131 第 1期 2 0 2 1年 2 月 N o 1 F ebruary 202 1 隨著 社 會 的進步 發(fā) 展 我 國 的科學技 術 也 進 入 了 飛速 發(fā) 展的 階 段 而設 施 園 藝發(fā) 展的 必 然 結 果 就 是 人 工 光 植 物工 廠 其 不 僅是 一 種 與 以 往大相 徑 庭 的 農 作方式 以 及土 地利 用 手 段 也是 設 施園藝的一 個 高級 發(fā) 展 形 式 人 工 光 植 物工 廠 能夠彌 補傳 統(tǒng) 設施 園 藝 中 生產方式 的 不 足 如 設施較為落 后簡 易 生 產效率 較低 資源浪費 環(huán) 境 污染 等 除 了 能 夠 有 效 促 進我國 設 施園藝 產 業(yè) 以及 相關科 學 技 術的快 速 發(fā) 展 之 外 也是 保 障 食 物安 全 性的有 效 措施 與我國推 行的 可持 續(xù) 觀念 相符 在植 物的 生 存環(huán) 境 中 一 個關 鍵因 素就 是光 照 通 過光 合作 用 為植物的生 存環(huán)境 提 供能 量 使植物的產量 發(fā) 育 情況 以及品質均 得 到一 定 程 度的保 障 光 照除 了 具 有 晝 夜 節(jié) 律 以 及 光 譜 能 量 分布 等 相 關 質 量 特 性 之 外 還 具 有 照 射 時 長 光強 以及光 周 期等相關 數 量 特 性 這 些 特 性 對 電 能 的投 入量 有 著 直接 的 影響 1 植物工廠 LED 特殊光照模式 LED植物工廠 光 照系統(tǒng) 在制定光 照方 案的過 程中 一 個 重要 的 步 驟 就是 在 恒 定 光照 的 基礎上 構 建動 態(tài) 光照 模式 大 部分 的 動 態(tài) 光 照 模 式 均 不 能 在 自 然條 件 下 存 在 經 過 相關 研究發(fā)現 根 據生 產的 目 標 或 者是植物的生理特 征 來 對光 照 模式的時 間進 行 自 動化 調控 形 成 一個 植 物生 產 的相關 集 成 方 案 通 過 這 樣的 方 式 極 大 程 度 地 提高了 植物的生 產 力 繼而實 現 碳 水化合 物以 及 生物 量 的 最 大化 LED光 源自身具 有的優(yōu)勢 1 能 夠 讓相 關種植工 作 人 員 在 光合作 用 有效輻射 以 及植物的有 效 輻 射范圍內 使 用納 米 級光譜 來 對 植物 施行 一 些 特 殊光照 模式或者 是 組 合調 控 方案 光 照 模 式 具 體 指的是 在 人 工 光 源的照 射 下 光 環(huán) 境 的 光 質 光 周 期 以及光強等相關 屬 性的動態(tài) 變化規(guī)律 在 自 然 光的 照 射 下 光 照 會有 一 個 光強 呈 拋物 線 軌 跡 變化 以及 晝 夜 交 替的 動 態(tài) 變 化 規(guī) 律 然而 LED 光 源 可以 通 過 智 能 控 制 系 統(tǒng) 來 對 各 種 光 照 模 式 進行 有 效 設 計 較 為 突 出 的光 照 模式 有 間 歇光照 連 續(xù) 光照 以 及 交 替 光照 2 連續(xù)光照模式 連 續(xù) 光照 模式 具 體指 的 是 改變 植 物在24 h 自然 光 照 射 條 件明期 暗期 交替的光 照模 式 為 植物 提 供 具 有連 續(xù)24 h 光 照條 件的環(huán)境 同時 可 以根 據時間 的變化 以及實際的需要 來 調 節(jié) 控 制 光照 的 模式 連 續(xù) 光照 模式 的 特 點 有 光照 的 屬 性 可 隨著時 間 的變化 以及 實際 需 要 調節(jié) 控 制 不會 中 斷 沒 有 暗期 2 在 人 工 光 植 物 工 廠 里 使 用 LED光 源 不 僅可以 延 長 植物 的 光 照 時 間 還 可 以 在 連 續(xù) 光 照 條 件 下 對 植物 進 行 栽 培 由于 在 設 施園藝中大面 積普 及 應 用LED光 源 連 續(xù) 光 照的 應 用 價 值得 到 了極 大 的 提 升 同 時豐富了連 續(xù) 光 照的內 涵 種植工 作 人 員 在 使用LED光 源 對 植物 進 行 