LED灯在植物补光领域的效用探究
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图 3 荧光灯光谱绝对辐照度
根据图 2 的测试 SPD 和图 3 荧光灯的绝对辐照 度经过卤钨灯的定标转换可得其绝对辐照度 ,计算 公式如下 :
E绝F1
=
E相F1
×E绝HL E相HL
由图 3 可知 ,我们是实验用荧光灯的辐射光谱
峰值为 405. 92 nm、437. 34 nm、547. 51 nm、612. 89 nm、
1 实验过程
在场地为 5 m ×6 m 的温室中 ,搭建六组对比样 本 ,每组实验组种植六株番茄 。其中两组利用 6 根 18 W 荧光灯进行补光 ,另两组用由 108 颗每颗 1 W 的 LED 组成的 LED 灯进行补光 ;四组实验组均通过 调节光源的数目而实现红蓝光的功率之比为近 5∶1 。 最后两组为空白对照组 ,即不采用任何补光设施 。 荧光灯采用由浙江晨辉照明有限公司生产的植物补 光用荧光灯 ,LED 灯采用实验组特制的红蓝光功率 比近似为 5∶1 的 LED 灯 。实验用番茄种子 ,分别种 在 1 m ×0. 6 m ×0. 6 m (长 ×宽 ×高) 的塑料种植箱 中 。各实验组分别用遮布隔开 ,避免相互影响 。试 验现场见图 1 。
cm 的叶片 ,测量鲜重后放入试管 ,加入 5 ml 二甲基 亚砜 ,放入 65 ℃水浴 ,至叶子褪去绿色 ,将萃取液用 分光光度计测定 649 nm 和 665 nm 两个波长处的吸 光度 。另外测量植株干重 ,即将番茄植株放入植物 烘干箱 ,烘干两周后测定每组植株干重 。
2 实验的测试工作
2. 1 光源的辐射光谱能量分布 (SPD) 和照度值 我们使用 6 支 18 W 的 T8 植物补光专用荧光灯
2008 年 6 月 灯与照明 第 32 卷第 2 期
LED 灯在植物补光领域的效用探究
曲 溪 ,叶方铭 ,宋杰琼 ,顾玲玲 ,方 圆 ,陈 涛 ,陈大华
(复旦大学光源与照明工程系 ,上海 200433) 摘 要 :该文旨在通过实验探究在我国东南沿海的温室种植环境下利用 LED 和荧光灯对种植植物进 行补光的效用对比 。荧光灯选用专门研制的植物生长用荧光灯 ,其辐射光谱峰值为 405. 9 nm、437. 3 nm、547. 5 nm、612. 9 nm 和 659. 4 nm ,而 LED 光源为自行组装的 LED 光源 ,采用了单颗功率为 1 W 的 LED ,按照红蓝光发光颗粒数比为 5∶1 比例混合 。实验另设有空白对照组 ,即没有选择任何补光设备 。 借由植物的生长状况来评价两种光源在植物补光领域的效用 。实验结果显示植物补光照明对植物生 长有促进植株干重增长 15 %～20 %的效果 ,其中荧光灯补光的番茄叶绿素含量最高 ,LED 次之 ,而自 然光组较差 。另外 ,展示了 LED 补光的节能效果和改进潜力能体现植物补光应用的乐观前景 。 关键词 :LED ;荧光灯 ;植物补光 ;叶绿素 ;植株干重
表 1 比较了荧光灯 、LED 灯及理论植物生长所 需的最佳谱线 ,及红蓝光强度比值 ,实验数据中显示 试验用灯对红蓝光的强度比值有所忽视 ,今后的实 验可对这项内容进行更深入的研究 。而在谱线的选 择方面较为妥当 ,故实验的结果比较令人满意 。荧 光灯的绝对辐照度是其在光谱仪的测试下相对辐照 度经过卤钨灯的定标转换而成的 。
( Fudan University ,Light Source & Illumination Dept . Shanghai 200433)
Abstract : The paragraph contrasts the effects of LED and fluorescent lamp in the realm of supplementary lighting on plants , which are cultivated in southeast of China. We choose the specific fluorescent lamps , the peak values in spectrum of which are 405. 9 nm、437. 3 nm、547. 5 nm、612. 9 nm and 659. 