第 期中 國 照 明 電 器 年 月 設計與思考文章編號 適用于無花果生長的 植物照明補光系統(tǒng)研究 高 璇 楊 照 陜西電子信息集團光電科技有限公司 陜西西安 陜西省煙草公司咸陽市公司 陜西咸陽 摘要 無花果在自然環(huán)境下生長 由于無法控制光照等因素 存在生長周期較長導致收益周期長 效益慢等問題 為了解決此問題 本文研究適用于無花果生長的 植物照明光源及控制系統(tǒng) 設計開發(fā)了粉紫光 粉紅光 全光 譜 款植物照明補光系統(tǒng) 與在自然條件下照射生長的無花果相比 粉紫光 粉紅光 全光譜 款植物照明 產(chǎn) 品對無花果生長均有促進作用 在冬季無花果休眠時期 粉紫光 粉紅光 全光譜 款植物照明 產(chǎn)品照射下的 無花果均在結果時期 明顯促進了無花果的生長 特別是粉紫光植物照明 投光燈具有明顯的促進作用 可縮短 無花果的生長周期 天左右 畝產(chǎn)較未補光對照組生長的產(chǎn)能高達 左右 果實為橢圓形 果形指數(shù) 果實鮮重 對果實顏色上色起到了明顯的促進作用 果實紅透飽滿 口感佳 有利于后期大規(guī)模應 用到其他大棚中 關鍵詞 無花果 植物照明 補光系統(tǒng) 粉紫光 粉紅光 全光譜 中圖分類號 文獻標識碼 作者簡介 高 璇 高級工程師 碩士 主要研究半導體照明相關技術 第 期高 璇等 適用于無花果生長的 植物照明補光系統(tǒng)研究 引言 無花果因其營養(yǎng)豐富 味道甘甜 有著較高的藥 用功效 市場需求量逐年增加 我國研究無花果種植 起步較晚 無花果在自然環(huán)境下生長 由于無法控制 光照等因素 存在生長周期較長導致的收益周期長 效益慢等問題 光是植物在生長發(fā)育過程中必不可少的一個環(huán) 境因素 植物通過光合作用制造了 以上的干物 質量 人工補光已經(jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)的重 要保障手段 研究表明人工光照在植物栽培應用 上已具有可行性 國外研究和實踐應用表明 高 壓鈉燈作為植物生長光源更適用于植物生長周期的 開花和結果階段 因此部分種植區(qū)采用高壓鈉 燈進行植物補光 但由于高壓鈉燈的光源光譜不符合 無花果生長所需的光譜 且鈉燈光源能效低 啟動時 間長 耗電量大 容易產(chǎn)生頻閃 熱膨脹變形 存在對 環(huán)境有害物質等問題 長時間使用經(jīng)濟性比較低 環(huán)保性比較差 因此無法推廣使用 目前 國內(nèi)外對適用于無花果的植物照明系統(tǒng)的 研究比較少 賀宇等 介紹了激光植物生長燈在 無花果日光溫室栽培上的應用 在光照弱 光照時間 短的環(huán)境中 有激光植物生長燈光可以促進無花果植 株的形態(tài)建成 增加生物量 提高產(chǎn)量 但是 由于激 光的光強度較低 激光處理對光合特性影響不顯著 并不是農(nóng)業(yè)理想的補光光源 吳家森等 研究表 明 燈補光能提高光補償點和光飽和點 光合能 力增強 并可增加蘿卜肉質根鮮重 另外 燈補 光還能促進協(xié)調植物器官的生長 提高其抗病性 抗 逆性 抗衰老能力及光合能力 于海業(yè)等 介 紹隨著植物生產(chǎn)周期 外界光照變化等通過對 燈具的光質 