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LED植物照明應用現狀

LED植物照明應用現狀

     植物照明是LED農業應用最為廣闊的領域之一,溫室大棚、植物組培、植物工廠以及食用菌生產等眾多場合均可采用LED代替傳統光源。目前,LED植物照明光源主要應用場合包括:

     (1)溫室補光

     光是作物生長最重要的環境因子之一,荷蘭學者認為:“1%的光照就是1%的產量”,可見光照在作物生產中的重要程度。溫室本身的光照比露地要低得多,尤其在冬春季節和連陰、雨、雪、霧等天氣條件下,光照不足的狀況會更加明顯,常常會限制溫室作物的產量和品質,人工補光已經成為溫室高效生產的重要手段。目前,溫室的人工補光光源主要有高壓鈉燈、低壓鈉燈、金屬鹵化物燈和熒光燈等,這些光源的紅外和綠光等光譜成分較大,作物光合作用所需的紅、藍光譜成分相對較少,光能利用率低,耗能大,運行成本高。近年來,隨著LED光源的快速發展,尤其是大功率LED芯片產品的開發成功,為溫室補光提供了新的手段。常用的LED溫室補光光源主要有兩種,一種是垂直照射的LED點光源,燈具采用類似于高壓鈉燈的圓頭燈結構;一種是穿插于植株之間進行側面照射的LED帶光源,目前,LED光源用于溫室人工補光仍處于小規模階段。

     (2)植物工廠

     植物工廠是通過計算機對設施內植物生育過程的溫度、濕度、光照、CO2濃度和營養等環境條件進行高精度控制,實現農作物周年連續生產的高效農業系統,被認為是21世紀農業取得革命性突破的重要技術手段之一。目前,植物工廠有兩種主要型式:一種是以溫室為主體的太陽光和人工光并用型植物工廠,其光源系統與溫室補光完全一致;另一種是以封閉的隔熱空間為主體的人工光完全控制型植物工廠,這種植物工廠是在完全人工環境下進行植物生產的方式,受外界氣候影響小,可周年連續生產,空間利用率和單位面積產量高,但空調和照明耗電大、運行成本高也是限制其發展的重要瓶頸。因此,節能降耗已經成為人工光完全控制型植物工廠的重要課題。

     高效率LED光源的應用是解決植物工廠能耗問題的重要手段,目前植物工廠的人工照明光源主要有高壓鈉燈和熒光燈等,能耗高,散熱量大,空調運行成本高。LED的出現為解決植物工廠能耗問題提供了重要手段。1994年以來,日本開始試用LED作為植物工廠的照明光源,使用波長為660nm的紅色LED加上5%的藍色LED的組合光源進行人工植物工廠栽培生菜和水稻作物,獲得成功。1997年渡邊博之采用水冷模板LED光源在植物工廠內種植蔬菜,栽培方式為營養液膜法(NFT),作物選用生菜、芹菜等,蔬菜定植2周后即可收獲,在800m2(8m×10m×10)的栽培面積上,每天生產蔬菜5900株,年產蔬菜150萬株。20092月,日本FairyAngel公司宣布,開始與LED照明廠商CCS聯手,開發出使用LED照明的蔬菜工廠“AngelFarm福井”。20099月,中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所成功研制出了國內第一例智能型LED植物工廠,建筑面積為200m2,采用LED進行人工光育苗生產,取得了良好的運行效果。

     (3)植物組培育苗

     植物組織培養是一項可以通過規?;a,在短時間內獲得大量同品質種苗的快速繁育技術。由于組培育苗繁育速度快,不受外界氣候、地域和時間等條件的約束,目前已經成為遺傳育種、種質資源保護和脫毒快繁的重要手段。但傳統的組培光源多為熒光燈,光效低、發熱量大,能耗成本占其運行費用的40%50%。應用新型節能光源、高光效、減少能耗一直是植物組培領域的一大優點。近年以來,世界各國都在積極應用LED作為組培光源。開發出了光照強度(45、60、75μmol·m-2·s-1),光質比例為80%紅光LED+20%藍光與90%紅光LED+10%藍光LED兩種香蕉組培光源,試驗認為80%紅光LED+20%藍光LED(60μmol·m-2·s-1)的光源具有明顯的優勢,使用超高亮度紅光與藍光LED開發出可調整光量、光質、發光頻率與占空比的組培光源系統,可實現在不提高耗電成本條件下提高馬鈴薯組培苗的生長速率針對組培的特殊需求,開發出了專門用于植物組培的“LED植物培育智能光控系統”;開發出了直接采用市電驅動,并與T8T5熒光燈管無縫對接的LED燈管,以替代目前在植物組培領域廣泛使用的熒光燈。

 

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