LED光源在植物工厂中的应用

LED光源作为第四代新型半导体固态冷光源,具有光质纯、光效高、波长类型丰富、光强与光质可调控及节能、环保、寿命长等优点,在人工光植物工厂光环境调控和太阳光植物工厂人工补光方面具有广泛的应用前景。文章阐述了植物工厂和LED光源的特性及优点,介绍了LED光源在植物工厂补光、光环境调控中的应用,并对LED光源在植物工厂中的应用前景进行了展望。     

LED在农业与生物产业的应用与前景展望

随着光电技术的发展,LED在农业与生物领域的应用正逐渐受到世界各国的广泛关注。LED不仅具有体积小、寿命长、耗能低、波长固定与低发热等优点,而且还能根据植物需要进行发光光谱的精确配置,实现传统光源无法替代的节能、环保和空间高效利用等功能。通过对LED在农业与生物领域研究现状的详细阐述,重点介绍了LED的光源特性及其在设施栽培、组织培养、植物工厂和太空农业等方面的应用进展,并对LED在人工补光、植物工厂、生命保障系统以及与新能源结合等方面的应用前景进行了分析和展望。     

植物工厂补光照明方法现状与趋势

植物工厂的主要特征之一就是利用全人工光源实现光环境的智能控制。基于植物生长发育合理需求的电光源产品及其智能光控设备的研发与应用是今后植物工厂及栽培方法革新的核心内容。本文阐述了植物工厂中常见的补光照明方法的特性与优点,介绍了典型作物补光系统的设计思路,并对LED光源在植物工厂中的应用发展前景进行趋势分析。     

高压钠灯和发光二极管在植物设施栽培中的应用现状与展望

光照是影响植物生长的关键限制因子,它不仅是绿色植物顺利完成生命周期的必需环境因素,还是植物光合作用的能量来源,更是调节植物生理活动的重要环境信号。随着温室设施栽培、室内栽培、植物工厂技术的飞速发展,科学家对农业光照的研究越加深入。目前植物设施栽培中使用的光源主要有白炽灯、荧光灯、金卤灯、高压钠灯(high pressure sodium lamp,简称HPS)以及发光二极管(light-emitting diode,简称LED)。本文系统梳理了第三代光源HPS和第四代光源LED的发光原理及其在植物栽培中的应用特点、应用现状,以期为设施农业的补光应用提供支持。     

LED植物工厂光质生物学研究与应用现状

植物工厂是设施园艺发展的必然趋势和高级阶段,其本质优势在于包括人工光照明在内所有生产要素可实现智能控制。LED光源是植物工厂应用的优选光源,可提供植物生理有效辐射范围内所有波长的光质,丰富了光生物学内涵,LED光源研发与应用催生了光生物学的分支即光质生物学学科。LED植物工厂是植物光质生物学研究与应用的理想场所和设施类型,植物光质生物学研究及LED光环境调控具有提高植物工厂植物产品产量与品质的重大应用价值,LED植物工厂产业的可持续发展有待于植物光质生物学的深入揭示。总结了LED植物工厂光质生物学的定义、内涵,并着重阐明了红蓝光替代全光谱的充要性、红蓝光质比优化、红蓝光连续光照、UV-LED光质生物学和昼夜节律等重点方向国内外研究与应用新动态,指出了未来LED植物工厂植物光质生物学研发与应用重点。     

LED植物灯在花卉生产栽培中的应用现状及发展趋势

该文通过对LED在花卉领域研究现状的详细阐述,重点介绍了光对花卉生长的影响、LED的光源特性及其在花卉生产栽培方面的应用进展,并对LED植物灯在花卉的促成抑制栽培、人工补光等方面的应用前景进行了分析和展望。     