光強和光周期進行精準調控 可以滿足 植物照明領域的多種需求 因此 本文依托某莊園的 無花果種植平臺 設計開發(fā)適用于無花果的 植 物照明補光系統(tǒng) 研究適用于無花果生長的 植 物照明光譜曲線以及 植物照明補光系統(tǒng)對無花 果生長周期 產(chǎn)量 果實口感等方面的影響 以期達到 縮短無花果生長周期 提升口感和品質的作用 也可 為國內(nèi)外養(yǎng)殖無花果的產(chǎn)業(yè)形成一定的參考價值 有 助于將該植物照明系統(tǒng)方案推廣到其他大規(guī)模的植 物養(yǎng)殖中 無花果現(xiàn)有補光技術存在的問題 本文針對國內(nèi)某無花果莊園提供定制化解決方 案 該無花果莊園前期使用高壓鈉燈對無花果進行補 光 單個光源功率為 整套照明套件包含 個 光源 總功率 所需資金為 元 套 使用一個養(yǎng)殖季 效果不明顯 主要表現(xiàn)在 光 源光譜經(jīng)實際檢驗不符合無花果生長所需光譜 采 用的鈉燈光源能效低 耗電量大 長時間使用經(jīng)濟性 比較低 無調光控制系統(tǒng) 能耗大 成本高 為解決上述問題 本文提供了一種適用于無花果 生長的 植物照明補光系統(tǒng) 基于成本以及大面 積補光的需求 植物照明燈具類型為投光燈 采用 封裝形式的光源 解決現(xiàn)有無花果在自然環(huán)境 生長中存在的問題 根據(jù)無花果的生長特性 量身打 造理想的光譜配比 植物照明補光系統(tǒng)設計方案 植物照明光源制作 研究人員通過研究光譜對植物光合作用 色素吸 收作用以及植株生長形態(tài)建成作用 發(fā)現(xiàn)紅光峰值在 光譜波段時 對植物的生長有特定影響 研究植物光補償點和飽 和點的光強 采用光量子通量密度 計量 換算 到光源產(chǎn)品 以單位時間每瓦產(chǎn)生的光子通量 計量 等效光源產(chǎn)品光通量在 之間 其中 光通量根據(jù)植物的不同生長周期范圍可調 確 定出無花果需求的光譜波段以及植物照明 光源 產(chǎn)品光通量 制作出 款適用于植物生長的 光源 款植物光源產(chǎn)品光譜和特點 見表 表 植物光源產(chǎn)品光譜和特點 類別粉紫光 紅藍比例 光譜 粉紅光 紅綠藍比例 光譜 全光譜 仿太陽光譜 特點 包含植物光合作用最重要的色素吸 收和基礎形態(tài)建成的光譜波段 藍光 和紅光 生長周期短 產(chǎn)能高 在藍光和紅光基礎上 增加了小比例綠光 左右 可抑制藍光的隱花青素合成 植 株矮化 降低藍光危害 生長周期適中 包含了植物光合作用全階段 色素吸收波段 形態(tài)建成完 整 但生長周期較長 中國照明電器 年 基于以上研究內(nèi)容 設計開發(fā)出了 款適用于植 物生長的 光源 粉紫光 紅藍比例 光譜 光源制作方法 采用激發(fā)波長為 的 藍光芯片 與發(fā)射波長為 的氮化物紅粉制作 紅 藍比例為 光譜 紅光峰值為 見 表 表 粉紫光 光源特點 產(chǎn)品光譜分布光電指標 參數(shù) 藍光峰值 芯片可采用 紅光峰值 采用 紅粉 與 藍光混光 有藍移可達到 以上 粉紅光 紅綠藍比例 光譜 光源制作方法 采用激發(fā)波長為 的 藍光芯片 與發(fā)射波長為 的氮化物紅粉以及發(fā)射 波長為 的鋁酸鹽綠粉制作 