4 nm ;We also design a collection of 1w LEDs with the redΠblue ratio of 5∶1 ; besides , we have a blank control group without any supplementary lighting devices. By assessing the effects of two supplementary lighting devices by the growth condition of plants , the result of experiment indicates that the dry weight of the plants which is supplementary lighted is 15 %～20 % higher than the control group . The tomato which is supplementary lighted by fluorescent lamps contains more chlo2 rophyll than that of led group and even more than control group . Further , the energy saving and improvement po2 tent of LED have a promoting perspective. Keywords : LED ; Fluorescent Lamp ;Supplementary lighting ;Chlorophyll ;Dry weight
The Research on the Effects of L ED in the realm of supplementary lighting on plants
Qu Xi , Ye Fangming ,Song Jieqiong , Gu Lingling , Fang Yuan , Chen Tao , Chen Dahua
成有机物的关键环节 ,如果能有效的提高植物对于 光的利用率 ,有效的增加有机物的合成 ,则会对改善 我国农业发展现状大有裨益 。
植物补光除了使用有特殊光谱能量分布的专用 荧光灯以外 ,近年来新崛起的 LED 由于具有诸多优 点 ,如节能性 、光谱可调性 、良好的点光源性 、冷光性 以及良好的防潮性等 ,都使其作为农业用灯而被看 好 。由于 LED 灯具有以上优点 ,使其可以对植物近
和红蓝光比例为 5∶1 的 LED 灯作为实验光源 。 根据红 光 波 段 是 植 物 光 合 作 用 的 主 要 能 量 来
源 ,可见光中的蓝光波段有助于叶绿素的合成 ,使蔬 菜的维生素 C 增加 3～5 倍 ,如果没有蓝色光 ,会造 成植物形态的异常 ;其中红蓝光的比值在 5Π1 到 10Π1 之间对植物生长最为有益 。
表 1 荧光灯和 LED 等的辐射谱线与植物生长所需谱线比较
源自文库
谱线
红蓝光强度比值
理论上植物生长所
需最佳值
400～500 nm 的蓝光和 600～700 nm 的红光
5∶1～10∶1
荧光灯 L ED
峰值在 405. 92 nm ,437. 34 nm ,547. 51 nm ,612. 89 nm ,659. 43 nm 红光 638. 12 nm ,蓝光 467. 75 nm
图 7 分别表示了实验 2 个月中 6 组植物植株的
平均直径 ,平均叶面面积和平均叶片数随着时间的 变化情况 。
由图 6 可知 ,综合植株直径 、叶片面积和叶片数 等数据可得出结论 ,利用 LED 灯补光植株茎叶生长 较荧光灯与自然光情况下的生长状况好 。其中在 LED 灯补光与荧光灯补光情况下叶片面积的生长情 况不相上下 ,自然光组略显不足 ;考虑叶片数目 ,利 用荧光灯补光可得到最多的叶片数 ,利用 LED 补光 叶片数其次 ,自然光组叶片数最少 。
70∶73≈1∶1 5 ×10 个 led 灯头 ×1∶1 ×10 个 LED 灯头 ×2≈5∶2
注 :上表荧光灯与 LED 的光强比值是通过积分同一光谱上的红光 (600～700 nm) 及蓝光 (400～500 nm) 的相对辐照度曲线得 出。
2. 2 植物的测量工作 2. 2. 1 植株生长状况测量
收稿日期 :200822228 作者简介 :曲溪 ,复旦大学光源与照明工程系电气工程及其自动化专业 05 级本科生 。
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2008 年 6 月 灯与照明 第 32 卷第 2 期
距离照射和对空间的不同位置进行不同波长的逐点 照射 ,进而实现使用耗能较少的光源从而达到优于 传统灯具及照射方式的补光效果 。这样不仅可以实 现对密集种植作物的低矮位置和对分层种植作物的 按需补光 ,还可以实现对同一种作物的不同部位的 不同种类光的补光 。本文就试从这两种光源在植物 补光中的效果加以实验研究 。
每三天对植物的生长状况进行测量 ,测量内容 包括 :每棵植株茎基部的直径 ,每棵植株的叶片数 目 ,以及每棵植株在植株的生理高度的中部随机选 取一支 ,量取其上面积最大的六片叶子的叶片长与 宽 ,并以此粗略算出叶片的面积 ,最后将所得到的数 据进行统计和求平均 ,得到每个测量日每个实验组 的各项数据的平均值 (见图 6) 。