基于LED光源优势的植物工厂光照策略探讨

LED是半导体固态电光源,具有节能、光效高、寿命长、响应快、环保、体积小和坚固耐用等众多传统光源无法比拟的光电优势,更兼具按需调制光谱、智能控制和冷光源等在植物工厂应用中的独特优势,被誉为人工光植物工厂的理想光源。LED光源所提供的光环境(光质和光强及其持续时长)及其时间转换智能可控的特性赋予了LED在植物工厂中应用的诱人潜力和广阔前景。因此,LED光源植物工厂具备调控智慧生产光环境的能力,通常可以在纳米波长光质、PPFD基本单位光强和分钟尺度时长等方面对光环境进行管控,也可实现内涵丰富的连续光照、间歇光照和交替光照等特殊光照模式及其集成应用。对植物工厂光照策略的制定,应针对各种植物种类及品种构建出集成了多种光照模式的光照策略,实现提高植物生产力和植物工厂生产效率的光调控目标。因此,应加强对各种光照模式植物生理效应和能耗的研究和评价,筛选出基于植物种类或品种的适宜集成机制,以获得高效节能的植物工厂光照策略。     

植物工厂及其LED照明发展新动态

植物工厂是设施园艺发展的高级阶段,是颠覆性农作和土地利用方式,对解决21世纪农业资源和环境问题具有重要应用价值。LED光源是植物工厂的优选光源,具有传统光源无法比拟的光电和农学应用优势,正在快速进入商业化研发与应用层面,产业前景诱人。文章总结了植物工厂及其LED照明的发展新动态,指出了未来研发与应用重点。     

新型LED光源在蔬菜工厂中的应用现状及展望

近年来,我国设施栽培发展迅猛,蔬菜工厂已成为设施栽培的一个热点研究方向。为促进蔬菜工厂的进一步发展,对蔬菜工厂中的人工补光系统进行了探讨,分析了LED植物补光灯在蔬菜工厂化生产中的应用现状,并对其应用前景进行了展望。     

密闭式植物种苗工厂的设计及其光环境研究

密闭式植物苗工厂具有节能、环保、控制精度高、生产成本低等特点,发展前景广阔。利用不透光的绝热材料建设人工光型密闭式植物工厂,设计开发了高精度的环境控制系统,为植物生长提供优化的物理环境。研制了种苗繁育LED光环境调控装置、光照距离可调式荧光灯板,有效地改善植物生长所需的光环境,提高植物的光能利用率。通过对环境控制系统的试验研究以及相关的生物学试验,为密闭式植物工厂以及人工光源在育苗领域的应用研究提供了理论和试验依据。LED、荧光灯与自然光条件下黄瓜育苗对比试验表明LED光环境下植株生长速率高于其他处理,表现出一定的生长优越性。     

基于Linux的家用微型植物工厂

试验研究的家用微型植物工厂,具有全自动发面和生豆芽的功能,还可在室内完成种菜的全过程。植物工厂内部利用温、湿度传感器,CO2浓度探测器以及LED灯来精确控制内部的小气候环境,不受外界环境影响,确保各功能的完好实现。植物工厂提供了可以人工控制的用户接口,应用基于web的B/S(Browser/Server)和浏览器/服务器模式,引入了嵌入式SQLITE数据库,可针对不同的植物生长进行人工调控、适时的自动控制和管理。试验结果表明:家用微型植物工厂能正确显示、精确控制工厂内的环境,系统运行可靠稳定,达到了预期的设计目的,可应用于家庭生活或餐馆的小菜种植。     

植物工厂LED照明控制系统设计与研究

植物工厂LED照明控制系统涉及到多路LED独立控制、大功率白光LED的恒流驱动、ECU单元和系统控制的设计,以及监测电路与单元通信等技术问题.本文分别对大功率LED驱动和光谱特性、不同波长LED分控点亮和系统控制、现场通信技术进行了研究.在设计过程中完成了大功率LED驱动电路亮度可调、LED光色调整以及散热检测调试和验证,并以此构成了植物工厂LED照明控制系统的基本单元.在单元的通信接口和优先权限设定之后,组成了较为理想的现场可控光照系统.结果表明,经过系统控制设计的LED光源不仅节能、环保.而且由于LED的亮度、色温、光谱的可控制性满足了植物工厂的需要.     

