1000wLED植物燈的12種植物光配方

近幾年，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提高，溫室大棚發(fā)展迅速。傳統(tǒng)溫室大棚使用普通電光源補充光照已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們日益增長(zhǎng)的需求。普通電光源缺乏對(duì)具體光譜成分的分析，導(dǎo )致光質(zhì)處理的不純、光強(qiáng)的不一致、低於植物光補償點(diǎn)、照射光源能效低等問(wèn)題，最終導(dǎo )致投入產(chǎn)出比不是很理想。新型的1000wLED植物燈面世以來(lái)，因體積小和質(zhì)量輕與壽命長(zhǎng)以及光強(qiáng)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，使其成為植物光環(huán)境調(diào)控的最重要光源之一，並在節(jié)能和促進(jìn)植物生長(zhǎng)方的面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

一、光的應(yīng)用分類(lèi)

視覺應(yīng)用：應(yīng)用於照明，物理單位是以平均人眼的視效函數(shù)對(duì)光譜輻射功率加權(quán)得到的光通量是為主要參數(shù)。

非視覺應(yīng)用：以動(dòng)物、植物、醫(yī)療、微生物、識別、數(shù)據(jù)傳送等應(yīng)用，物理單位是輻射功率或者是光量子數(shù)。

二、光子的能量

LED植物燈發(fā)光是能量的轉(zhuǎn)換(huàn)現(xiàn)象，電子與空穴複合是多餘的能量會(huì)發(fā)光，產(chǎn)生的光子，波長(zhǎng)是越短，產(chǎn)生光子的能量是越高，光子是光傳遞能量過(guò)程之中的最小單位，植物光合作用吸收的就是這種帶能量的光子，光合作用是在光子能量包驅動(dòng)來(lái)進(jìn)行，而不是一般的光能量作用，這就是植物光合作用是需要光子去表達(dá)的原因。

單個(gè)光子的能量是在波長(zhǎng)400nm與波長(zhǎng)700nm的能量比是1.75，藍(lán)光比紅光能量大 1.75 倍。

相同輻射功率下，產(chǎn)生光子的數(shù)量是隨著波長(zhǎng)的增大而增加。

光合作用是由光子通量來(lái)產(chǎn)生，是攜帶能量的光子在酶的作用下來(lái)分解CO2與H2O後產(chǎn)生新的分子的過(guò)程，但不是所有被植物吸收的光子都產(chǎn)生相同的光合作用，需要用能量傳遞的角度來(lái)理解光合作用，用「光餐」來(lái)理解光子與植物的關(guān)係

光合有效輻射的光子數(shù)量採用兩(liǎng)種度量單位：光合光子通量（PPF），其波長(zhǎng)範圍是從400到700 nm，二是產(chǎn)生的光子通量（YPF），其波長(zhǎng)範圍是可以根據(jù)植物的光合響應(yīng)下確定波長(zhǎng)範圍。

三、led植物燈的參數(shù)與單位

摩爾量（mol）：在描述物質(zhì)構(gòu )成的基本單位如分子、離子、光量子等的時(shí)候，常常採用摩爾量表示，摩爾量是由6.022EXP(23)個(gè)物質(zhì)的基本粒子來(lái)構(gòu )成一個(gè)基本量，單位是：摩爾（mol），在植物光合作用裡光子的數(shù)量也是採用摩爾量來(lái)表示，一個(gè)光子摩爾（mol）裡包含有6.022EXP(23)個(gè)光子，由於是在植物光合裡摩爾的單位大，許多參數(shù)都是採用微摩爾表示。

1 摩爾（mol） = 1000000微摩爾（umol）。

1 微摩爾（umol）包含有6千萬(wàn)個(gè)億的光子。

PAR：光合有效輻射

植物用於光合作用的特定波長(zhǎng)範圍（400-700nm）的輻射稱(chēng)作光合有效輻射，標(biāo)註單位有兩(liǎng)種，一是用光合輻照度表示（w/m2），主要是用於太陽光的光合作用的廣(guǎng)義研究，二是用光合光子通量密度PPFD來(lái)表示（umol/m2s），主要是用於人造光源和太陽光對(duì)植物光合作用的研究，採用每秒輻射到植物表面的光子流量的這個(gè)方法來(lái)表示輻射源的輻射能力，稱(chēng)為PPF PAR法。（註：m2表示平方米）

