2022-07-14 11:23:15
作物在紅、藍、綠光的照射下，取代陽光進行光合作用，茁壯成長。
我們都知道，光照是植物進行光合作用的標準條件之一，也是植物生長、結果的標配。
然而在溫室大棚中，除了季節(jié)、天氣等不可控因素影響之外，由于建造溫室材料的影響，植物需要的光照不能充分滿足時，就需要LED燈登場了。
那LED燈發(fā)出的彩色光到底是什么？答案就是“光配方”。有了“光配方”技術，植物生長不再需要太陽。它的原理是什么？一起了解一下。
LED燈當“太陽”高效培育生菜、小麥等作物
7月6日，在位于湖北武漢東湖高新區(qū)的艾歐創(chuàng)想智能科技（武漢）有限公司恒溫實驗室內，LED光源充當“太陽”，各種傳感器實時監(jiān)測溫度、濕度，軟件根據(jù)數(shù)據(jù)模型配置水分和營養(yǎng)成分，翠生生的水培生菜每兩個星期就可以收割一茬。
據(jù)介紹，艾歐創(chuàng)想公司研發(fā)、生產(chǎn)工業(yè)化種植的“植物工廠”系統(tǒng)，遠銷國內外。有了這套系統(tǒng)，高原、沙漠、海島等自然條件惡劣的區(qū)域，都可以在室內種植植物。
“使用這套裝置，最大的成本就是能源。但是在這些地方，最不缺的就是太陽能、風能等，可以通過光伏、風電、儲能裝置將能量收集起來，用于工業(yè)化種植。”公司市場主管黃至剛介紹。
而在成都市天府新區(qū)興隆湖畔國家成都農(nóng)業(yè)科技中心，一座神奇的“植物工廠”藏身于林立的高樓間?！爸参锕S”雖小，但“五臟”俱全。
日前，記者走進了這座神奇的“植物工廠”，只見廠房內被五顏六色的光暈籠罩著，其間有8層栽培架，架子上是一叢叢植物，生菜、油菜、水稻、小麥等長得郁郁蔥蔥。這些植物采用先進的營養(yǎng)液栽培技術進行立體種植。廠房內的通風系統(tǒng)和二氧化碳供給系統(tǒng)可以調控室內溫度和氣體環(huán)境，而營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)則為植物生長發(fā)育供應所需的水分和礦物質。
國際歐亞科學院院士、中國農(nóng)業(yè)科學院都市農(nóng)業(yè)研究所黨委書記、副所長楊其長告訴記者：“在‘植物工廠’還可根據(jù)植物需求由LED調節(jié)光源?！惫S內安裝的智能LED光源能夠模擬太陽光譜，滿足植物對光照的需求，成為植物生長的“小太陽”。楊其長說，“可根據(jù)不同植物生長期對光環(huán)境要素進行精準調控，相當于為植物定制專屬的光配方?！?/p>
楊其長指著栽培架頂部的LED光源介紹說，“這就是太陽光的替代品，它可促進植物提早開花、快速結實?！?/p>
通過工業(yè)化種植，人類可以擺脫自然環(huán)境的限制，在室內大批量產(chǎn)出所需的植物。楊其長團隊的“智能LED植物工廠”，是實現(xiàn)植物精細化生產(chǎn)的一種高級農(nóng)業(yè)形態(tài)，葉菜、果蔬、藥用植物、可食用花卉等都可以在“植物工廠”進行種植。
“光配方”是什么
我們都知道，可見光由紅橙黃綠青藍紫七種顏色組成，然而，不是所有光都能促進植物生長。
在陽光下，將樹葉覆蓋在光譜儀上，可以看到，紅光、藍光、綠光明顯變少，證明這部分光已經(jīng)被葉片吸收，其他相關實驗也表明，植物生長主要靠紅光、藍光以及少量綠光。
所謂“光配方”技術，就是利用“LED燈+熒光粉”，調配出不同顏色的光源供植物生長。
