针对垂直农场的高效高均匀度LED植物生长灯设计

现代设施农业补光灯的配光控制,尤其是提高冠层的光合光子照度均匀度(Photosynthetic Photon Flux Density,PPFD),降低无效照明所占能量比例的设计,对于节约能源、降低种植成本和提高管理效率均有实际意义。本文基于数字照明光场理论,针对植物生长灯的LED光源,设计了自由曲面透镜,使用该透镜,采用在中心单灯管的布灯方式,即可在灯具下方的种植区域形成横向和纵向两个方向的高均匀度光场分布,且LED发出的光合光子几乎全部落入到种植区内,对于垂直农业及育种具有较高的实用价值。

荧光粉激发型LED光对烟苗发育的影响

为解决湖南烟区冬季大棚育苗常遇到的低温寡照问题,以云烟87为试验材料,利用自制不同波段的荧光粉组装成不同光谱的LED植物光源器件,开展不同光质LED对苗期的补光试验,研究LED不同光质对烟草育苗及烟苗生长的主要生理指标的影响,同时采用荧光灯进行对照试验。结果表明,采用LED补光,烟苗出苗率、苗高、茎围、最大叶长、最大叶宽、茎高、叶绿素、根系活力较荧光灯(对照组)显著增加。最佳LED补光可以缩短育苗时间至47 d,较对照组提前36 d,显著增强了成苗素质。在荧光粉激发型LED植物光源器件中,以发射峰位于630 nm波段荧光粉的器件补光效果最好,其所育烟苗素质较对照组高,能达到移栽壮苗要求,可以满足烟苗冬季补光育苗的条件。本研究为烤烟育苗人工补光提供了理论依据。

LED灯补光对萝卜生长及光合特性的影响

为了解发光二极管(LED)补光对植物生长及光合特性的影响,选择萝卜Raphanussativus作为材料,将其栽种于2种LED灯补光和温室自然条件下30 d后测定其生长指标及光合特性。结果表明:与自然光相比,使用LED灯补光的萝卜在叶片数、叶片长、宽等指标上并无差异,但有利于肉质根的形成,肉质根鲜重分别增加了5.93 g/株和10.93 g/株;LED灯补光使萝卜光补偿点和光饱和点升高,光合能力增强,但胞间二氧化碳浓度、蒸腾速率和气孔导度差异不明显。

组合光谱LED植物生长光源的优化设计

通过实验和仿真分析研究了LED灯珠类型、侧板结构及灯珠排列方式对LED植物光源光照强度和均匀性的影响。首先,基于贴片型和大功率型两种不同灯珠,设计了四种侧板的LED光源模组,对不同距离受光面内的光量子通量密度及均匀性进行了测量与分析,结果显示:大功率型LED光源模组在30°倾角反光侧板结构下具有光照强度大、均匀性好、发热低的优点。随后利用Tracepro软件基于大功率LED灯珠构建了条形植物光源模型,对灯珠排列方式与光源均匀性间的相关性进行仿真分析,结果显示:通过改变灯珠排列方式可以改善光源均匀性,对称双重等差数列的首项为30 mm时LED条形光源的均匀度最高,均匀性良好,其排列合理。

LED红蓝光对植物生长发育和光合特性影响的研究进展

红光和蓝光是植物进行光合作用和光形态建成的主要光谱.该文简要地总结了近年来LED红光、蓝光和红蓝光组合对植物生长发育、光合特性、碳氮积累影响的研究进展,总结了其中的响应规律,为研究红光蓝光之间的协同作用机理,以及LED红蓝光组合在设施栽培中的应用提供参考.

不同LED光质对乒乓菊植株生长和开花性状的影响

【目的】针对华南地区高温环境下菊花花色等性状不稳定的现象,探索有效的LED光质组合以调控菊花的生长和花色等开花性状,为菊花实际生产提供LED光照栽培技术的理论参考。【方法】通过对商业流行菊花品种粉乒乓和紫乒乓苗龄为35 d的盆栽苗进行RBFR(光通量PPFD比值为红光∶蓝光∶远红光≈10∶7∶2.5)、RBUV(红光∶蓝光∶紫外光≈10∶6∶0.5)、WB(白光∶蓝光≈10∶4.8)等LED光质组合处理,以LED白光处理为对照(CK),各组均设置总光强约为240μmol/m^(2)·s,共处理80 d,定期观测乒乓菊从幼苗到成熟开花生长过程中的性状指标变化。【结果】(1)RBFR处理粉乒乓80 d、紫乒乓70 d,株高分别比CK增加1 8.3%和27.3%、茎粗增加14.1%和38.1%、叶柄长增加0.4%和34.8%,且处理70 d的紫乒乓叶长、叶宽、叶片鲜质量、叶片干质量分别比CK增加18.6%、5.8%、25.6%、45.5%,以上指标均为所有光质处理组中最大。(2)处理70 d时,以WB处理的粉乒乓顶花花梗长度、顶花花径、顶花舌状花瓣长和宽、侧花花径等指标最大,分别比CK增加4.5%、2.3%、10.9%和17.3%、19.1%,而且花瓣粉红色加深程度最大;同时,WB处理紫乒乓的最大花朵直径和花瓣紫色加深程度也最大。开花性状提升效果次之的是RBFR处理,其中粉乒乓的侧花花梗长度在所有处理中最大,比CK显著增加28.3%;紫乒乓以花苞数量、展开的头状花序数量、侧花花梗长度、最大花朵舌状花瓣长和宽等指标值最大,分别比CK增加32.3%、15.0%、38.4%、5.8%和12.8%,且RBFR处理还促使乒乓菊花朵提前开放。(3)RBUV处理的乒乓菊生长指标与CK相差不大,而叶片数增多、叶片SPAD值增大、叶片干质量比率明显升高,但Fv/Fm值下降幅度大于其他处理,且花朵品质明显下降。【结论】RBFR处理可明显促进乒乓菊植株营养生长和侧花花梗长度增长,且促进花朵提前开放;而WB处理可明显提升乒乓菊的花朵品质,两种LED光质组合可为利用人工光源提升菊花品质提供参考。

