針對(duì)園藝應(yīng)用封裝的LED和固態(tài)照明產(chǎn)品市場(chǎng)正在不斷擴(kuò)大;與此同時(shí)，科學(xué)家們繼續(xù)不斷嘗試將單色光譜與不同植物和生長(zhǎng)階段進(jìn)行匹配，MAURY WRIGHT報(bào)道說(shuō)。
園藝研究已經(jīng)確定：一些相對(duì)較窄的光譜帶輻射可以促進(jìn)植物中的葉綠素吸收，從而促進(jìn)光合作用過(guò)程。封裝LED制造商和固態(tài)照明(SSL)成品制造商正在行動(dòng)，從而想從一個(gè)快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)中分得一杯羹。同時(shí)，研究人員繼續(xù)努力了解其他波長(zhǎng)是如何進(jìn)一步提高溫室和室內(nèi)商業(yè)農(nóng)場(chǎng)的生產(chǎn)力。
LED照明和鮮花蔬菜的商業(yè)種植者之間的搭配是很自然的。無(wú)論是在需要補(bǔ)光的溫室，還是完全依賴人造光的室內(nèi)環(huán)境中，園藝照明的電費(fèi)都是農(nóng)場(chǎng)的一個(gè)主要費(fèi)用。節(jié)能的固態(tài)照明(SSL)產(chǎn)品從一開(kāi)始就承諾減少電費(fèi)。
但是，有關(guān)“特定的光譜帶如何主要影響植物生長(zhǎng)周期的不同階段”的研究讓LED更適合該應(yīng)用。廣譜光源，比如金屬鹵化燈，基本上將能量浪費(fèi)在產(chǎn)生部分光譜帶的輻射中，比如綠光，目前研究證明，綠光至少對(duì)植物生長(zhǎng)沒(méi)有任何益處。相反，LED的單色特性意味著固態(tài)照明制造商可以生產(chǎn)出只發(fā)出植物所需的光譜能量的燈具，從而增加能源效率。
封裝LED
事實(shí)上，以照明為中心的園藝研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，但一些原則已經(jīng)確立，而研究人員則繼續(xù)研究，以發(fā)現(xiàn)特定光譜帶與蔬菜或花卉生產(chǎn)之間的關(guān)系。而LED廠商正在對(duì)此進(jìn)行研究。例如，歐司朗光電半導(dǎo)體公司就發(fā)布了所謂的“遠(yuǎn)紅LED”，中心波長(zhǎng)730nm(圖1)。
圖1. 歐司朗新的730nm LED可以提高辣椒、西紅柿和玫瑰的生產(chǎn)力。
歐司朗固態(tài)照明應(yīng)用經(jīng)理Kim Peiler表示，450nm和660nm波段作為所有植物的葉綠素吸收峰值，這一點(diǎn)得到了充分的證實(shí)。然而，新的研究已經(jīng)證明，660和730nm光的組合可以影響植物中的光敏色素感光體。Peiler補(bǔ)充說(shuō)，刺激植物色素可以使植物開(kāi)花更快。
研究人員還在研究如何應(yīng)用遠(yuǎn)紅光，以及它們?cè)谥参锷L(zhǎng)周期中的哪一點(diǎn)。例如，Peiler表示，剝奪植物的紅光可以模擬陰影，并導(dǎo)致植物長(zhǎng)出更長(zhǎng)的莖，可用于嫁接。但是在生長(zhǎng)周期的另一個(gè)階段或不同應(yīng)用中，紅色組合可能會(huì)迅速觸發(fā)開(kāi)花。
LED類型的組合在園藝中使用將繼續(xù)發(fā)展。歐司朗還提供橙色、黃色和綠色單色LED以及研究人員正在嘗試的磷光體轉(zhuǎn)換的白光LED。為什么會(huì)是一個(gè)白色的LED?白色LED中的藍(lán)色光泵提供所需的藍(lán)色峰值，而園藝環(huán)境中的工人需要白光。因此，紅色和白色LED混合使用證明是有用的，提供植物和人類所需的光。