“光配方”作為一個新概念，主要包含三個方面的因素：光質量、光數(shù)量和持續(xù)時間。簡單地理解，光質量就是最適合植物光合作用的光譜；光數(shù)量就是合適的光量子通量密度（PPFD）值和均勻度；持續(xù)時間則是照射的累計值、晝夜時間比。荷蘭農(nóng)業(yè)學家研究發(fā)現(xiàn)，植物通過紅外與紅光的比例來判斷晝夜更替，在日落時紅外比例大幅增加，植物作出響應很快進入睡眠。如果缺乏這個過程，植物則需要數(shù)小時才能完成這個過程。在實際應用中需要通過測試積累經(jīng)驗，選擇最佳組合。
應用光配方技術，為啥必須是LED燈？因為它產(chǎn)生的熱量較低，可以近距離照射蔬菜。另外，技術上可以實現(xiàn)光譜調配，是光配方技術的最佳選擇。
相比傳統(tǒng)光源，LED燈能夠在三個方面提升植物照明的效率：
大幅提高生物能效。紅橙光、藍紫光是植物光合作用最主要成分，LED燈可以有效控制光譜紅藍光波段范圍，而如熒光燈、高壓鈉燈等傳統(tǒng)光源的光譜中存在大量綠光及紅外光成分，這些光譜成分對植物光合作用的貢獻不大；另一方面，傳統(tǒng)光源的輻射光譜不平衡，會降低植物對傳統(tǒng)光源利用效率。
支持高密度栽培。傳統(tǒng)光源使用時會輻射大量熱量，因此必須與植物保持一定間隔，例如高壓鈉燈在使用時，至少與植物相隔1米遠。而LED燈屬于固態(tài)冷光源，發(fā)熱少光效高，并且體積較小可以實現(xiàn)緊湊排布，能很大程度上縮短栽培層架之間的距離，提高單位空間的栽培密度。
節(jié)能效益顯著。與傳統(tǒng)的高壓鈉燈和金屬鹵素燈等相比，LED燈可節(jié)能50～80%；采用LED光源替代傳統(tǒng)的照明光源可以大大減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的電能損耗。
如何定制“光配方”
我們知道了植物生長主要靠紅、藍、綠三種顏色的光，可是如何調配它們的比例呢？
智能LED光源能夠模擬太陽光譜，滿足植物對光照的需求。
植物光合作用，對紅光的需求量最大，紅光可以促進植物莖桿生長，碳水化合物、糖、維生素C的合成，但紅光也不是越多越好。實驗表明，紅光比例60%時，綠蝶生菜長勢最好，產(chǎn)量最高，紅光比例偏低，葉子卷曲變厚，植株矮壯，紅光比例偏高，莖桿變長，不長葉片植物呈現(xiàn)出的多種顏色，大部分與花青素有關。如紫美生菜，紫色越深，生菜的苦味越濃郁。
“光配方”中增加藍紫光，可以促進花青素合成，為植物著色。
黃瓜番茄需要補光，黃瓜、番茄等蔬菜植株比生菜高大，管理更加復雜，補光尤為重要。
傳統(tǒng)方式種植的黃瓜，向上攀爬垂直生長，但頂部的人造光源無法像陽光一樣。均勻照射到每一片葉子，因此，需要改變黃瓜的習性，使其在一個表面生長并在下方安裝光源。這種創(chuàng)新模式下，黃瓜也有不錯的產(chǎn)量，番茄植株只能向上生長，除了頂部和下部還需要在植株中間安裝光源補光。
但高大植物葉片密集，補光也難以讓下層葉片吸收到足夠的紅藍光，下層葉片就會過早衰老、枯黃。此時，綠光就閃亮登場了。利用綠光較強的穿透力，可以激發(fā)葉片“啟動”光合作用，維持植物健康成長。
了解了紅光、藍光、綠光的作用，根據(jù)植物的生長習性，定制不同的光配方，即使沒有陽光，植物也可以茁壯成長，還可以改善口感和品質，讓“有限空間，無限產(chǎn)能”成為可能。（綜合央視三農(nóng)、《成都日報》等）
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