LED红蓝光光强模式对水培生菜生长与产量的影响

在环境可控的密闭植物工厂内,将定植后的生菜全生育期均分为3个生长阶段,分别用苗期、生长前期和生长后期表示,每段7 d,共计21 d,研究了苗期(S_(1))、生长前期(S_(2))和生长后期(S_(3))六种光强模式(T_(1):S_(1)-S_(2)-S_(3)为200-200-200μmol·m^(-2)·s^(-1),T_(2):S_(1)-S_(2)-S_(3)为100-100-400μmol·m^(-2)·s^(-1),T_(3):S_(1)-S_(2)-S_(3)为100-150-350μmol·m^(-2)·s^(-1),T4:S_(1)-S_(2)-S_(3)为100-200-300μmol·m^(-2)·s^(-1),T5:S_(1)-S_(2)-S_(3)为100-250-250μmol·m^(-2)·s^(-1),T6:S_(1)-S_(2)-S_(3)为100-300-200μmol·m^(-2)·s^(-1))对水培生菜生长和产量的影响。结果表明:对于水培生菜苗期阶段,200μmol·m^(-2)·s^(-1)光照强度处理下的生菜地上部鲜重、SPAD显著高于100μmol·m^(-2)·s^(-1)光照强度处理;生长前期阶段,T_(1)的地上部鲜重显著高于其他处理,达到最大值;生长后期阶段,T_(3)的地上部鲜重高于其他处理,达到最大值。总之,在相同DLI条件下,T_(3):100-150-350μmol·m^(-2)·s^(-1)能够明显提高生菜产量,LED红蓝光光强模式对水培生菜产量和生物量的提高有显著影响。

LED特定光谱照明在植物生长中的应用

本文公开了一种用于植物生长的特定光谱模拟照明装置及模拟方法,突破了单光源设计思路,设计基于LED组合的六边形可扩展光源阵列,通过单片机控制和采用电感式开关稳流电源实现受控供电,采用单色标定方法确定光源构型参数,利用最小二乘非线性曲线拟合实现了对特定光谱的模拟。装置具有"模拟特定光谱、轻小可靠高效、便于扩展、通用性强"的优点。仿真试验结果表明,本方法可以有针对性地灵活模拟特定生物的可见光吸收光谱,解决了生物培养中如何高效灵活给光的技术难题,为生物科学研究、特殊环境生物培养和保鲜等提供了新的技术手段。

LED光质对鳄嘴花生长和光合作用的影响

为了探索LED光质对鳄嘴花生长和光合作用的影响,设置白光为对照(CK)、红光(R)、蓝光(B)和4种红蓝组合光(8R2B、7R3B、6R4B、5R5B)共7种光质进行4h光照处理,研究不同LED光质4h光照处理对鳄嘴花生长、叶片光合色素含量、光合特性的影响。结果表明:红蓝组合光处理对鳄嘴花的生长影响显著,红蓝组合光8R2B处理鳄嘴花茎高、茎粗生长最快,地上、地下干物质的量积累较大,叶片净光合速率较大。与对照及其它处理组相比,8R2B处理更有利于提高鳄嘴花生长和光合作用,是促进鳄嘴花生长较为理想的光质。

不同LED红蓝光质对鳄嘴花生长的影响

为了探索LED红蓝光质对鳄嘴花生长的影响,该研究设置红蓝光比例(红:蓝=10:0,8:2,7:3,6:4,5:5,0:10)组合,在光照时间16h·d-1下,对鳄嘴花植株生长、叶片光合色素含量的影响。结果表明,不同比例LED红蓝组合光质对鳄嘴花植株生长产生影响,供试处理中以蓝光处理植株成活率最低,5R5B处理下植株茎高生长较慢;红光处理下植株茎高、茎粗生长均较快;蓝光处理下对植株地上、地下干质量分配影响较大,但是差异不显著(p>0.05),6R4B处理下对叶片叶绿素a含量影响较大,7R3B处理下对叶片叶绿素b影响较大。结论:光照时间16h·d-1下,LED红蓝光质处理下能有效促进鳄嘴花植株生长,以红光处理较佳。