連 續(xù) 光 照的 過 程 中 可 以 根 據生 產 的 目 標 以及 需求 對 光強 以及光 質進行 制 定 調 節(jié) 通 過 這 樣的 方 式 來 對 植 物 在 連 續(xù) 光 照條 件 下 的 生理響應 進行分析研究 對 連 續(xù)光 照的分析研究可以分成兩 組 來 進行 第 一組 是 短 期 連 續(xù)光 照 具 體 操作 方 法為 對 植 物 進行 短時間 的連 續(xù)光 照 第 二 組 是長期連 續(xù)光 照 具 體的 操 作 方 法 為 對 植 物 進 行 3 天 5 天 甚至幾 十 天的長 時間連 續(xù) 光 照 從 實踐 應 用的角度 對 設 施 植物 進行 劃 分 可以將設 施 植 物 分成兩個種 類 一種是 適 應 連 續(xù) 光 照的 植物 另一種是 對 連 續(xù) 光照 敏感 的植 物 采取直接應用 的方法對適應連續(xù)光照 的植 物進行研 究 研 究 需 遵 循 節(jié) 能 環(huán) 保 高 效 的 基 本 原 則 然 后 基 于 此 原 則對 連 續(xù) 光 照 條 件 下 的 控 制方 式 環(huán) 境 參 數 以及 動 態(tài) 模 式 進行成 套的制定 作者簡介 李永志 2002 男 重慶人 本科生 研究方向 輕工類 人工光植物工廠特殊光照模式及應用 李永志 華南理工大學 廣東 廣州 510630 摘 要 與傳 統(tǒng) 的光 源 相比 LED是一 種具 有 節(jié)能 環(huán) 保 體 積小 使 用年 限長 耐用性 強 響應 極 快以 及 堅 固等 優(yōu) 點的 半 導 體固態(tài)電光 源 除 此 之 外 還 具 備 一些 能夠在 植 物工廠 中 應用的獨 特 優(yōu)勢 例如可以 根 據 植 物工廠 的實際需要 來調節(jié)冷 光 源 以 及 光譜 實現 對光 照的 智能 控制 是 在 人 工光 植 物工廠 中一 種 極 其 理 想的應用光 源 LED 光 源 的 特 點是 可 以 智 能控 制 時 間 的 轉 換 能 夠為 植 物工廠提 供 較長 時 間的光 強以 及 光 質 由此可知 LED 光 源 在 植 物工廠中的應用具 有廣闊的 前景以 及 極 大 的 潛 力 由 于 LED 光 源 植 物工廠 能夠根 據實際需要 來 對 生產環(huán) 境的光 進 行 智能調節(jié) 控制 一 般情 況 下 均能 在 光 照的時長 和 程 度 光 質以 及 光 強 等 方面來管理 控制 光 的環(huán) 境 除 此 之 外 LED 光 還 能 在 植 物工廠 中 應用一些 特 殊 的光 照 模 式 例如交替 光 照 連 續(xù)光 照以 及 間 接 光 照等 為 了 制定 有效的植 物工廠 光 照 方 案 使 植 物工廠 的植 物生產效率以 及 生產能 力得到 有效 提 升 相 關 工作 人員應當根 據不同 植 物 的品 種來 制 定 相 應的 結合多種光 照 模 式的光 照 方 案 所 以 相 關人員應當積 極 研 究 探 索各 類 光 照 模 式 下 各 種 植 物 的耗 能以 及 生 理 反 應 選 出一個以 植 物品種為基 礎 的 合 適 的光 照集 成 機 制 制定節(jié)能 環(huán) 保 高 效 的 植 物 工 廠光 照 方 案 關鍵詞 人 工 光 植 物 工 廠 特 殊 光 照 現 代 鹽化 工 Modern Salt and Chemical Industry 132 第 1期 2 0 2 1年 2 月 N o 1 F ebruary 202 1 研 究 對連 續(xù) 光照 敏感 的植 物時 可 以 使用3種 方 法 第 一 制 定具 有 一 定 科 學性 合 理 性 的 相關調 控 策 略 控制光 質 的 交 替 管理 溫 度 的 變 化 情 況 在 此 基 礎上 對植 物 進 行 長 期 的 連 續(xù) 光 照 在 避 免 植 物 受 損 的同 時 要 將 植 物 的質 量 品 質 以 及 產 量 提 高 第 二 采 納 收 集 短 期 連 續(xù) 光 照 應 用 過 程中 所出現的問題以及 相關有 效 措 