PAR約佔太陽總輻射的50%，要注意的是，光合輻照度這個(gè)單位是體現(xiàn)不出波長(zhǎng)的影響。

PPF：光合光子通量

是指波長(zhǎng)在400-700nm波段裡，人造光源每秒輻射出光子的微摩爾的數(shù)量，單位是umol/s。

PPFD：光合光子通量密度

與PPF相對(duì)應(yīng)的是每平方米每秒光源輻射出的微摩爾數(shù)量，單位是umol/m2s ，是密度的概念。

PPFD是表示在一平方米範圍裡面的PPF。

PPFD是與輻射距離相關(guān)的物理量，與照射距離的平方成反比。

1 PPFD 表示每秒1微摩爾的光子數(shù)量輻射在1平方米的表面。

1umol/m2s（PPFD）是有多大呢，它表示10平方納米裡面有6個(gè)光子。

YPF：產(chǎn)生的光子通量

是指在人造光源所發(fā)出的波長(zhǎng)範圍裡，每秒輻射出的光子微摩爾的數(shù)量，單位umol/s。通常認(rèn)為的波段是在360-760nm，對(duì)於LED植物燈的光源，波長(zhǎng)範圍設(shè)定在380-800nm。

YPFD：產(chǎn)生的光子通量密度

與YPF相對(duì)應(yīng)的是每平方米每秒輻射的微摩爾數(shù)，單位umol/m2s ，是密度的概念。

YPFD是表示為一平方米範圍裡的YPF。

YPFD是與輻射距離相關(guān)的物理量，與照射的距離的平方是成反比。

YPFD更能夠準(zhǔn)確的表達(dá)LED植物燈光質(zhì)的光量。

對(duì)於紅光藍(lán)光譜，YPF等於PPF，其他光譜PPF

PAR和PPFD的區(qū)別，PAR是個(gè)物理的概念，而PPFD是這個(gè)物理概念的單位。

PPFD與PPF的關(guān)係：PPFD是由種植工藝參數(shù)得出的基本量，PPF是燈具製造的最主要參數(shù)。

為了清晰了解輻射和照明與植物光合作用的這三個(gè)概念，我們製作了下面的表格。

人造光源的輻射、照明、植物光合作用這三個(gè)概念對(duì)比表：

四、不同光源與燈具之間定量分析參數(shù)

對(duì)於不同的人造光源，採用下面的指標(biāo)是可以比較他們之間的光譜參數(shù)性能，這些參數(shù)也是可以比較同種光源相同光譜形態(tài)下不同廠(chǎng)家的光譜參數(shù)性能，通常，這些值越大越好，數(shù)值大並不意味著種植效率高，需要是具備專(zhuān)業(yè)技能的專(zhuān)業(yè)評(píng)估。

PPF/w：是表示每耗電一瓦所產(chǎn)生的PPF。

PPFD/w：表示每耗電一瓦所產(chǎn)生的PPFD。

YPF/w：是表示每耗電一瓦所產(chǎn)生的YPF。

YPFD/w：表示每耗電一瓦所產(chǎn)生的YPFD。

以上這些值大小與光譜形態(tài)（光質(zhì)）是有關(guān)的，如果是把這些值再除以植物燈的價(jià)格，那就是可以比較植物燈價(jià)格高低，這些值的有效性需要通過(guò)第三方獨(dú)立的專(zhuān)業(yè)分析才可靠。

