• 近年來,植物工廠成為新的熱點,作為植物工廠內的環境因素,光?溫度?濕度?風?CO??水?養分?植物支持體?照明?空氣調節設備?栽培材料等各方面都受到關注。關于植物燈光照,缺乏對具體光譜成分的分析導致光質處理不純;光強不一致;低于植物光補償點;照射光源能效低等問題普遍存在。目前世界各國中,日本的植物工廠發展的最好,對于植物工廠系統的研究也相對較多。
最近的植物工廠主要是人工光型的多層式栽培,并且,由

    近年來,植物工廠成為新的熱點,作為植物工廠內的環境因素,光、溫度、濕度、風、CO、水、養分、植物支持體、照明、空氣調節設備、栽培材料等各方面都受到關注。關于植物燈光照,缺乏對具體光譜成分的分析導致光質處理不純;光強不一致;低于植物光補償點;照射光源能效低等問題普遍存在。目前世界各國中,日本的植物工廠發展的最好,對于植物工廠系統的研究也相對較多。

    植物工廠 

    最近的植物工廠主要是人工光型的多層式栽培,并且,由于LED具有長壽命、節能的效果,因此對于植物工廠中的LED照明存在諸多研究。

    基本上對于植物有效的放射中,有生理的有效放射(300~800nm)和光合作用有效放射(PAR:400~700nm)兩種。

    生理的有效放射,公認為對于色素的生物合成、光周期性、趨光性、形態形成等等生理方面具有一些效果;

    光合作用有效放射(PAR),成為光合作用的能量源,需要較強的光強度。

    植物進行光合作用時,在PAR放射波長中并不是以相同效率進行。如同人們的眼睛有視感度,植物也有同樣的廣泛的感度曲線(光合作用作用曲線)。McCree(1972)和INADA(1976)的61種作物的光合作用曲線的平均值中,在紅色光(625~675nm)具有大峰值,在藍色光(440~450nm)具有小峰值。并且,該作用曲線的光質平衡為藍色光24%、綠色光32%、紅色光44%,顯示出紅色光的作用高、藍色光的作用低。

    討論培育目的及經濟性的同時,對植物培育所必須的光強度進行設定。代表性的植物的光飽和點和光補償點參照下表。

    作為植物工廠及栽培用光源,LED受矚目的理由主要有四個:

    植物是吸收特定波長的光以實現成長的,因而成長中并不需要可視光所包含的全部波長。

    因而,利用各種光應答反應,栽培植物時利用LED,用特定波長的光對植物進行照射,能夠高效促使植物成長。并且,預計將來,開花及結果時期的調節、植物的形態及營養成分的控制也會成為可能。

    用于植物栽培的可視范圍的LED光,紅外范圍的能量放射很少。因而,能夠將光源貼近栽培植物設置。也就是說,按照栽培植物的高度安裝光源,由于貼近照明,可以無浪費地給植物照射光。并且,LED小型輕量,加工容易,因而能夠制作緊湊型照明裝置。并且,采用LED光,由于去除掉照明發熱,可以期待大幅節約空氣調節電費的效果。

    據說,發射在植物栽培中最重要的紅色光的LED的壽命(也由于冷卻方法的原因)達到10萬小時。也就意味著,在1天24小時的照明狀態下,大約可以運轉10年。

    植物的光合反應,并不一直要求要有光。如眾所周知的「明反應」和「暗反應」。在光合反應中,在不需要光的時間不照射光,僅需要光的時間照射光,如此進行間接照射的話,能夠使單位光量的光合成速度增大。

    普通的植物栽培用光源也可以進行脈沖光照射。但是,以微秒及納秒的脈沖周期進行照射很困難,或者由于對于照明燈的負荷大因而光源壽命非常短。而相反LED即使是在其他植物栽培用光源無法驅動的脈沖條件下也并不退化可以振動。用脈沖光照射比起連續光,元件的冷卻效率提高,壽命延長。

    由于LED本身具有的特點,容易看成是作為植物栽培用光源非常值得期待的產品,實際上也存在應用難點。

    難點之“一”:紅色LED的價格

    在電費占生產成本很大比例的植物工廠,考慮到初期成本和運營成本的話,采用紅色LED以外的產品目前確實也是比較難。但是采用紅色LED也存在各種問題。在日常生活中一般采用的紅色LED的波長是620~630nm,最適于植物栽培的660nm的紅色LED以往也是有過量產的,但是當今由于用途不廣泛,繼續生產的廠商很少。其導致的結果是,無法指望低價格化,由于變成了定制品,成本反而增高了。

    難點之“二”:較難適應發熱且多濕的環境

    植物栽培用照明,為了提供在多濕環境下進行光合作用所必須的大光量,需要甚至達到發熱程度的大電流。并且,由于24小時連續使用,用市場上普遍賣的LED來進行能夠適應發熱且多濕的環境的照明設計非常困難。因而植物工廠選用LED需要充分考慮照明環境。

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