发光二极管光源对绿萝生长及光合特性的影响

为了解发光二极管(LED)对植物生长及光合特性的影响,选择绿萝Epipremnum aureum作为材料,栽种于2种LED和日光灯中45d后测定其生长指标及光合特性。结果表明:LED或日光灯条件下栽培绿萝在苗高、叶片数和叶片宽等指标上无差异,LED使绿萝叶间距缩短,叶长增长,但不同光质LED(红/蓝)之间无显著差异;绿萝光合速率、胞间二氧化碳摩尔分数、蒸腾速率和气孔导度表现为LED处理大于日光灯,LED处理中又以红蓝光(R/B)为4.3∶1.0大于2.8∶1.0。

不同补光时间对日光温室甜瓜生长发育的影响

试验以LED植物生长灯为补光材料,采用单因素完全随机区组实验设计进行,研究不同补光时间对温室甜瓜生长发育的影响。结果表明:在整个生育期的补光试验中,补光1 h维生素C含量最高;补光3 h对株高和果实纵向生长促进效果最大,可溶性固形物含量最高;5 h对茎粗、植株干鲜质量影响最大,可溶性糖含量和糖酸比最高;补光7 h产量最大。苗期补光7 h、伸蔓期5 h、结果期1 h时甜瓜长势、品质及产量最优。

不同光源对吊竹梅生长和光合特性的影响

为解决植物在寡照的室内环境下生长不良的问题而开发出适宜于室内植物生长的商业照明灯,研究了不同光源对常见垂直绿化植物吊竹梅光合特性及生长的影响,比较了其叶绿素相对含量、净光合速率、存活率、株高、节间距、叶片数、分株数等指标。在全光谱LED灯(T3处理)下吊竹梅的叶片数和分枝数最多,生长情况相对较好。在T3处理下吊竹梅的叶绿素相对含量和最大净光合速率(Pmax)最高,分别为30.99 SPAD和5.07μmol/(m2·s);在较低的光合有效辐射(<130)的T3处理下生长的吊竹梅净光合效率与在高光合有效辐射(>500)日光温室生长的吊竹梅相当。在全光谱LED灯下照明的吊竹梅可进行正常的生长且光合能力较强,可为开发适宜应用于室内办公环境的植物照明产品提供参考依据。

植物生长柜控制系统的研究与设计

设计了一种基于LED光源的植物生长模拟环境系统.该植物生长柜控制系统主要由触摸界面操作系统和控制系统两大部分组成,两者之间通过RS485模块进行通讯.控制系统以ATmega128L单片机为主控核心,界面操作系统采用Cortex_M3为内核的32位处理器STM32F103VC,并配置7寸TFT触摸屏,利用μC/GUI编写简单的人机界面,实时监控植物生长柜内的环境参数,并且通过设定各种参数以模拟出植物的多种生态环境,有利于个性化地培养各种植物.

LED植物生长灯的开发及应用

光对于植物生长的几乎所有阶段都有着重要影响。为了应对雨雪雾天气、环境污染等导致的自然光不足,各种以人工光照明为基础的设施农业便应运而生。植物生长人工照明主要是从白炽灯开始的,目前最适用于植物生长照明的光源为LED。为此,首先论述光照对于植物生长的影响以及植物生长中对光的吸收特性,着重探讨LED植物生长灯的特性、构成要素,介绍了LED植物生长灯的应用,提出了存在的问题和给出了建议。

荧光粉激发型LED光对拟南芥生长发育的影响

在室内人工光源照射条件下,探究150μmol·m^(–2)·s^(–1)光强下不同比例的红蓝光对拟南芥(Arabidopsis thaliana)生长发育的影响。以哥伦比亚(Columbia-0)野生型拟南芥为研究对象,采用荧光粉激发型LED作为植物生长光源,以SrSiAlN_3为红色基底,调节荧光粉添加量获得不同红蓝光谱,考察不同光照条件下拟南芥萌发率、根长、株高、叶绿素含量和相对电导率等参数的变化规律。结果表明,在荧光粉激发型LED光照调节下的拟南芥具有更高的萌发率、根长、株高、叶绿素含量和相对电导率,且在红蓝光质比为2:1时萌发率(95.63%)和叶绿素含量(26.7)最高;在红蓝光质比为4:5时根长(4.19 cm)较长;在红蓝光质比为4:1时株高(15.5 cm)较高;在红蓝光质比为4:5时相对电导率(40.5 S·m^(–1))较大。研究结果表明相对平衡的光质(红蓝光质比为4:1)有利于拟南芥生长发育,且减少蓝光比例对根系生长及叶绿素积累有一定的促进作用。研究表明不同光谱对模式植物拟南芥的生长发育有较明显的影响,改变光谱组成可以对植物的生长发育起不同程度的调控作用。