施 使 水 培植物質量 不 高的問題得到一定的改善 提升植物的 品質 質量以及產量 第 三 選 擇 植物 生 產 發(fā) 育 過 程中 的 一 個 時 間 段 對 植物 進 行 6 9天的連 續(xù)光照 以此減 少 對 植物的 損害 將植物的產量 質量 以及品質進一步提升 3 在 人 工 光植 物 工廠 中 不 管 是 長 期連 續(xù) 光照或 是短 期連 續(xù) 光 照均 有 一定的應 用價 值 在 人 工光 植物工 廠 中 實踐 應 用 連 續(xù) 光 照 能 夠 在 降 低 植 物 暗 期 進 行 呼 吸 作 用 所 產 生 能 耗 的同時 將 植物的光 合 作用時間延 長 將 植物 體內積 累 的營 養(yǎng) 物質含 量提高 豐富植物工廠 光 照的實踐 以及理論 知識 3 交替光照模式 交 替 光 照模 式 具 體 指的 是 在 植物 生 長 發(fā) 育 的 過 程中 LED光 源 的光 質 以及 光 質 的 數 量 屬 性能 夠 有規(guī)律 地變化的 光 照模 式 向植物 提 供的光 以及光 質 會存 在一些具 有規(guī)律性 的時 空變化 使 植物的 品質 產量以及 質量 均 能得 到一 定 程 度的 提高 交替光 照可以 分成兩 種 一種是 疊 加交替光 照 另 一種是完 全交替光 照 具體 指的是在同一個持 續(xù)性的光 照時 間段 里 兩 種或 者兩 種 以上的光 質 在具 有 一 定規(guī)律的時間段 中疊 加出現 或 者交替出現的一種 循 環(huán)照明模 式 進行交替光 照 的 前 提 條件 是必 須 使用 具 有 一 個 單 獨 光質 的LED光 源以 及 一 個 自 動 化的智 能 控制系統(tǒng) 因此 交 替 光 照 模 式 只 在 能 對 環(huán) 境 進 行 智能 控 制的人 工光 植物 工 廠中存 在 4 由 于 交 替 光 照具 有不同程 度的光 照強 度 且交替的頻率以及光 質 的種 類 均 不 同 交 替 光 照 的 光 照 方案 具有 一 定 的 多 樣 性 能 夠 對 植物的 品質 生 長發(fā) 育 產量 質量 等造 成一定的影 響 有 相 關 研 究 報 道 顯 示 交 替 光 照 模 式 中 存 在 技 術 參 數 的 最 優(yōu)值 這 個 最 優(yōu)值 能 夠 將 植物 的品質 質量以 及 產 量 提 升 有相關 研究人員對 生 菜的形 態(tài) 以及 生 長發(fā) 育在LED 藍光 及 紅光 組 合的光 照條 件 下 的影 響 進行研究 實 驗 發(fā)現 光 周 期是一 天14 h 藍光 及紅 光 的 光強 是80 mol m 2 s 紅 光 開 始 進 行 照 射 的 時 間 可 以 和 啟 動 藍 光 的 時 間 一 樣 或 者是 延后1 4 或7 h 研 究 結 果 顯 示 紅 光 開 始 照 射 的 時 間 比 藍 光 延 后 幾 個 小 時的效 果 明 顯 比 紅 光 以 及 藍 光 同 時 進 行 照 射要 好 5 由 此 可 知 使 用 變換紅 光 藍 光照 射時 間 段 的方 法 能 夠 將 植物的產量以 及品質提 升 4 間歇光照模式 間 歇光照 模式 具 體指 的 是 在 人 工 光 的 照 射 下 能 夠 對 不 同晝夜 節(jié) 律 進行 設 置 同時 可 以 在 同個 晝夜 節(jié) 律 下 設 置兩 個及以 上 的明期 暗 期 循 環(huán) 交替的 光 照模 式 與自然 光 相比 人 工 光 間 歇 光 照 的 復雜 程度 更 高 自 然 光 在24 h 的晝夜 節(jié)律 里 只有一 個 明期 暗 期 循 環(huán) 交替 然而 間 歇 光 照的 時 間則 可 以設 置在h或 者是min 的尺 度 上 6 明 期 暗 期 的 循 環(huán) 交 替 在 兩 次 及 以上 如果間歇的時 長 低 至 s或 者是ms 級 間 歇光照 將 會轉變 為具有 較高頻率的脈沖光 相關研究報道顯示 間歇光照處理不僅能夠對植物 的生 長發(fā) 育 發(fā) 揮 良好的作用 還能 提高植物的營養(yǎng) 物質 含 量 5 