通常，農(nóng)用鈉燈最大到 2.2 PPF/w，LED光源，最大2.1 PPF/w

五、光質(zhì)、光量、光周期

光質(zhì)LQ，是在一定的波長(zhǎng)範圍內(nèi)光譜的形態(tài)，沒有單位。

光量是LI，是表示光質(zhì)所能輻射的光子的數(shù)量，既可以用光子流量來(lái)表示，也是可以用光子密度表示，單位：PPF（YPF）或者PPFD（YPFD）。

光周期是PP，表示在一個(gè)自然日內(nèi)，植物燈開(kāi)燈時(shí)間的總和，單位：小時(shí)

六、植物每天需要的輻射量

許多人熱衷研究植物輻射的補償點(diǎn)和飽和點(diǎn)來(lái)推算植物燈應(yīng)該使用多大的PPFD，從補償點(diǎn)到飽和點(diǎn)的範圍較大，在這個(gè)範圍的選擇植物燈的光量具是有人為的隨機(jī)性，補償點(diǎn)與飽和點(diǎn)只是定性的分析，量化過(guò)程是一定要考慮其他環(huán)境因素，不可以機(jī)械的理解，用「光餐」解釋植物補光可能更為恰當(dāng)，在我們的種植工藝專(zhuān)家的系統(tǒng)裡，我們給出的是植物每天每平方米合理需要的輻射量，這個(gè)量值是關(guān)係到種植成本與種植品質(zhì)，我們的這個(gè)參數(shù)就是參考農(nóng)業(yè)科學(xué)長(zhǎng)期研究的種植工藝參數(shù)DLI，具有理論的依據(jù)。

日光合量DLA：指人造光源在光周期下每天每平方米的PPFD所產(chǎn)生的光子的摩爾數(shù)量，單位：mol/m2d。

由於植物燈的光量是在光周期下是恆定的，DLA=0.0036*PPFD*PP。PP-光周期單位是：小時(shí)。

DLA是種植工藝的參數(shù)，植物工廠(chǎng)的植物種植所要的PPFD就是用DLA計(jì)算出來(lái)的。

日光積分量DLI：指太陽光有效輻射下每天每平方米的光合作用積分量，單位：mol/m2d。

DLI在傳統(tǒng)種植中是一個(gè)很重要的光合量參數(shù)，是長(zhǎng)期農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的重要技術(shù)參數(shù)，具有普遍的種植指導(dǎo )意義，在太陽光的照射下，由於太陽光的光合輻照度（換(huàn)算成PPFD）隨時(shí)間與天氣在不斷變化，這個(gè)變化是會(huì)出現(xiàn)跨度有時(shí)會(huì)在補償點(diǎn)與飽和點(diǎn)之間，DLI是需要按照積分的方法計(jì)算，初步的計(jì)算可以用平均PPFD與有效時(shí)間（小時(shí)）進(jìn)行計(jì)算。

在太陽光下是按照平均值方法計(jì)算的DLI，DLI=0.0036*PPFD（平均）*有效時(shí)間。有效時(shí)間單位：小時(shí)。

在室外種植中，DLI參數(shù)是會(huì)受到飽和點(diǎn)的影響，在溫室的大棚裡，室內(nèi)的DLI是小於室外的DLI，溫室的DLI通常也是會(huì)小於DLA，DLA參數(shù)的建立，科學(xué)的提供了溫室是否補光與補光量大小的重要理論依據(jù)，系統(tǒng)的建立人造光源的DLA資料庫(kù)，可以提供植物工廠(chǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)體系，是有著很重要的意義，希望農(nóng)業(yè)科研人員參與到這項(xiàng)工作中。

DLA是植物工廠(chǎng)與溫室補光的種植工藝的最主要參數(shù)，是植物燈的設(shè)計(jì)最主要依據(jù)，DLA是可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者通過(guò)DLI經(jīng)過(guò)加權(quán)後初步得出，但是需要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)修正，DLA與DLI的關(guān)係是：DLA