園藝照明產(chǎn)品
同時(shí)，園藝固態(tài)照明的市場(chǎng)潛力正在帶動(dòng)新的照明廠商進(jìn)入細(xì)分市場(chǎng)。例如，Hubbell Lighting推出了使用660 nm紅光LED和460 nm藍(lán)光LED的NutriLED園藝照明產(chǎn)品系列(圖2)。Hubbell新產(chǎn)品創(chuàng)新產(chǎn)品經(jīng)理Tom Veltri表示，藍(lán)光LED是植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段的關(guān)鍵，而紅光LED可促進(jìn)開(kāi)花和結(jié)果。Hubbell正在使用二比一的紅-藍(lán)混合，Veltri表示這可服務(wù)于園藝市場(chǎng)最廣泛的部分。
圖2. Hubbell推出可伸展的NutriLED燈具，可以并聯(lián)組成線性燈具。
問(wèn)Veltri，為什么Hubbell作為一家主流照明制造商會(huì)決定進(jìn)入園藝這個(gè)小市場(chǎng)呢?Veltri表示，市場(chǎng)潛力推動(dòng)了這一決定。他指出，Hubbell的調(diào)查顯示，“很多的農(nóng)民擁有占地100萬(wàn)至200萬(wàn)平方英尺的大棚”。
除了前面提到的提高植物生產(chǎn)力和節(jié)能的市場(chǎng)潛力之外，Veltri還提到了“從農(nóng)場(chǎng)到餐桌”和有機(jī)食品的趨勢(shì)，推動(dòng)力室內(nèi)農(nóng)場(chǎng)。他說(shuō)：“在室內(nèi)，你可以更有效地控制環(huán)境?！薄皬霓r(nóng)場(chǎng)到餐桌”的前提本質(zhì)上要求種植者在人口集中的地區(qū)附近經(jīng)營(yíng)。
Veltri還討論了將農(nóng)場(chǎng)和消費(fèi)者之間的距離最小化與作物產(chǎn)量的關(guān)系。他說(shuō)，在收獲、運(yùn)輸和保質(zhì)期中，產(chǎn)量會(huì)損失。減少運(yùn)輸時(shí)間和距離可以減少產(chǎn)量損失，延長(zhǎng)保質(zhì)期。
最后，室內(nèi)農(nóng)場(chǎng)可以不斷運(yùn)作，只需要使用傳統(tǒng)農(nóng)場(chǎng)面積的一小部分就可以生產(chǎn)。使用LED照明，農(nóng)場(chǎng)可以將植物分層，比如萵苣等，或種植20英尺高的番茄等。這種番茄作物可以使用內(nèi)嵌方式，將LED燈帶垂直地掛起來(lái)，沿著植物生長(zhǎng)的方向。像把LED放的離生菜或番茄葉子很近，也不會(huì)灼傷植物。
[NT:PAGE]燈具設(shè)計(jì)
當(dāng)然，與一般照明相比，園藝確實(shí)需要一些不同的燈具設(shè)計(jì)原理。Hubbell設(shè)計(jì)的NutriLED園藝照明產(chǎn)品是可伸展的。這種線型燈有2和4英尺的，可以并聯(lián)組合在一起(圖3)并且端對(duì)端連接。每個(gè)燈具都具有一個(gè)完整的驅(qū)動(dòng)器，而Hubbell提供短電源線，可以以菊花鏈方式將多達(dá)16個(gè)燈具連接到一個(gè)交流電源上。
圖3. NutriLED燈具包括內(nèi)置拋物面反射器，可提供60°光束圖案。
