累,降低光能利用效率。
人工光照調控植物生長發(fā)育研究現(xiàn)狀
在人工環(huán)境下,通過人工補光或全人工光照射植物,可以促進植物生長,提高產量,改善產品形態(tài)和色澤,同時減少害蟲的發(fā)生。隨著人工光源技術的發(fā)展,利用光質調控植物生長發(fā)育成為一項新型調控技術。研究發(fā)現(xiàn),在相同光強下,使用綠膜和紅膜覆蓋時,草莓的葉面積和葉柄長度顯著增加,但在藍膜覆蓋下,葉面積和葉柄長度明顯減少。藍光和紫外光會減少葡萄單葉面積,而紅光處理能顯著增加總干物質積累并促進新梢加粗生長。在紅藍光基礎上補充綠光,能夠減緩萵苣葉片中葉綠素的降解,提高番茄幼苗中葉綠素含量,從而促進幼苗生長。
光調控技術的發(fā)展一方面依賴于人工光源技術的進步,另一方面也推動了人工光照系統(tǒng)的發(fā)展。傳統(tǒng)人工光源包括高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等。
(1)高壓鈉燈的主要發(fā)射光譜集中在560~640納米之間,與植物光合有效輻射的光譜(400~700納米)不完全吻合,通常用于延長植物光照時間以提高產量。但早期高壓鈉燈缺乏對植物生長至關重要的藍光。改良后,雖然對植物產生了一些負面影響,如降低葉綠素含量和干物質合成量等。
(2)金屬鹵化物燈中的鏑燈發(fā)射的密集型光譜(380~780納米)與太陽光譜相當接近,具有較高的發(fā)光效率(>75 lm/W)和顯色性(Ra>80),但其有效光子束密度相對LED較低,不利于植物的光合作用。
(3)LED燈不僅能發(fā)出光波較窄的單色光,還能根據(jù)植物需求進行任意組合光源,在植物照明領域具有明顯應用優(yōu)勢。
小結
無論是從促進現(xiàn)代化農業(yè)發(fā)展的角度,還是實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的角度來看,LED植物照明都具有極其重要的意義。農業(yè)的地位和發(fā)展需求為LED植物照明的發(fā)展提供了新的機遇。自2013年以來,全球LED植物照明市場進入快速發(fā)展階段,主要集中在北美、日本、荷蘭等地區(qū)。2010年,日本三菱化學利用大型集裝箱改造植物工廠,并使用LED光源進行光合作用。2012年,首套LED照明的植物工廠系統(tǒng)用于栽培萵苣和嫩葉菜,開啟了LED植物照明的新篇章。據(jù)LED inside統(tǒng)計,2014年全球LED植物照明市場規(guī)模為1億美元,2016年增長至5.75億美元,預計到2020年將增至14億美元。
國內的植物照明尚處于行業(yè)發(fā)展的初期階段,廠家規(guī)模小、數(shù)量少、缺乏核心技術和統(tǒng)一的標準規(guī)范是國內植物照明技術發(fā)展的瓶頸。
為促進LED人工植物照明行業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展,需要從以下幾個方面著手:
(1)植物照明是一項專業(yè)性、綜合性強的跨學科技術,因此需要對LED光源及植物學等進行全面、系統(tǒng)、深入的研究。
(2)標準化工作是促進科研成果產業(yè)化、支撐產業(yè)規(guī)范發(fā)展的重要手段,因此需要加快標準制定工作,完善標準檢測認證體系。
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