基于LED光源進(jìn)行育苗的光質(zhì)研究

1、    基于led光源進(jìn)行育苗的光質(zhì)研究    齊健善新民【摘 要】結(jié)合當(dāng)前國(guó)際國(guó)內(nèi)人工光源育苗的研究形勢(shì)，以衢州當(dāng)?shù)鼗趌ed光源建立的育苗綠色工廠為例，研究基于led光源進(jìn)行育苗的光質(zhì)特性。主要表現(xiàn)在：1）光源單一可調(diào)，不受外界自然條件限制；2）紅藍(lán)光質(zhì)合理配比，大大提高光利用率，滿足育苗的光質(zhì)理論要求。這對(duì)當(dāng)?shù)毓S化設(shè)施育苗有借鑒價(jià)值?！娟P(guān)鍵詞】led光源；育苗；光質(zhì)光合作用是通過(guò)植物葉綠素等光合器官將co2和水合成碳水化合物并釋放氧氣的過(guò)程。是植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要生理活動(dòng)，光照為植物光合作用等生理活動(dòng)提供能量，是植物形態(tài)建成的動(dòng)力，光質(zhì)對(duì)植物的生長(zhǎng)

2、發(fā)育、物質(zhì)代謝及基因表達(dá)等均有調(diào)控作用1。光照條件的好壞直接影響植物的產(chǎn)量和品質(zhì)。衢州當(dāng)?shù)厮募径嚓幱隁夂颍幱昙竟?jié)光照不足影響大田育苗的自然光補(bǔ)給，從而影響種苗數(shù)量和質(zhì)量。種苗質(zhì)量的優(yōu)劣是決定作物產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵，育苗工廠化已成為高品質(zhì)種苗生產(chǎn)的重要手段。育苗工廠化設(shè)施以人工光源的配比和光質(zhì)要求為主導(dǎo)因素。作者聯(lián)合衢州市中恒農(nóng)業(yè)科技有限公司開展基于led燈照育苗試驗(yàn)，對(duì)比分析led燈光譜和自然光光譜，結(jié)合植物生長(zhǎng)需要的光質(zhì)理論要求，從光強(qiáng)和光譜分布角度說(shuō)明led燈光質(zhì)對(duì)育苗的影響，以期相關(guān)結(jié)果對(duì)當(dāng)?shù)卦O(shè)施育苗推廣有借鑒價(jià)值。1 led光源的特性植物對(duì)人工光源的要求主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，即光譜性能、

3、發(fā)光效率以及使用壽命等。led光源是屬于半導(dǎo)體發(fā)光物質(zhì)。由一族化合物，如砷化鎵（gaas）、磷化鎵（gap）、磷砷化鎵（gaasp）等半導(dǎo)體材料制成，其核心是pn結(jié)2。它是用環(huán)氧樹脂封裝的固態(tài)光源，其結(jié)構(gòu)中沒(méi)有玻璃泡、燈絲等易碎部件。發(fā)出單色光，可以自由搭配各種顏色的發(fā)光光譜，按照植物生長(zhǎng)需要組合利用，提高光的利用率。led光源屬于冷光源，沒(méi)有紅外和遠(yuǎn)紅外光譜成分，接近植物表面照射不會(huì)出現(xiàn)葉面灼燒等問(wèn)題。與普通熒光燈等其他人工光源相比，led主要具有以下顯著的優(yōu)勢(shì)：1）節(jié)能，led不依靠燈絲發(fā)熱來(lái)發(fā)光，能量轉(zhuǎn)化率達(dá)到80%，節(jié)能效果達(dá)到熒光燈的4倍，是節(jié)能光源的代表。2）環(huán)保，普通熒光燈等人工

4、光源含汞，易對(duì)環(huán)境造成污染，而led光源沒(méi)有任何污染，是一種“清潔”能源。3）壽命長(zhǎng)，達(dá)5萬(wàn)小時(shí)以上，是熒光燈的5倍以上。4）體積小，可以自由設(shè)計(jì)成光源板形狀，提高空間利用率。2 led光源與自然光的光譜對(duì)比地球上的植物是經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的自然選擇來(lái)不斷適應(yīng)太陽(yáng)輻射的。太陽(yáng)輻射的波長(zhǎng)范圍大致為300-2000nm。太陽(yáng)輻射光譜是連續(xù)光譜。主要由無(wú)線電波，遠(yuǎn)、中、近紅外線，可見(jiàn)光，紫外線（a、b、c），x射線以及極短的宇宙射線等組成，是地球上植物光合作用和生長(zhǎng)發(fā)育的重要能量源。但是，由于植物對(duì)光具有選擇吸收的特征，導(dǎo)致不同光譜成分對(duì)植物的影響效果不盡相同。而光合作用和能量轉(zhuǎn)化僅僅可以利用自然光中很少部

