崔世鋼,陳紅豆,劉 昆,何 林
(天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)/天津市信息傳感與智能控制重點實驗室,天津 300222)
植物用LED平板燈的性能評價指標(biāo)*
崔世鋼,陳紅豆,劉 昆,何 林
(天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)/天津市信息傳感與智能控制重點實驗室,天津 300222)
由于人眼視覺函數(shù)和植物敏感曲線的不同,原有的適用于普通照明燈具評價方法和照明標(biāo)準(zhǔn)將不適于植物照明燈具。文章以植物光度學(xué)為理論依據(jù),介紹評價植物用LED平板燈的性能評價標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。該指標(biāo)符合實際應(yīng)用中植物對光的要求,適用于大部分植物用LED平板燈的性能評價。
植物光度學(xué) 植物用LED平板燈 性能指標(biāo)
如今,LED平板燈被廣泛應(yīng)用在植物照明領(lǐng)域[1]。LED平板燈的照明性能好壞,直接影響著植物的生長品質(zhì)。通常,各種光源或燈具產(chǎn)品大多數(shù)以人眼對光的敏感度進(jìn)行設(shè)計的。然而,植物和人眼對光的敏感區(qū)域和程度是不同的。因此,原有的適用于人眼的光通量、光照度等光度學(xué)評價指標(biāo)將不適于植物[2]。
電學(xué)性能是電器產(chǎn)品中最主要的一類性能。額定功率是電學(xué)性能中,1個表示電學(xué)能量的參數(shù)指標(biāo)。額定功率代表LED平板燈在1 s內(nèi)能把多少J的電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,這一電學(xué)特性,可以保證平板燈正常工作功率。長時間大于或小于額定功率運行,會降低LED平板燈的效率,降低LED平板燈的使用壽命。LED平板燈的額定功率應(yīng)由制造商或銷售商標(biāo)稱,用功率表進(jìn)行測量,其初始功率實測值與額定功率P相差不得大于5%。
光的輻射和吸收均是通過不連續(xù)的單元進(jìn)行的,這個單元就是光子。光子是光傳遞能量過程中的最小單位[2]。光合有效光量子流密度(PPFD)是指,光合有效輻射中的光通量密度。它表示單位時間內(nèi),單位面積上,在400~700 nm波長范圍內(nèi),入射的光量子數(shù),單位為μmol/m2·s。一般根據(jù)LED燈板的大小,將與燈板照射面積相等的被照射面平均分成若干個小區(qū)域,用光量子流密度計測得被測面不同點處的PPFD值。在統(tǒng)計學(xué)范疇內(nèi),均值、極差和標(biāo)準(zhǔn)差分別反映一組數(shù)據(jù)的整體水平、變動幅度及這一個數(shù)據(jù)集的離散程度。因此,可以把極差、均值和標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)用到評價植物用LED平板燈的光合有效光量子流密度上來。均值反映光源整體光照水平,均值越大,植物的光合作用就越強。標(biāo)準(zhǔn)差是評價LED平板燈發(fā)光均勻性的一個重要性能指標(biāo),LED平板燈發(fā)光越均勻,同一階段所收獲的植物的生長狀態(tài)和生長趨勢會達(dá)到一致。極差是測定數(shù)據(jù)變動程度的最簡單的指標(biāo)。
光質(zhì)為影響植物光合作用的條件之一。光質(zhì)會影響葉綠素a、葉綠素b對光的吸收,從而影響光合作用的光反應(yīng)階段。太陽光中,能用于植物光合作用的光,主要為紅橙光和藍(lán)紫光。因為,光合色素中的葉綠素主要吸收紅橙光和藍(lán)紫光;類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。許多研究表明,紅光對光合器官的正常發(fā)育至關(guān)重要,它可通過抑制光合產(chǎn)物從葉中輸出來,增加葉片的淀粉積累;藍(lán)光則調(diào)控葉綠素形成、氣孔開啟及光合節(jié)律等生理過程。730 nm遠(yuǎn)紅光照明對植物的最主要影響之一是庇蔭作用[3]。因此,通過控制紅光(660 nm)與藍(lán)光(450 nm)光強的比值(R/B)和紅光(660 nm)與遠(yuǎn)紅光(730 nm)光強的比值(R/FR),實現(xiàn)針對各種植物的最佳制定化光配方。
紅光、藍(lán)光和遠(yuǎn)紅光的輻射照度可用輻射照度計或遠(yuǎn)方植物光照專用分析儀測量。在植物用LED平板燈出廠時,制造商或銷售商需給出15 cm、25 cm的2種距離以上的紅光和藍(lán)光輻射照度比和紅光與遠(yuǎn)紅光輻射照度比,并以表格形式表示,其實測值與標(biāo)稱值相差應(yīng)不大于10%。
植物用LED平板燈在增加糧食產(chǎn)量、縮短植物培育周期、延長花卉植物開花周期等方面,具有極其重要的意義。合理標(biāo)準(zhǔn)的引用和新舊標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化計算,有利于植物用LED平板燈的推廣和國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化。
[1] 楊其長,徐志剛,陳弘達(dá),等.LED光源在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的應(yīng)用原理與技術(shù)進(jìn)展.中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報,2011,13(5):37~42
[2] 高鴻磊,諸定昌.植物生長與光照的關(guān)系.燈與照明,2005,29(4):1~2
[3] 陳文成.730 nm遠(yuǎn)紅光LED在植物照明中的應(yīng)用.中國照明電器,2015,(8):29~30
國家863科研項目(2015AA033303);國家自然科學(xué)基金(61275169、61178048)