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植物补光灯怎么选?看完您就知晓了

  • 分类:新闻资讯
  • 作者:小叶菜
  • 来源:微信公众号
  • 发布时间:2020-11-02 09:04

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  • 分类:新闻资讯
  • 作者:小叶菜
  • 来源:微信公众号
  • 发布时间:2020-11-02 09:04
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植物只有光合作用大于呼吸作用才能生长,这个临界点叫光补偿点。比如番茄的光补偿点是51.6μmol/s/m²,那么光合作用有效辐射就必须大于51.6μmol/s/m²才能起作用。

 

Lux 是人眼感受的强度,对植物而言,是以灯里面所含的对光合作用有效的光谱的强度来衡量,这个就叫做光合作用有效辐射,简称PAR或PPF, PPF 与 LUX之间不能转换。PPFD是PPF的单位面积强度。
 
通常20w的T8管LED在距离植物30cm高度只能够提供大约24μmol/s/m²的PPFD,如果用来种番茄,那么至少3只灯。但番茄是会往上长的,在实际应用中,国外温室使用630w的LED挂在4米高温室里照下来也只能得到90μmol/s/m²的PPFD,使用600w的农用钠灯可以达到120μmol/s/m²左右,而且价格是LED的1/5左右,所以温室里主要使用农用钠灯。
 
再讲光饱和点,当PPFD达到这个点时,植物的光合作用速率最快,但超过这个点就不会再增长了,甚至会有反作用。番茄的光饱和点是1998μmol/s/m², 目前应用中最大功率的灯是1000w双端农用钠灯,PPF 2100μmol/s,当挂到6米高的温室里时,照下来的PPFD只有200μmol/s/m²左右,夏天正午的阳光PPFD是超过2000μmol/s/m²的,所以地球上的任何人造光源都无法替代阳光。
 

植物补光灯的选择,有两大类应用场景,家用or专业的农业种植补光(比如植物工厂、温室大棚),后者涉及到的光学设计会多很多。

 

市面上现有的植物补光灯有荧光灯、HID灯、LED灯,不论出于何种用途,都建议选择LED灯。这主要是因为,相较于传统植物灯,LED植物灯有以下几点优势:高光效(节能)、光谱覆盖范围广(容易获得单色光or全光谱)、光强光谱可调、寿命长、发热少(可近距离照明,节约种植空间)、灯具形式多样化(可满足不同应用场景需求)、使用安全性高等。

 

举个栗子:我们做的种植试验中,在自然环境中成熟需要45天的蔬菜,使用LED植物补光灯,种植30天就可以长成45天的效果。

 

再举个栗子:目前温室大棚用的比较多的是HID灯,但是HID灯光效没有LED高,虽然HID灯的价格低很多,但是耗电才是植物补光成本中最大的消耗。按照600WLED 对比1000WHPS(HPS是HID灯的一种)来算,两种灯具的光量子数差不多,但是一年的电费成本可以节省2300RMB左右,而一盏合格的LED灯具的使用寿命为50000h,高压钠灯的使用寿命只有3000h。

 

此外,选购植物补光灯前还需要对一些灯具参数做了解,包括灯具功率(关系到补光效果、能耗成本)、光谱(影响补光效果)、款式、尺寸、灯体材质、重量和光源类型(关系到灯具寿命)等。

 

如果你是专业农业种植者,那购买植物补光灯前,首先要对种植需求做个了解,非常重要!