七、光源功率、PPF、PPFD、安裝高度的關(guān)係

適當(dāng)的安裝高度可以降低光源功率，減少系統(tǒng)的能耗。對(duì)於同一種PPF的光源，安裝高度與PPFD的關(guān)係是安裝高度的增加，PPFD是以2次方的速率下降。

八、 LED植物燈的極限參數(shù)

植物燈光譜形態(tài)確定後，對(duì)應(yīng)於這種光譜形態(tài)的最高YPF或PPF就是可以計(jì)算出來(lái)的，這對(duì)評(píng)估LED植物燈的應(yīng)用是非常重要的，也是LED植物燈與其他類(lèi)型的植物燈性能做比較的主要方法。

以輻射效率40%為例：

波長(zhǎng)445nm，PPF/w = 1.538

波長(zhǎng)660nm，PPF/w = 2.19

3000k白光，YPF/w = 1.99

藍(lán)光+紅粉，YPF/w = 2.133

紅藍(lán)光，PPF/w = 2.12

目前的LED封裝技術(shù)批量供貨的最高輻射效率是低於40%。

目前LED植物燈的PPF/w值是小於2，基本上是在1.6-1.8之間。

目前農(nóng)用鈉燈的PPF/w 值是在2.0-2.2之間。

深圳耀嶸科有限公司經(jīng)過(guò)不斷研究，發(fā)現(xiàn)不同的植物生長(zhǎng)發(fā)育是需要不同的光配方，按照更合理的光配方配置1000wLED植物燈，植物才能夠生長(zhǎng)的更加完美。下面是部分研究光配比參數(shù)：  

（1）生菜：定植和育苗光源分別採用紅藍(lán)光 6∶1和 7∶1 的光源最適合其生長(zhǎng)。   

（2）韭菜：紅/藍(lán) 7∶1 處理下韭菜株高、莖粗、葉寬等質(zhì)量比均顯著高於其他處理。  

（3）黃瓜：7∶2 是適宜黃瓜幼苗生長(zhǎng)的最佳紅藍(lán)光配比。而生長(zhǎng)期 7∶1 為最佳紅藍(lán)光配比。   

（4）青菜、空心菜：以 7∶1 是適宜青菜、空心菜葉子生長(zhǎng)的最佳紅藍(lán)光配比。

（5）白蘿蔔：生長(zhǎng)最適宜的光質(zhì)：紅藍(lán)光配比是 8∶1。  

（6）油麥菜：紅藍(lán)光比例是在 9∶1，是有利於油麥菜的生長(zhǎng)。   

（7）草莓、西紅柿：紅藍(lán)光是 9∶1 對(duì)草莓、西紅柿生長(zhǎng)最有利，並且果實(shí)是飽滿(mǎn)且營(yíng)養(yǎng)豐富。   

（8）冬青：紅藍(lán)光按照 8∶1 的比例配置，冬青長(zhǎng)勢(shì)最好，強(qiáng)壯而且根系也非常發(fā)達(dá)。   

（9）芽苗菜：以 6∶2∶1 的紅綠藍(lán)光配比效果最明顯。   

（10）馬蹄蓮：生長(zhǎng)情況以補照紅藍(lán)光 6∶2的比例效果最好。   

（11）紅掌驕陽： 綜合分析， 紅藍(lán)光 7∶3 處理較佳， 有利於形態(tài)和根部生長(zhǎng)以及乾物質(zhì)積累。   

（12）鐵皮石斛：紅藍(lán)光是 7∶3，其增殖效果最好；6∶4 時(shí)， 更是有利於苗株光合作用和物質(zhì)積累。

深圳耀嶸科技有限公司1000wLED植物燈能夠滿(mǎn)足植物波長(zhǎng)光照需求，特別是適合應(yīng)用於光控植物設(shè)施栽培環(huán)境，可以很好地滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，廣(guǎng)泛應(yīng)用於植物栽培和溫室補光與植物組培以及植物工廠(chǎng)，具有能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)，調(diào)節(jié)植物形態(tài)的建成，節(jié)能環(huán)保等多方面的優(yōu)勢(shì)。