Veltri還解釋說(shuō)，Hubbell設(shè)計(jì)了這個(gè)光學(xué)系統(tǒng)來(lái)提供60°線性光束 - 比典型的大功率LED的朗伯模式更緊湊。這個(gè)燈具設(shè)計(jì)包括一個(gè)拋物面反射器，位于沖壓后的和陽(yáng)極氧化的鋁燈體內(nèi)，以及面上的一個(gè)用來(lái)保護(hù)LED的丙烯酸鏡片。除此之外，這種設(shè)計(jì)可以將燈具放于一排排的植物中，不僅可以照亮植物的頂部，而且可以提供到達(dá)較低位置的垂直照明。
溫室和專業(yè)應(yīng)用
當(dāng)然，LED在園藝中的應(yīng)用不僅在室內(nèi)。許多溫室需要補(bǔ)充照明。例如，園藝照明制造商LumiGrow最近與北卡羅來(lái)納州百老匯鎮(zhèn)的Patterson Greenhouses發(fā)表了一個(gè)案例研究。Patterson正在使用LumiGrow燈具來(lái)延長(zhǎng)番茄的生長(zhǎng)季節(jié)，尤其是在美國(guó)相對(duì)較溫暖的地區(qū)。
業(yè)主Ryan Patterson說(shuō)：“如果你將每個(gè)冬天接受的陽(yáng)光數(shù)量進(jìn)行平均，似乎我們不需要額外的光線了。如果遇上連續(xù)三天陰天，植物就得不到他們所需要的東西，所以它們長(zhǎng)不大或者長(zhǎng)不快。那些在LumiGrow燈下的西紅柿就比沒(méi)有在燈下的有生命力”。
Patterson只是在其三分之一農(nóng)場(chǎng)中安裝了人工照明，并記錄結(jié)果。他說(shuō)，在植物生長(zhǎng)的早期階段，較厚的莖更有利，在人工照明下的植物的直徑比沒(méi)有人工照明的植物的直徑大0.63英寸。
基于LED的植物照明在應(yīng)用的規(guī)模大小也是可以調(diào)整的。作為后院園丁的消費(fèi)者可以像最大的商業(yè)農(nóng)民一樣找到LED燈。例如，瑞典的Heliospectra提供的系統(tǒng)也包括為客戶提供水控制。
園藝潛力
實(shí)際上，園藝LED照明銷售的潛力是不可能預(yù)測(cè)的，特別是研究發(fā)現(xiàn)了使用固態(tài)照明提高生產(chǎn)率的新途徑。但就像普通LED照明一樣，種植者對(duì)LED技術(shù)也有一些問(wèn)題。Hubbell的Veltri說(shuō)：“許多種植者對(duì)LED有不好的經(jīng)歷。”許多早期產(chǎn)品不符合規(guī)格，并且是來(lái)自于對(duì)復(fù)雜固態(tài)照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足的小供應(yīng)商或海外制造商。
但是，LED的優(yōu)點(diǎn)會(huì)使大多數(shù)種植者在某些時(shí)候采用該技術(shù)(圖4)。歐司朗的Peiler指出，諸如“生菜的近距離照明”等應(yīng)用絕對(duì)只能使用LED。她補(bǔ)充說(shuō)：“今天，我們肯定會(huì)看到更多的活躍度。”
圖4. 頂圖顯示在Hubbell Lighting公司的NutriLED照明下，植物茁壯成長(zhǎng);而其他三圖顯示城市萵苣農(nóng)場(chǎng)采用GE日本公司開(kāi)發(fā)的LED燈具，在受控環(huán)境中提高產(chǎn)量。
正在進(jìn)行的研究既是好事也是壞事。學(xué)術(shù)界可能會(huì)最終為每種類型的植物提供不同的光譜。關(guān)于LED的選擇和組合，Hubbell的Veltri說(shuō)：“這一切都取決于你正在種植的植物類型，它們都使用不同的光譜。”顯然，智能照明和可調(diào)光譜的概念在園藝中的作用很重要。
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