由图 5 可知 ,相同功率的荧光灯与 LED 灯 ,在 1 m处侧面 , LED 灯的照度是荧光灯的 3 倍 ,中间处 达 5 倍 ;在 0. 5 m 处 ,LED 灯的照度基本上是荧光灯 的 2 倍 ,所以从光效的角度上讲 ,LED 灯比荧光灯占 有了明显优势 ,利用这一点可以提高电能的利用效 率 ,并使之转化为可观的成本收益 。
0 前言
我国是一个农业大国 ,农业在我国有着重要的 地位 。在我国 ,农业的现状在极大程度上依然按传 统方式 ,高成本 ,低效率 ,投入较高 ,产值较低 ,这些 特征使得农业成为国民经济中亟待发展的一环 。利 用科学的植物补光方法提高农产品的产量是解决农 业现状的一个有效途径 。光合作用是植物生长 ,合
我们对荧光灯及 LED 灯进行辐射光谱能量分布 (SPD) 的测试 ,其结果分别见图 2 和图 3 所示 。
图 2 荧光灯光谱相对辐照度
图 1 实验室现场布灯情况 注 :左侧为 LED 组 ,12 根 LED 并排安装在灯架上 ; 右侧 为荧光灯组 ,6 根荧光灯并排安装 。
实验从培育番茄幼苗开始历时两个月 ,期间利 用定时装置每天从 18 点到 20 点利用荧光灯及 LED 灯对两组番茄进行补光 。为避免灯架在白天影响植 物的光照 ,采用移动的方式 ,将灯固定在可移动的灯 架上 ,白天将灯架从植株的正上方移除 ,开始补光时 再移动到植株的正上方 。在整个实验中 ,每三天对 6 组番茄进行数据测量 ,取每株植株直径 ,叶片数及叶 面长宽等数据记录 。实验结束后 ,将 6 组对比样本 送至复旦大学生物系实验室利用分光计进行叶绿素 含量的测定 。叶绿素含量测定实验步骤如下 :每株 植株上取三片叶子 ,每片叶子上用打孔器取直径为 1
659. 43 nm ,大部分波峰处于 400～500 nm 与 600～
700 nm 之间 。
实验用的植物补光用 LED 辐射谱线见图 4 。
2008 年 6 月 灯与照明 第 32 卷第 2 期
图 4 植物补光用 LED 的辐射谱线
图 5 试验现场的照度分布 注 :左上图为荧光灯组 1 m 处的照度分布 ,右上图为 LED 组 1 m 处的照度分布 ;左中图为荧光灯组 0. 5 m 处的照度分 布 ,右中图为 LED 组 0. 5 m 处的照度分布 ;左下图为荧光灯 组 0. 15 m 处的照度分布 ,右下图为 LED 组 0. 15 m 处的照度 分布 。
图 3 荧光灯光谱绝对辐照度
根据图 2 的测试 SPD 和图 3 荧光灯的绝对辐照 度经过卤钨灯的定标转换可得其绝对辐照度 ,计算 公式如下 :
E绝F1
=
E相F1
×E绝HL E相HL
由图 3 可知 ,我们是实验用荧光灯的辐射光谱
峰值为 405. 92 nm、437. 34 nm、547. 51 nm、612. 89 nm、
1 实验过程
在场地为 5 m ×6 m 的温室中 ,搭建六组对比样 本 ,每组实验组种植六株番茄 。其中两组利用 6 根 18 W 荧光灯进行补光 ,另两组用由 108 颗每颗 1 W 的 LED 组成的 LED 灯进行补光 ;四组实验组均通过 调节光源的数目而实现红蓝光的功率之比为近 5∶1 。 最后两组为空白对照组 ,即不采用任何补光设施 。 荧光灯采用由浙江晨辉照明有限公司生产的植物补 光用荧光灯 ,LED 灯采用实验组特制的红蓝光功率 比近似为 5∶1 的 LED 灯 。实验用番茄种子 ,分别种 在 1 m ×0. 6 m ×0. 6 m (长 ×宽 ×高) 的塑料种植箱 中 。各实验组分别用遮布隔开 ,避免相互影响 。试 验现场见图 1 。
cm 的叶片 ,测量鲜重后放入试管 ,加入 5 ml 二甲基 亚砜 ,放入 65 ℃水浴 ,至叶子褪去绿色 ,将萃取液用 分光光度计测定 649 nm 和 665 nm 两个波长处的吸 光度 。另外测量植株干重 ,即将番茄植株放入植物 烘干箱 ,烘干两周后测定每组植株干重 。
2 实验的测试工作
2. 1 光源的辐射光谱能量分布 (SPD) 和照度值 我们使用 6 支 18 W 的 T8 植物补光专用荧光灯
2008 年 6 月 灯与照明 第 32 卷第 2 期
LED 灯在植物补光领域的效用探究
曲 溪 ,叶方铭 ,宋杰琼 ,顾玲玲 ,方 圆 ,陈 涛 ,陈大华