 

1. 要对什么植物进行补光?因为不同植物对光强和光谱的需求存在差异,这影响到补光灯功率的选择和光谱定制;光谱定制:人造光源的光谱是根据植物生长的需求进行精心设计的,专业的植物补光灯会根据不同作物不同生长阶段的需求来订制光谱,光谱可明显影响补光效果。

 

2. 补光区域的面积和布局,这不仅影响到灯具功率的选择,也涉及到灯具尺寸、款式的挑选;

 

3. 空间环境,例如所在区域的光照条件、遮阴情况、灯具可悬挂的高度等,为灯体材质(例如是否抗UV)、光源类型(热光源或冷光源)和悬挂承重的选择提供参考;

 

4. 补光成本预估等。植物照明市场将植物生理特性与照明灯具相结合,产品各异但质量也是参差不齐,在考虑补光效果的同时,也要考虑到灯具安全认证问题、灯具质保期和售后服务情况等,专业的问题要交给专业的人,让专业的人用数据来说话。

 

多肉种植实验图

不同品牌,40w植物补光灯多肉种植实验,开灯时间12h/天,为期30天,种植层高30cm,共10个多肉品种。

多肉图

以“红宝石”为例,红蓝配比较多的光谱,对作物的上色和紧实效果比较明显。当然,影响植物生长情况的因素很多,通风条件、灯具热量等都会对作物产生影响。

鱼缸水草植物补光灯测试

50w水草种植补光灯,鱼缸尺寸80*40*45cm,开灯时间8h/天。水草多为阴性草,PPFD给到200umol/s/㎡就已经够了,假设这款灯的光效为2.0μmol/J,PPFD理论上能达到300多,对于这缸水草来说是够用的。
 
但是实际种植情况并不理想,明显地见到中间水草长势很旺,边缘种植区域徒长。使用光量子计测试,灯具中间区域1的位置PPFD有1200μmol/s/ ㎡,而2的位置只有21μmol/s/ ㎡,这款灯的均匀性严重不足;把水草灯架高,让边缘区域的光强增加,但是会有大量的光打到鱼缸外面,造成光浪费。可见补光灯选择时,光均匀性的重要性。
 

光合光子通量PPF(Photosynthetic Photon Flux)是指波长400-700nm波段里,人造光源每秒辐射出光子的微摩尔数量,单位umol/s。

双灯测试图

光合光子通量密度PPFD(Photosynthetic Photon Flux Density)是指单位面积内每秒的光量子数,单位是umol/s/㎡。

 

给鱼缸加了一盏一样的灯之后,整缸草的生长状态均衡很多。蓝光可以促进红色水草上色,刚好这款灯具有调光谱的功能,我调成带蓝光的光谱,上色很明显。但是光浪费依然很严重,旁边的墙壁都被照亮了。

 

反光罩防止光浪费和眩光测试图

为了减少光浪费,DIY了两个反光罩,注意要用光学级的反光板或者反光纸,不然漏光严重。加上反光罩之后,光浪费的情况好多了,家里也不会有眩光,眼睛舒适很多。

反光纸提升光强测试图

为了增加光利用率,还给鱼缸四周贴过反光纸,使用光量子计测试,贴完反光纸之后,鱼缸内平均光强增加了40%左右。贴反光纸光强提升明显,但是妨碍日常欣赏,后来又把贴纸取消了。

显色度测试图

这张图是灯具显色度的对比,家用型植物补光灯,不仅要考虑植物的生长情况,还要考虑观赏性。中间这盏灯的的显色性明显比左边这盏灯更好,同样的一棵水草,中间的颜色纯度更高。如果对观赏性要求比较高,选择灯具的时候要注意显色度的参数。

 

灯具产品有以下几点优势,可以是选择植物补光灯的放心首选。

1、 更专业的光谱,这意味着更好的种植品种品质、更短的种植周期、更高的产量、更多的有效成分含量及更节能;

2、 高光效;

3、 高效的散热;

4、 光学均匀性好,无眩光;

5、 光学利用率高;

6、 良好的防护性能。

 

是一直开着补光灯还是按白天/黑夜来开/关更好呢?

这里涉及到光周期的问题,光周期对植物的生长非常重要,它是指不同作物对光照时间的需求。通过补光调整光周期会影响植物营养生长和生殖生长进程。一般作物开灯时间,建议一天12-18h,可以加快作物生长,晚上要给作物一段连续的休息时间。

 

那么如何选补光灯呢?

1,灯种类怎么选?