LED植物工廠光照方案的構建 LED光 源 能 夠 在一定 程 度 上 豐富 植 物 工 廠的 環(huán) 境 調 控模式 以及內涵 間歇光照 連續(xù)光照 以及交替光照這 3 種 特 殊 光 照模 式 的建 立 基 礎 就 是LED光 源自身所具 有 的 光電 特 性 7 因 此 這 3 種光 照 模 式 在人 工 光 植 物 工 廠 中 具 有 一定 的 應 用 潛力 以 及前 景 同 時 也 能 夠 在不 改 變電 能 投 入 的 基 礎 上 將 光 能 的 使 用率以 及 利 用率 大 幅 度 提 高 使植物的 品質 質量以及產量均得到有效提升 除此 之 外 可 以 在植 物工廠對光環(huán)境的管理 中 應 用這3 種 光 照模 式 將 系 統(tǒng) 具 有 的 優(yōu) 勢 最 大 限 度 地 發(fā) 揮出來 使 植 物 的 生 產 能力得到有效提 高 8 繼而 將 植物 工 廠 的 整 體 生 產 效 率 以及 生 產 質 量 大 幅 度 提 升 使 人 工 光 植 物 工 廠 的相 關 照 明 技 術 得 到 大 力 發(fā) 展 6 結語 在 植物 工 廠中應 用LED光源 將會使植 物 工廠對 光環(huán)境 的 智能 調 控 能 力 增 強 使 植物 工 廠 能 夠 對 光 環(huán) 境 的 光 照 時 長 光 強 以 及 光 質進行智能 管 理調 節(jié)以 及 控制 繼而在 植物 工 廠 中 應 用 交 替 光照 連 續(xù) 光照 以 及 間 歇光照3種 特 殊的光 照模 式 在制定 植物工 廠 光 照方 案的 過 程中 相關 工 作 人員 應 根 據工 廠 中 不同 種 類以 及 不同 品 種 植物 的 特 性 來 對 相 應 的光 照模 式 進行 科 學 合 理的 構建 在 一 定程 度 上 將植物工 廠 的植 物 生產 能 力 生產 質 量 以 及生產 效 率 提 升 但是 由 于 一些因素以 及 條 件的限制 現 階段只是 對在植物工 廠中應 用基于LED光 源的3種 特 殊 光 照模 式 的可行 性以 及有 效 性 進 行分析研究 在 綜 合效 益 以 及能 耗方面的 研究比較 薄 弱 所 以 相關 工 作 人員應積極 對各種 植物工廠 中 不同光 照條 件 下 的 植物 能 耗以及 生理 反 應 進行研究分析 制定出光 照集 成 機 制 提高 植物工 廠的生 產質量以 及 生 產 效率 推 動人 工光 植 物工 廠的發(fā) 展 參考文獻 1 李 政 璞 佟 靜 王 素 娜 等 植 物 工廠條 件下 不同營 養(yǎng) 液 配 方 對 韭 菜 生長的 影 響 J 江 蘇 農 業(yè) 科 學 2020 48 17 153 157 2 劉 文 科 吳 啟 保 邵 明 杰 人 工光 植 物工廠特 殊 光 照 模 式 及 其應用 策略 J 照明工 程學 報 2020 31 4 141 144 3 閆 征 南 賀 冬 仙 鈕 根 花 等 白紅 與紅 藍LED 光 照 環(huán) 境 對 兩 種生 菜 生 長 品 質 和 能 量 利 用 效 率 的 影 響 J 農 業(yè)工 程 技 術 2020 40 21 93 4 張 樹芳 人工 光 型 植 物 工 廠 的 發(fā) 展 現狀 及未 來技 術 發(fā) 展 趨 勢 J 農 業(yè)工 程 技 術 2020 40 16 64 67 5 趙越 基于閉 鎖式育秧 平臺寒 地 玉 米育秧 環(huán) 境 參 數 優(yōu) 化 試 驗 研 究 D 大 慶 黑 龍 江 八 一 農 墾 大 學 2020 6 王 靜 歐 福 超 南 軒 等 基于 植 物 工 廠條 件下 LED燈 源熱 環(huán) 境 分 析 J 江 蘇 農 業(yè) 科 學 2020 48 10 240 244 7 周 增 產 趙 靜 姚 濤 等 羅馬 尼 亞 LED植 物 工廠設 計與應 用 J 農 業(yè)工 程 2020 10 3 35 41 8 李家 奧 CFD 技 術在人工 光植 物 工 廠 的 應 用 前 景 J 河北 農 機 2020 2 28 現 代 鹽 化 工 經 營與 管 理