(复旦大学光源与照明工程系 ,上海 200433) 摘 要 :该文旨在通过实验探究在我国东南沿海的温室种植环境下利用 LED 和荧光灯对种植植物进 行补光的效用对比 。荧光灯选用专门研制的植物生长用荧光灯 ,其辐射光谱峰值为 405. 9 nm、437. 3 nm、547. 5 nm、612. 9 nm 和 659. 4 nm ,而 LED 光源为自行组装的 LED 光源 ,采用了单颗功率为 1 W 的 LED ,按照红蓝光发光颗粒数比为 5∶1 比例混合 。实验另设有空白对照组 ,即没有选择任何补光设备 。 借由植物的生长状况来评价两种光源在植物补光领域的效用 。实验结果显示植物补光照明对植物生 长有促进植株干重增长 15 %～20 %的效果 ,其中荧光灯补光的番茄叶绿素含量最高 ,LED 次之 ,而自 然光组较差 。另外 ,展示了 LED 补光的节能效果和改进潜力能体现植物补光应用的乐观前景 。 关键词 :LED ;荧光灯 ;植物补光 ;叶绿素 ;植株干重
表 1 比较了荧光灯 、LED 灯及理论植物生长所 需的最佳谱线 ,及红蓝光强度比值 ,实验数据中显示 试验用灯对红蓝光的强度比值有所忽视 ,今后的实 验可对这项内容进行更深入的研究 。而在谱线的选 择方面较为妥当 ,故实验的结果比较令人满意 。荧 光灯的绝对辐照度是其在光谱仪的测试下相对辐照 度经过卤钨灯的定标转换而成的 。
( Fudan University ,Light Source & Illumination Dept . Shanghai 200433)
Abstract : The paragraph contrasts the effects of LED and fluorescent lamp in the realm of supplementary lighting on plants , which are cultivated in southeast of China. We choose the specific fluorescent lamps , the peak values in spectrum of which are 405. 9 nm、437. 3 nm、547. 5 nm、612. 9 nm and 659. 4 nm ;We also design a collection of 1w LEDs with the redΠblue ratio of 5∶1 ; besides , we have a blank control group without any supplementary lighting devices. By assessing the effects of two supplementary lighting devices by the growth condition of plants , the result of experiment indicates that the dry weight of the plants which is supplementary lighted is 15 %～20 % higher than the control group . The tomato which is supplementary lighted by fluorescent lamps contains more chlo2 rophyll than that of led group and even more than control group . Further , the energy saving and improvement po2 tent of LED have a promoting perspective. Keywords : LED ; Fluorescent Lamp ;Supplementary lighting ;Chlorophyll ;Dry weight
The Research on the Effects of L ED in the realm of supplementary lighting on plants
Qu Xi , Ye Fangming ,Song Jieqiong , Gu Lingling , Fang Yuan , Chen Tao , Chen Dahua
成有机物的关键环节 ,如果能有效的提高植物对于 光的利用率 ,有效的增加有机物的合成 ,则会对改善 我国农业发展现状大有裨益 。
植物补光除了使用有特殊光谱能量分布的专用 荧光灯以外 ,近年来新崛起的 LED 由于具有诸多优 点 ,如节能性 、光谱可调性 、良好的点光源性 、冷光性 以及良好的防潮性等 ,都使其作为农业用灯而被看 好 。由于 LED 灯具有以上优点 ,使其可以对植物近
和红蓝光比例为 5∶1 的 LED 灯作为实验光源 。 根据红 光 波 段 是 植 物 光 合 作 用 的 主 要 能 量 来
源 ,可见光中的蓝光波段有助于叶绿素的合成 ,使蔬 菜的维生素 C 增加 3～5 倍 ,如果没有蓝色光 ,会造 成植物形态的异常 ;其中红蓝光的比值在 5Π1 到 10Π1 之间对植物生长最为有益 。
表 1 荧光灯和 LED 等的辐射谱线与植物生长所需谱线比较