基于CFD的LED补光灯模型构建与验证

为明确植物工厂CFD环境模拟中LED补光灯的边界条件设置,构建单层LED补光栽培架(原型),并根据原型在CFD软件中建立规格一致的栽培架三维模型,对三维模型进行模拟分析,将得到的模拟值与原型实测值进行对比分析,验证LED灯边界条件设置的可行性。在模型中将LED补光灯分为反应器和灯罩两部分,反应器为LED补光灯的灯板,设置为热源边界条件,根据红、蓝灯珠数量及其对应的电光转化效率计算其单位体积散热量,灯罩为LED补光灯表面的塑料壳,起保护灯珠的作用,设置为导热材料,将三维模型的风速、温度模拟值与栽培架原型的实测风速值、温度值进行对比,结果表明:1)栽培架三维模型中LED补光灯的散热量为34 166 W/m3;2)通过模拟值与实测值对比,30个测点实测风速值与CFD模拟风速值的均方根误差为0.06,46个测点实测温度值与CFD模拟温度值的均方根误差为2.63,模拟值与实测值吻合良好。在植物工厂CFD模拟中,可以将LED补光灯反应器设置为热源、灯罩设置为导热材料。     

植物工厂LED光质调控对生菜幼苗生长的影响

为探讨植物工厂中不同光质对生菜幼苗生长的影响,本研究选用5种不同红蓝光配比的LED光质开展了试验。结果表明：红光∶蓝光=3∶2的光质配比下生菜叶片数、株高、茎粗、主根长、叶面积、植株干重、地上部干重和地下部干重均最大,有利于生菜的营养生长;红光∶蓝光=1∶1与红光∶蓝光=3∶2的光质配比下植株鲜重和壮苗指数均较大,且差异不显著;红光∶蓝光=3∶2的光质配比有利于生菜叶片叶绿素和氮含量的增加,能促进光合作用,提高光能利用率。综合各指标表明,红光∶蓝光=3∶2是适于植物工厂生菜育苗的光质配比。     

基于单片机植物组培专用LED光源的设计

为解决植物组培对光环境的需求,依据组培苗对光的选择性吸收,突破传统的点、线光源局限,采用模块化阵列式设计理念,研制出由14R、6B、4W、1UV 1W LED组成5*5基元模块,再由若干个单元模块组成"LED阵列平面光源",其发射光谱与植物的选择性吸收光谱相匹配;采用涂覆低温红外高辐射材料的铝基顶齿散热器和轴流风扇结合的方式,降低大功率LED结温;本光源能够对光质、光强、光周期和工作方式进行动态调节。可专业用于组培育苗,并在光照培养箱、温室种植及植物工厂等方面进行科学研究和推广应用。     

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。图4表2参13     

Effects of light-emitting diodes on tissue culture plantlets and seedlings of rice(Oryza sativa L.)

Light-emitting diodes(LEDs) are a new light source with low energy consumption and high photoelectric conversion efficiency, and they can satisfy the energy-saving needs of plant culture systems. However, the effects of LED light sources on rice tissue culture and rice seedling cultivation are poorly understood. This study aimed to evaluate the effects of LEDs on the growth of tissue culture plantlets and seedlings of the rice(Oryza sativa L.) cultivar Nipponbare. The best light source for rice tissue culture was different from that for rice seedling cultivation. Blue(B) LED light was the most appropriate light for rice tissue culture. Under a B LED light, the time required for callus proliferation, differentiation and regeneration was the shortest, and the frequency of plantlet initiation, differentiation and regeneration was the highest. A blue:red(B:R)=1:1 LED light facilitated the growth of rice seedlings and produced the highest chlorophyll and carotenoid contents and photosynthetic rates in the rice seedlings. Abundant photosynthetic products were more effectively generated in the rice seedlings under the B:R=1:1 LED and R LED lights than under the B LED light. B LED light is the most appropriate light for rice tissue culture plantlets and can be used as an alternative light source for rice tissue culture, and B:R=1:1 LED light facilitated the cultivation of robust rice seedlings and can be used as the primary light source for rice factory seedling cultivation.