5、分的有效光。波長(zhǎng)400-700nm的光質(zhì)和光譜分布是植物光合作用主要的能量吸收波段，稱為光合作用有效輻射3。衢州低溫寡照季節(jié)自然光的光譜如圖1所示，由圖可知，綠光波長(zhǎng)處存在強(qiáng)峰，藍(lán)紫光和紅橙光峰值不強(qiáng)。而且，藍(lán)紫光和紅橙光較綠光波段的強(qiáng)度小，這與植物光合過(guò)程中，吸收最多的是紅橙光，其次是藍(lán)紫光和紫外線，綠光最少的理論不一致。因此，植物在自然光的條件下補(bǔ)照紅藍(lán)光或者單純進(jìn)行紅藍(lán)光質(zhì)育苗增產(chǎn)在理論上具有可行性。實(shí)驗(yàn)所用led燈為合理配比紅光和藍(lán)光以后的圓形頂置燈，圖2為實(shí)驗(yàn)所用的紅藍(lán)光質(zhì)組合led燈光譜圖。由圖可以看出，與自然光雜亂光譜相比，光譜特性明顯，主要表現(xiàn)在：光譜具有兩個(gè)主要光強(qiáng)，主要分布

6、在紅藍(lán)光波段。其中波長(zhǎng)為442nm的是藍(lán)光，波長(zhǎng)652nm的是紅光，其相對(duì)光譜功率分布位于（800-900）mol·m2·s-1之間，該led燈主要輻照紅藍(lán)光。這與在植物光合過(guò)程中，植物吸收最多的是紅、橙光，其次是藍(lán)紫光和紫外線，綠光吸收的很少的理論相一致，說(shuō)明該設(shè)計(jì)下的led燈滿足相關(guān)育苗光質(zhì)理論的要求。另外，led燈光源單一性好，雜光少，可自由配比組合，利用率高。3 小結(jié)不同的光譜成分對(duì)植物的影響效果也不盡相同，強(qiáng)光條件下，藍(lán)色光可促進(jìn)葉綠素的合成，而紅色光則阻礙其合成。雖然紅色光是植物光合作用的主要能量源，但如果沒(méi)有藍(lán)色光配合則會(huì)造成植物形態(tài)的異常，大量光譜實(shí)驗(yàn)證明，

7、適當(dāng)?shù)募t色光與藍(lán)色光比才能保證培育出形態(tài)合理的植物。利用led光源進(jìn)行育苗的光譜特征結(jié)果分析顯示，自然光光譜與植物光合過(guò)程中，吸收最多的是紅橙光，其次是藍(lán)紫光和紫外線，綠光最少的理論不一致，這為植物在自然光的條件下補(bǔ)照紅藍(lán)光或者單純進(jìn)行紅藍(lán)光質(zhì)育苗增產(chǎn)在理論提供依據(jù)。紅藍(lán)組合led燈光譜特性最明顯，波長(zhǎng)覆蓋帶寬顯示，光譜呈現(xiàn)兩個(gè)主要光強(qiáng)，主要分布在紅藍(lán)光波段。滿足育苗光質(zhì)理論的要求。另外，led燈光源發(fā)光單led燈光源單一性好，雜光少，可自由配比組合，利用率高。led光源是密閉式育苗工廠的理想光源，它的應(yīng)用可以降低能源消耗和運(yùn)行成本，提高光源利用率和光環(huán)境控制精度，同時(shí)對(duì)解決環(huán)境污染、減少溫室效應(yīng)有重要意義?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1fukuda n，kobayashi m，ubukawa m，et al.effects of light quality， intensity and duration from different artificial light sources on the growth of petunia（petunia×hybrida vilm.）j.journal of the japanese society for horticultural science，2008，71（4）：509-516.2劉江，范廣涵，劉承宣.改進(jìn)實(shí)用型le