源自文库
谱线
红蓝光强度比值
理论上植物生长所
需最佳值
400～500 nm 的蓝光和 600～700 nm 的红光
5∶1～10∶1
荧光灯 L ED
峰值在 405. 92 nm ,437. 34 nm ,547. 51 nm ,612. 89 nm ,659. 43 nm 红光 638. 12 nm ,蓝光 467. 75 nm
图 7 分别表示了实验 2 个月中 6 组植物植株的
平均直径 ,平均叶面面积和平均叶片数随着时间的 变化情况 。
由图 6 可知 ,综合植株直径 、叶片面积和叶片数 等数据可得出结论 ,利用 LED 灯补光植株茎叶生长 较荧光灯与自然光情况下的生长状况好 。其中在 LED 灯补光与荧光灯补光情况下叶片面积的生长情 况不相上下 ,自然光组略显不足 ;考虑叶片数目 ,利 用荧光灯补光可得到最多的叶片数 ,利用 LED 补光 叶片数其次 ,自然光组叶片数最少 。
70∶73≈1∶1 5 ×10 个 led 灯头 ×1∶1 ×10 个 LED 灯头 ×2≈5∶2
注 :上表荧光灯与 LED 的光强比值是通过积分同一光谱上的红光 (600～700 nm) 及蓝光 (400～500 nm) 的相对辐照度曲线得 出。
2. 2 植物的测量工作 2. 2. 1 植株生长状况测量
收稿日期 :200822228 作者简介 :曲溪 ,复旦大学光源与照明工程系电气工程及其自动化专业 05 级本科生 。
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2008 年 6 月 灯与照明 第 32 卷第 2 期
距离照射和对空间的不同位置进行不同波长的逐点 照射 ,进而实现使用耗能较少的光源从而达到优于 传统灯具及照射方式的补光效果 。这样不仅可以实 现对密集种植作物的低矮位置和对分层种植作物的 按需补光 ,还可以实现对同一种作物的不同部位的 不同种类光的补光 。本文就试从这两种光源在植物 补光中的效果加以实验研究 。
每三天对植物的生长状况进行测量 ,测量内容 包括 :每棵植株茎基部的直径 ,每棵植株的叶片数 目 ,以及每棵植株在植株的生理高度的中部随机选 取一支 ,量取其上面积最大的六片叶子的叶片长与 宽 ,并以此粗略算出叶片的面积 ,最后将所得到的数 据进行统计和求平均 ,得到每个测量日每个实验组 的各项数据的平均值 (见图 6) 。
由图 5 可知 ,相同功率的荧光灯与 LED 灯 ,在 1 m处侧面 , LED 灯的照度是荧光灯的 3 倍 ,中间处 达 5 倍 ;在 0. 5 m 处 ,LED 灯的照度基本上是荧光灯 的 2 倍 ,所以从光效的角度上讲 ,LED 灯比荧光灯占 有了明显优势 ,利用这一点可以提高电能的利用效 率 ,并使之转化为可观的成本收益 。
0 前言
我国是一个农业大国 ,农业在我国有着重要的 地位 。在我国 ,农业的现状在极大程度上依然按传 统方式 ,高成本 ,低效率 ,投入较高 ,产值较低 ,这些 特征使得农业成为国民经济中亟待发展的一环 。利 用科学的植物补光方法提高农产品的产量是解决农 业现状的一个有效途径 。光合作用是植物生长 ,合
我们对荧光灯及 LED 灯进行辐射光谱能量分布 (SPD) 的测试 ,其结果分别见图 2 和图 3 所示 。
图 2 荧光灯光谱相对辐照度
图 1 实验室现场布灯情况 注 :左侧为 LED 组 ,12 根 LED 并排安装在灯架上 ; 右侧 为荧光灯组 ,6 根荧光灯并排安装 。
实验从培育番茄幼苗开始历时两个月 ,期间利 用定时装置每天从 18 点到 20 点利用荧光灯及 LED 灯对两组番茄进行补光 。为避免灯架在白天影响植 物的光照 ,采用移动的方式 ,将灯固定在可移动的灯 架上 ,白天将灯架从植株的正上方移除 ,开始补光时 再移动到植株的正上方 。在整个实验中 ,每三天对 6 组番茄进行数据测量 ,取每株植株直径 ,叶片数及叶 面长宽等数据记录 。实验结束后 ,将 6 组对比样本 送至复旦大学生物系实验室利用分光计进行叶绿素 含量的测定 。叶绿素含量测定实验步骤如下 :每株 植株上取三片叶子 ,每片叶子上用打孔器取直径为 1
659. 43 nm ,大部分波峰处于 400～500 nm 与 600～
700 nm 之间 。
实验用的植物补光用 LED 辐射谱线见图 4 。
2008 年 6 月 灯与照明 第 32 卷第 2 期
图 4 植物补光用 LED 的辐射谱线
图 5 试验现场的照度分布 注 :左上图为荧光灯组 1 m 处的照度分布 ,右上图为 LED 组 1 m 处的照度分布 ;左中图为荧光灯组 0. 5 m 处的照度分 布 ,右中图为 LED 组 0. 5 m 处的照度分布 ;左下图为荧光灯 组 0. 15 m 处的照度分布 ,右下图为 LED 组 0. 15 m 处的照度 分布 。