選擇適宜的溫室補(bǔ)光系統(tǒng)

劉曉雨

室生產(chǎn)中在光照不足的情況下，選擇適宜的補(bǔ)光系統(tǒng)需要考慮能耗以及投入產(chǎn)出比。HPS（高壓鈉燈）是溫室內(nèi)傳統(tǒng)的補(bǔ)光光源，LED（發(fā)光二極管）是一種可以替代HPS或作為HPS補(bǔ)充的新型光源。在選擇時(shí)，需綜合考慮二者的光電轉(zhuǎn)換效率、光譜分布和補(bǔ)光效果。

光電轉(zhuǎn)換效率

在園藝生產(chǎn)中，光電轉(zhuǎn)換效率是衡量特定裝置單位功率每秒鐘照射到物體表面的光子流量。這個(gè)數(shù)字可以按照固定規(guī)格進(jìn)行計(jì)算或者直接給出。例如，如果規(guī)范表給出了發(fā)射率和電功率，只需用發(fā)射率除以總電功率即可得出光電轉(zhuǎn)換效率，或者設(shè)備直接給出以?mol·s-1·W-1為單位的光電轉(zhuǎn)換效率。

LED的光電轉(zhuǎn)換效率范圍在0.9～2.7 ?mol·s-1·W-1之間，HPS的光電轉(zhuǎn)換效率范圍則在1.6～1.9 ?mol·s-1·W-1之間。從2種光源的最高值可以看出，LED的光電轉(zhuǎn)換效率比最新的雙頭HPS高40%，即在理論上節(jié)省了40%的能源，光電轉(zhuǎn)換效率是省電的關(guān)鍵。

所以，在園藝中使用LED會(huì)比HPS省電。出于這個(gè)原因，種植者在購買園藝燈具前要確保產(chǎn)品上標(biāo)注的信息準(zhǔn)確，盡量選擇光電轉(zhuǎn)換效率大的燈具。另外，補(bǔ)光系統(tǒng)中不能轉(zhuǎn)化成光子的能量都將以熱能的方式散發(fā)出來，LED與HPS也會(huì)有類似的熱量生產(chǎn)。不同之處在于LED釋放的熱量是在電路中產(chǎn)生，通過對(duì)流的方式來冷卻；而HPS產(chǎn)生的熱量是通過輻射冷卻。雖然肉眼不可見，但HPS的熱能卻以近似紅外線的方式散發(fā)出來，這可能會(huì)導(dǎo)致植物葉片溫度增加0.5～2℃（圖1），也就是說在相同的光照條件下，植物在HPS照射下會(huì)有較高的葉冠層溫度，這在一定程度上加快了植物的生長速度。因此，HPS光源在冬天是對(duì)植物生長有益的，然而它會(huì)對(duì)喜涼作物或夏季高溫季節(jié)的作物種植產(chǎn)生不利影響。

LED的光譜“調(diào)配”

LED發(fā)出的光是可以定制的，這意味著可以用不同劑量的光線來調(diào)配特定光譜。LED陣列可以由許多單色二極管或不同顏色的二極管組成，市場上最常見的LED面板是藍(lán)色和紅色的組合（圖2）。

定制光譜的優(yōu)勢是可以使用不同顏色的光來誘發(fā)植物的形態(tài)反應(yīng)，這可能會(huì)減少或取代植物激素對(duì)植物的調(diào)節(jié)作用。為此，研究人員對(duì)種植在溫室內(nèi)的黃瓜分別補(bǔ)充了HPS、LED（紅色）、LED（藍(lán)色）3種不同光源，并對(duì)比了黃瓜幼苗的生長情況（圖3）。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充了HPS和藍(lán)色LED的黃瓜幼苗比補(bǔ)充紅色LED的黃瓜幼苗高46%～61%。如果種植者需要更健壯的幼苗，選擇不同類型的光源是有效的方法。

在對(duì)矮牽?；ǖ那げ鍡l進(jìn)行補(bǔ)光試驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)，和補(bǔ)充HPS光源的扦插條相比，補(bǔ)充LED光源（70%藍(lán)色光+30%紅色光）的扦插條新生的根、葉更為健壯。但HPS光源具有相對(duì)固定的光譜和可微調(diào)的光譜，其光譜大致包含5%的藍(lán)色（光譜波段為400～500 nm），53%的黃綠色（光譜波段為500～600 nm）和

42%紅色（光譜波段為600～

700 nm），這組光譜范圍限制了種植者通過光的不同色譜來調(diào)節(jié)作物形態(tài)變化的能力。另外，由于每個(gè)作物品種對(duì)特定的光源都會(huì)做出不同的反應(yīng)，因此未來我們還需對(duì)園藝植物的光照需求進(jìn)行深入的研究。

LED燈的未來發(fā)展

海茲定律指出，在未來10年，LED光源的使用量將增加20倍，而每個(gè)LED燈的成本將會(huì)降低10倍，該推測由LED技術(shù)實(shí)際發(fā)展情況的相關(guān)數(shù)據(jù)支持的。這意味著LED光源將在未來起到更重要的作用。種植者必須通過計(jì)算基于光電轉(zhuǎn)換效率的用電成本和初始投資資本計(jì)算出2種光源（HPS、LED）的投資回報(bào)率。如果計(jì)算結(jié)果證實(shí)是HPS光源的話，種植者還需考慮近紅外光譜輻射使植物冠層增溫的影響，而LED光源可定制的光譜特點(diǎn)則可以滿足園藝作物所需的理想光譜。

（摘譯自：http：//magazine.greenhousemag.com/article/april-2016/luminous-possibilities.aspx）