紅綠藍比例 光譜 紅光峰值為 見表 表 粉紅光 光源特點 產(chǎn)品光譜分布光電指標 參數(shù) 藍光峰值 芯片可采用 紅光峰值 采用 紅粉 與 藍光 少量黃綠光進行混光 有藍移可達到 以上 全光譜 類太陽光譜 光源 制作方法 采用兩種方案制作 一種是采用激發(fā)波長為 的藍光芯片與發(fā)射波長為 的氮 化物紅粉 發(fā)射波長為 的 鋁酸鹽 綠粉 鋁酸鹽綠粉 發(fā)射波長為 的鋁酸鹽綠粉制作色溫為 的光源 紅光峰值 為 另一種是采用激發(fā)波長為 的紫光芯片與發(fā)射波長為 的氮 化物紅粉 發(fā)射波長為 的 鋁酸鹽 綠粉 鋁酸鹽綠粉 波長為 的鋁 酸鹽綠粉制作色溫為 的光源 紅光峰值為 見表 表 全光譜 光源特點 產(chǎn)品光譜分布光電指標 參數(shù) 藍光峰值 紅光峰值 采用 紅粉 與藍光 綠光進行混 光 有藍移可達到 與藍綠光熒光粉 綠光 發(fā)出 連續(xù)光譜組合 形成產(chǎn)品全光譜段 以上 光效 植物照明投光燈制作 選用 粉紫光 光源 粉紅 光 光源 全光譜 光源各一組 設計出散 熱好的鋁基板 個模組 顆燈珠 一個補光燈由 個模組組成 制作出單燈為 的 粉紫光植 物照明燈具 粉紅光植物照明燈具 全光譜 植物照明燈具 如圖 圖 所示 第 期高 璇等 適用于無花果生長的 植物照明補光系統(tǒng)研究 圖 植物照明投光燈三維結構圖 圖 植物照明投光燈照片 單個模組產(chǎn)品參數(shù) 植物照明 投光燈光電參數(shù) 見表 表 植物照明 投光燈光電參數(shù) 輸入 電壓 額定 功率發(fā)光角度外形尺寸 等級 安裝 方式 吊掛式 功能性 根據(jù)無花果的生長特性 該款 植物照明投光 燈量身打造了理想的光譜配比 并可根據(jù)使用需求進 行功率調整 燈具金屬外殼具有較強的抗震能力 鋁 型材散熱結構可提升散熱性能 使用壽命長達 安裝方式簡單 易拆卸 易維護 如圖 所示 圖 植物照明投光燈配光曲線 控制系統(tǒng) 在不同天氣條件以及不同的時間段 自然光照強 度差異比較大 為了進一步促進無花果的生長 通過 控制系統(tǒng)實時調整光照強度 確保在整個光照時間段 能夠提供一個相對恒定的光照環(huán)境 控制系統(tǒng)由照度采集傳感器 電源一體 式調光控制系統(tǒng)及配套燈具組成 以無花果生長不同 階段所需的照度作為目標照度參數(shù) 通過照度傳感器 采集環(huán)境照度 反饋給控制系統(tǒng) 由控制系統(tǒng)輸出調 光控制信號控制燈具照度達到目標參數(shù) 可實現(xiàn)在無 花果芽期 枝葉生長期 掛果期 成熟期等不同生長時 間段 提供精準的照明控制 實驗方法 在無花果 新梢成長 花芽分化階段的坐果期 引入 植物照明補光系統(tǒng) 采用以上 種 植物照明投光燈 選取 座 畝棉被大棚進行分 組對比實驗 將實驗組分為 組 實驗方案如圖 所示 第一組 日光照射無花果 無 植物照明補光 系統(tǒng) 第二組 采用紅藍比例 光譜的 粉 紫光 植物照明投光燈補光系統(tǒng)照射無花果 座大棚無花果 第三組 采用紅綠藍比例 光譜的 粉紅光 植物照明投光燈補光系統(tǒng)照射無花 果 座大棚無花果 第四組 采用類太陽光譜的 全光譜 