就目前补光灯的发展趋势来说,LED作为新型光源,具有节能环保、寿命长、响应时间短等特征,在农业补光领域的优势明显。与传统光源相比,LED可以根据需求对光谱、辐射强度进行调控;其次,LED属于冷光源,近距离照射不会对作物造成灼伤。那是不是直接选LED补光灯就可以了呢?答案是不一定。要考虑楼主所处地理位置的气候条件。如果是北方,冬天寒冷,会建议LED灯和高压钠灯混用来保持大棚处于一定温度。如果是在较为温暖的南方,就可以单独使用LED补光灯。

 

2,作物种类是选灯的关键影响因素

2017年美国农业与生物工程学会发布的《Quantities and Units of Electromagnetic Radiation for Plants》将对植物有作用的光谱范围扩展到为280nm-800nm,具体比较复杂,简单来说,就是植物种类不同,所需求的光的波段是有差异的。例如:蓝光可以诱导类黄酮和花青素的积累,所以对于种西红柿的种植户来说,增加蓝光比例能促进西红柿中番茄红素和类黄酮的形成,提高西红柿的品质。

 

3,光周期的影响

光周期是指生物对昼夜周期中光照期和暗期长短交替变化的感知与响应。简单来说,就是某些植物要经历一定的光周期才能形成花芽,这也是体现了不同地理位置的植物对气候环境适应的结果,保证植物能够在适宜的季节中完成春发、夏华、秋实和冬藏的生命过程。

 

此外,还有许多植物的开花对日照长度的反应并不十分严格,它们在不适宜的光周期条件下,经过一段时间之后也能开花。而同种植物的不同品种对日照要求可能不同。人工调节植物光周期的主要方式是人工补光延长光照时间,或者人工遮挡自然光使得植物提前进入暗期。所以照多久,还是要看种植的植物种类。

 

植物生长所需要的光合作用离不开光,但不同波长的光线对植物生长有明显的不同。红光和蓝光可以提供植物生长最丰富的营养素,蓝光-有利于植物的茎叶生长  红光-有利于植物的开花和结果,不同波长  对植物生长影响不同。

 

200-280nm  强紫外光C波段,对植物生长有严重不良影响。

280-315nm  紫外光B波段,容易造成植物褪色

315-380nm  紫外光A波段,对植物生长没有影响

380-400nm  可见光波段开始,叶绿素吸收过程开始。UV防护灯具或塑料均能有效的阻挡400nm以下波长的光线。

400-520nm 包括紫光、蓝光和浅绿色光。叶绿素较强吸收此波段光线,促进光合作用。此波段的光有助于植物的茎叶生长。

520-610nm 包括绿光、黄光和桔色光。叶绿素以及其他色素如类胡萝卜素吸收较弱。 

610-720nm 红光波段。叶绿素最强吸收,极大促进光合作用。此波段的光有助于植物的开花和结果。

720-1000nm 近红外波段。叶绿素基本没有吸收。此波段的光对开花和发芽有一些影响。

 

垂直农场照明,为种植面积和自然光照都受到限制的环境中设立的人工补光方案,特别在有效利用都市环境种植作物方面有着强大的应用前景。

 

温室照明,恰当的人工补光系统在园艺生产中的各种现代化温室发挥着举足轻重的作用,通过对不同作物的光配方的调整,优化作物外观,生长周期,营养成分和风味物质等因素。

 

 

研究用植物照明,为特定植物类型提供量身定制的解决方案,帮助研究人员探索光照如何影响植物的生长发育。

 

武汉叶动力生物科技股份有限公司在植物照明方面也处于最前沿,每个植物物种都有其特殊的光照需求,我们通过直接与栽培者和科学人员合作,提供基于作物的光照配方,将植物的质量和数量提升到一个新的高度。同时,我们的全球专家团队在光学,电子和光学传感器等领域提供专业知识支持。从照明产品到实现智能控制的直观用户界面,叶动力提供完整的软件解决方案,优化植物生长的产品和系统。

 

小叶菜有话说

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