LED光源在溫室補(bǔ)光中的應(yīng)用

　　“萬物生長(zhǎng)靠太陽”，光照是作物進(jìn)行光合作用的必備要素之一，光照條件的好壞直接影響到作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。在自然界中，太陽的光照度會(huì)隨地理緯度、季節(jié)和天氣狀況的不同而變化。溫室內(nèi)的光照除與上述因素有關(guān)外，還與溫室結(jié)構(gòu)、管理措施及材料的透光性能等密切相關(guān)。由于溫室覆蓋材料、灰塵以及結(jié)構(gòu)遮光等因素的影響，溫室內(nèi)的光照狀況要比露地差得多，一般僅為露地的30%-70%，尤其是在冬季和早春季節(jié)，太陽高度角低，日照時(shí)間短，溫室內(nèi)光照度往往不能滿足作物生長(zhǎng)的需求，人工補(bǔ)光成為眾多可控環(huán)境溫室管理的必然選擇。

　　目前，溫室人工補(bǔ)光主要考慮三方面要素：一是對(duì)光照度的要求。以主要作物光補(bǔ)償點(diǎn)為依據(jù)，番茄、黃瓜、辣椒的光補(bǔ)償點(diǎn)分別為3000Lx、2000Lx和1500Lx，光飽和點(diǎn)為70000Lx、55000Lx和30000Lx，因此，溫室補(bǔ)光光照度一般要求在作物冠層達(dá)到1000Lx-3000Lx。二是對(duì)光質(zhì)的要求。作物的光合作用主要利用400nm-500nm的藍(lán)紫光、 600nm-700nm的紅橙光以及少量700nm-800nm的遠(yuǎn)紅外光，溫室補(bǔ)光一般根據(jù)作物不同，對(duì)R/B（紅/藍(lán)）和R/FR（紅/遠(yuǎn)紅）有特定要求。三是對(duì)光周期的要求。自然界晝夜交替、周而復(fù)始的現(xiàn)象形成了光周期，作物在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過程中適應(yīng)了這種明暗變化。但是，在冬至前后或連陰天時(shí)，光照時(shí)間往往不能滿足作物生長(zhǎng)發(fā)育需求，需要人工補(bǔ)光來增加光照時(shí)間。近年來，溫室人工補(bǔ)光已經(jīng)成為設(shè)施園藝生產(chǎn)的重要手段，各種人工光源也得到了快速發(fā)展。

　　1 溫室補(bǔ)光常用光源及其特征

　　目前，常用的溫室人工補(bǔ)光光源主要有熒光燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈、金屬鹵化物燈等。近年來，隨著大功率LED的研制成功，新型節(jié)能光源LED也引起了廣泛關(guān)注。

　　普通熒光燈提供較多的綠光，約為50%，其余部分大多為紅、藍(lán)光，又分別約占總光譜的25%，遠(yuǎn)紅色光譜比例很低。熒光燈發(fā)光效率較高，壽命長(zhǎng)（約12000h），但是功率較小（目前常用有28W和36W兩種），滿足一定光照度所需燈具多。由于含有很多的綠光，容易造成作物徒長(zhǎng)。目前常用于植物組培。

　　鈉燈是汞和鈉蒸氣發(fā)光的氣體發(fā)光光源，分為低壓鈉燈和高壓鈉燈兩種。低壓鈉燈出現(xiàn)較早，鈉蒸氣壓不超過幾個(gè)帕，其發(fā)光光譜集中在589nm的黃色光，通常只能與其他光源配合使用。發(fā)光效率高達(dá)200lm/W，壽命長(zhǎng)（約9000h）。高壓鈉燈標(biāo)準(zhǔn)工作鈉蒸氣壓約為10kPa，發(fā)光光譜中有較多的紅橙光和較少的藍(lán)綠光。發(fā)光效率較高，功率大，壽命長(zhǎng)（約12000h），目前在溫室補(bǔ)光中使用較多。但由于高壓鈉燈是熱光源，表面溫度高，發(fā)熱量較大，不能近距離照射作物。

　　金屬鹵化物燈是汞和稀有金屬的鹵化物混合蒸氣產(chǎn)生電弧從而放電發(fā)光的一種氣體發(fā)光光源?？赏ㄟ^改變金屬鹵化物組成呈現(xiàn)不同的光譜。其發(fā)光效率較高，功率大，壽命長(zhǎng)（5000h~20000h）。但是燈內(nèi)的填充物中有汞，當(dāng)使用的燈破損或失效拋棄時(shí)，都會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。光譜中含有較多的遠(yuǎn)紅光，發(fā)熱量大，不能近距離照射作物。

　　LED（發(fā)光二極管）光源是近年來發(fā)展起來的新型節(jié)能光源。與白熾燈、熒光燈和高壓鈉燈等人工光源相比，LED具有顯著優(yōu)點(diǎn)：

　　·直流低壓供電。小功率彩色LED的正向電壓通常為1.5V-2.8V，大功率LED的正向電壓通常為3V-4V，遠(yuǎn)小于安全電壓。

　　·節(jié)能。鈉燈和金屬鹵化物燈是氣體放電發(fā)光燈，靠加熱升溫使金屬元素蒸氣放電而發(fā)光。LED是固體發(fā)光光源，不需要加熱就能發(fā)光，是一種冷光源，因此其減少了消耗在加熱上的電量。

　　·單色光源，發(fā)光效率高。LED可發(fā)射單色光，其半波寬大多為±20nm，可以精確地為植物提供所需要的光譜，而不浪費(fèi)電能發(fā)出黃光、綠光等植物不需要的光譜。

　　·體積小、應(yīng)用靈活。可設(shè)計(jì)出輕薄短小的燈具，應(yīng)用空間大。

　　·環(huán)保。LED是固體發(fā)光光源，不含汞等有害物質(zhì)，在安裝使用中不會(huì)造成污染，其廢棄物也可以回收。LED光源是環(huán)保的綠色光源。

　　·壽命長(zhǎng)。LED是固體光源，內(nèi)部不存在松動(dòng)部分，沒有玻璃、燈絲等易損和易燒部件，機(jī)械強(qiáng)度大，耐振動(dòng)，耐沖擊，壽命可達(dá)50000h以上。

　　LED光源的明顯優(yōu)勢(shì)已經(jīng)引起荷蘭、日本、美國(guó)等國(guó)學(xué)者的關(guān)注，尤其是近年來大功率LED的研發(fā)成功，為L(zhǎng)ED在溫室補(bǔ)光應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。