植物照明投光燈補光系統(tǒng)照射無花果 座大 棚無花果 通過以上 組實驗 驗證出最利于無花果生長的 植物照明補光系統(tǒng) 并推廣應用到其他無花果 大棚 實驗地點為某無花果莊園 本實驗為溫室大棚試 驗 實驗品種為波姬紅品種無花果 參閱圖 選取 生長良好 長勢基本一致的無花果植株 分成 組 每 組 排 每組實驗之間設置兩排隔離排 補光燈分 布在植株正上方 每株植株安裝 個補光燈 分別設 置并標記為粉紫光 紅藍比 粉紅光 紅綠藍 比 全光譜對照組 不補光對照組 每 個光質配比設置同樣高度 距地面 同時設置 未補光對照組 中國照明電器 年 圖 植物照明 補光系統(tǒng)的實驗方法示意圖 補光時間設定兩種時間 每 天 進行共 或 者每天 進行 補光 實驗安排在大棚西側 從棚 尾算起 第一 第二排不作處理 第三 第四排為第一組實驗 空 白對照組 第五 第六排為隔離 排 第七 第八排為第二組實驗 粉紫光植物照明燈具 第九 第十排 為隔離排 第十一 第十二排為第三組實驗 粉 紅光植物照明燈具 第十三 第十四 排為隔離排 第十五 第十六排為第四組實驗 全光譜 植物照明燈具 主要研究成果 自開始補光后 隔天觀察實驗植株情況 直至果 實生長成熟 經(jīng)測試 植物照明補光燈光合光子 通量效率 在 之間 與未補光 對照組相比 可縮短無花果的生長周期 天左 右 畝產(chǎn)較未補光對照組生長的產(chǎn)量高達 左 右 果實為橢圓形 果形指數(shù) 果實鮮重 無花果營養(yǎng)吸收完整 口感好 該植物照明 系統(tǒng)可對國內(nèi)外無花果養(yǎng)殖基地進行經(jīng)驗推廣 目前 該項目已在某無花果莊園應用 年時間 與在自然條件下照射生長的無花果相比 粉紫光 粉 紅光 全光譜 款植物照明 產(chǎn)品對無花果生長 均有促進作用 在冬季無花果休眠時期 粉紫光 粉紅 光 全光譜 款植物照明 產(chǎn)品照射下的無花果 均在結果時期 明顯促進了無花果的生長 特別是粉 紫光植物照明 投光燈具有明顯的促進作用 生 長周期短 對果實顏色上色起到了明顯的促進作用 果實紅透飽滿 口感佳 有利于后期大規(guī)模應用到其 他大棚中 未來可采用成本更低的植物照明日光燈管 進行其他大棚的普及 如圖 至圖 所示 圖 粉紫光植物照明投光燈 照射下的無花果 圖 粉紅光植物照明投光燈 照射下的無花果 圖 全光譜植物照明投光燈 照射下的無花果 圖 空白對比組 結論 本文通過對粉紫光 紅藍比例 光譜 粉紅光 紅綠藍比例 光譜 全光譜 類太陽光譜 種 植物補光系統(tǒng)進行研究 發(fā) 現(xiàn)在不同光譜類型的補光系統(tǒng)照射下 均可促進無花 果的生長 特別是粉紫光 植物照明補光系統(tǒng)不 僅可以提高無花果產(chǎn)量 還可縮短無花果的生長周期 天左右 該系統(tǒng)具有壯根 助長 調節(jié)花期 花色 促進果實成熟 上色 提升口感和品質的作用 大大提高了無花果的生長周期 為無花果產(chǎn)業(yè)提供指 導依據(jù) 下轉第 頁 第 期包漢斌等 基于電氣工程自動化的城市智能照明系統(tǒng)設計 客的購物環(huán)境 也優(yōu)化了能源管理 公共設施如圖書 館 醫(yī)院等通過智能照明 不僅提升了照明質量 還實 