現(xiàn)有設(shè)施農(nóng)業(yè)中的光源很難滿足植物生長的需要，因此催生了農(nóng)業(yè)照明新市場。這個市場很火，可是對于農(nóng)業(yè)照明究竟該怎么照，恐怕還是沒有幾個人能說的清楚。

 

　　不如從植物生長的環(huán)境來說起，我們所見的大部分植物，大都是生長在日光下，于是就有人想到了，模擬日光的全光譜，給植物一個穩(wěn)定的生長環(huán)境，這個思路沒錯，但是，植物生長并不是需要所有波段的光譜。

 

　　植物對光譜具有選擇性，植物的光合作用在可見光光譜(380~760nm)范圍內(nèi)所吸收的光能約在6成，其中以波長610~720nm(波峰為660nm)的紅橙光以及400~510nm(波峰為450nm)的藍(lán)紫光為吸收峰值區(qū)域，這兩個波段倍成為植物的“光肥”。植物對510~610nm的黃綠光吸收較少。因此，開發(fā)這兩個波段為主體的人工光源將會提高植物的光能利用效率。

 

　　（實驗方法：將葉綠素的丙酮提取液放在光源和棱鏡之間，光透過葉綠素提取液和棱鏡之后，在后面形成可視光譜，被吸收了的光譜區(qū)域?qū)⒊尸F(xiàn)黑線或黑帶。比對即能得出葉綠素的吸收光譜。）

 

　　眾所周知，光是植物生長發(fā)育最重要的環(huán)境因子之一，其影響植物生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)形成的機理有兩類，其一即是光合作用；其二是光形態(tài)建成。

 

　　第一，光合作用是植物生物量與產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，植物95%的干物質(zhì)源于光合作用產(chǎn)生的碳水化合物。植物對光照條件存在復(fù)雜的反應(yīng)，包括光響應(yīng)、光抑制、光適應(yīng)、避陰反應(yīng)等。太陽的全色光譜中只有部分波段的光被植物吸收產(chǎn)生光合作用，植物的葉片形態(tài)、植物的生理反應(yīng)等都會影響光合作用。

 

　　第二，光形態(tài)建成是指光作為環(huán)境信號作用于植物，調(diào)節(jié)植物生長、分化和發(fā)育的過程。感受光的受體在植物細(xì)胞中含量微少，但對外界光環(huán)境的變化很敏感。例如600~700nm的紅光領(lǐng)域促進萵苣種子萌發(fā)，而720~740nm遠(yuǎn)紅光領(lǐng)域抑制萵苣種子萌發(fā)。

 

 

 

（植物葉片結(jié)構(gòu)）

 

 

 

（植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)及葉綠體內(nèi)部構(gòu)造圖）

 

 

 

（葉綠體內(nèi)光合作用簡圖）

 

　　這就要另外提到一個概念——“光合色素”。葉片是植物光合作用的主要器官，葉綠體是光合作用的最重要的細(xì)胞器，而在光合作用的反應(yīng)中吸收光能的色素即稱為光合色素，其主要有三種類型：葉綠素、類胡蘿卜素和藻膽素。高等植物中含有前兩類，藻膽素僅存在于藻類中。其中以葉綠素最為人所知曉。但是葉綠素并非對光合作用唯一有用的色素。其它色素也參與光合作用，因此光合作用效率無法僅有考慮葉綠素的吸收光譜。

 

 

 

（曲線1，細(xì)菌葉綠素a；曲線2，葉綠素a；曲線3，葉綠素b；曲線4，藻膽紅素；曲線5，β-類胡蘿卜素。）

 

 

 

（葉綠素a有效光譜）

 

 

 

（葉綠素b有效光譜）

 

 

 

（胡蘿卜素有效光譜）

 

 

 

（葉綠素f有效光譜）

 

 

 

（光合色素對光譜的具體利用 注：摘自劉文科、楊其長等所著的《LED光源及其設(shè)施園藝應(yīng)用》一書中）

 

 

 

　　植物體內(nèi)不同光合色素對光波的選擇吸收是植物在長期進化中形成的對生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)，這使植物可利用各種不同波長的光進行光合作用。

 

　　光合作用還與照射到葉片表面的光合有效輻射有關(guān)，光合有效輻射是對植物光合作用有效的可見光。通常完成一個光合作用需要8~10個光子，因此用光量子通量密度PPFD（單位：μmol/㎡/s）來評價光合作用的有效輻射能取得與實際光生物效應(yīng)相符合的效果，并被業(yè)界廣泛介紹。

 

　　不同的植物適合的紅藍(lán)光等比例有所不同，在不同生長階段所適宜的光照配方也不同。傳統(tǒng)光源的光譜不可調(diào)控，而LED能夠發(fā)出植物生長所需要的單色光，單色光組合后能形成植物光合作用與形態(tài)建成所需要的光譜。但要實現(xiàn)光輻射環(huán)境的調(diào)控還需要準(zhǔn)確測量光環(huán)境的光學(xué)參數(shù)，以滿足相應(yīng)植物的生長需求。

 

　　值得一提的是，人眼最敏感的光譜為555nm，介于黃-綠光，對藍(lán)光區(qū)與紅光區(qū)敏感性較差。而正如上文所說，植物則不然，對于紅光光譜最為敏感，對黃綠光較不敏感，但是敏感性的差異不似人眼如此懸殊。也就是說，植物與人眼對光譜的響應(yīng)特性不同。

 

 

 

（理想光量子傳感器和典型的植物光譜響應(yīng)曲線）

 

　　遠(yuǎn)方PLA-20植物照明專用分析儀的光譜相應(yīng)特征與植物的光譜響應(yīng)特征相一致，能精確測定光合色素的吸收光譜、紅/藍(lán)光比以及PPFD等參數(shù)。可廣泛應(yīng)用于植物工廠、無土栽培、溫室、植物生長箱等植物生長中光輻射的現(xiàn)場監(jiān)控。

 

 

 

 

 

　　（PLA-20植物照明專用分析儀可測量的參數(shù)，紅色部分為其專門為植物照明所設(shè)定的參數(shù)）

 

 

　　波長范圍：380nm～800nm

 

　　波長準(zhǔn)確度：±0.5nm

 

　　照度測量范圍：10lx～200klx

 

　　照度準(zhǔn)確度：±4%

 

 

 

某植物燈的光譜測量結(jié)果