現(xiàn)了照明與環(huán)境的和諧共生 為公眾提供了更加健 康 舒適的環(huán)境 城市景觀照明更是利用智能照明技 術 將藝術與科技完美融合 打造出了流光溢彩的城 市夜景 提升了城市的形象和吸引力 智能調光系統(tǒng)的應用 在日常生活中 智能調光系統(tǒng)能夠根據(jù)外部光照 條件的變化 自動調節(jié)室內(nèi)光照強度 實現(xiàn)恒定的照 度水平 有效緩解了因光線變化引起的眼睛疲勞 保 障了人們在室內(nèi)活動時的視覺健康與舒適度 更進 一步 系統(tǒng)還能模擬自然光的變化 從晨曦的柔和到 黃昏的暖黃 不僅有助于維持人體生物鐘的穩(wěn)定 還 可以在心理層面為人們營造出接近自然的溫馨氛圍 減輕了長時間處于封閉空間的壓抑感 動態(tài)調光功 能則是智能調光系統(tǒng)智能化程度的直觀展現(xiàn) 系統(tǒng)能 夠識別空間內(nèi)的活動狀態(tài) 如會議室的使用 休息區(qū) 的寧靜時刻 或辦公區(qū)域的工作高峰期 據(jù)此自動調 整光線強度和色溫 確保照明既不過度也不欠缺 為 不同的活動場景提供恰到好處的照明支持 既提升了 工作效率 也創(chuàng)造了宜人的生活環(huán)境 結束語 基于電氣工程自動化的城市智能照明系統(tǒng) 其意 義遠不止于照明本身 作為智慧城市的重要基礎設 施 是連接數(shù)字世界與物理世界的橋梁 為城市的智 慧化管理 數(shù)據(jù)分析和決策支持提供了豐富的可能 性 隨著技術的不斷進步 智能照明系統(tǒng)將更加深入 地融入城市生活的方方面面 促進城市治理模式的創(chuàng) 新 提升城市的整體運行效率與居民的生活質量 參考文獻 李坤 智能照明系統(tǒng)在城市軌道交通中的應用方案研 究 中國照明電器 張龍翔 智能照明系統(tǒng)在節(jié)能減排中的應用與效果評 估 中國照明電器 李立 智能技術在城市道路照明配電設計中的應用 智慧中國 石海嘯 劉志鋒 基于 的城市景觀照明智能節(jié)能 控制方法仿真 計算機仿真 劉澤蓉 基于信息物理系統(tǒng)的城市照明智能系統(tǒng) 燈與照明 上接第 頁 參考文獻 潘波 王寶玲 于常春 等 春大麥的光合特性與干物質 生產(chǎn) 青島農(nóng)業(yè)大學學報 自然科學版 朱靜嫻 人工補光對植物生長發(fā)育的影響 作物研 究 杜寧 韓哲 高壓鈉燈用于園藝光照明的改進設想 牡丹江教育學院學報 耿博 龍家煥 鄭夢影 等 高壓鈉燈與 燈在植物 補光中的應用特性分析 黑龍江農(nóng)業(yè)科學 賀宇 韓亞慧 張春芬 等 激光植物生長燈在無花果日 光溫室栽培上的應用 山西農(nóng)業(yè)科學 賀宇 無花果設施栽培與激光補光增產(chǎn)技術 太 原 山西農(nóng)業(yè)大學 吳家森 胡君艷 周啟忠 燈補光對蘿卜生長及光 合特性的影響 北方園藝 鄔奇 蘇娜娜 崔瑾 光質補光對番茄幼苗生長及 光合特性和抗氧化酶的影響 北方園藝 蘇娜娜 鄔奇 崔瑾 光質補光對黃瓜幼苗生長和 光合特性的影響 中國蔬菜 劉淑艷 于振良 陶延懷 等 補光對番茄幼苗生 長的影響 北方園藝 于海業(yè) 孔麗娟 劉爽 等 植物生產(chǎn)的光環(huán)境因子調控 應用綜述 農(nóng)機化研究