光源優(yōu)勢分析白熾燈是創(chuàng)造長日照的普通光源，但電效率低，紅與遠(yuǎn)紅光比低不能提高莖伸長，正在逐漸被禁止銷售使用。緊湊性熒光燈和HPS能效更高，具有較高的R:FR比。HPS有400W、600W和1000W三種類型。傳統(tǒng)光源如HPS無法推出小功率產(chǎn)品，應(yīng)用受到限制。1000W比較受歡迎，因?yàn)檫_(dá)到相同的光強(qiáng)需要的這種燈的數(shù)量少。溫室補(bǔ)光實(shí)踐中，減少燈的數(shù)量可有效降低因燈具反光罩遮擋自然光的程度。節(jié)能高效的調(diào)控自然光照需要智能控制系統(tǒng)，按照自然光的強(qiáng)弱變化調(diào)整人工光的數(shù)量。

比較而言，HPS的光電轉(zhuǎn)換效率為30%，而白熾燈僅為6%，LED燈的光電轉(zhuǎn)換效率為40%。其他電能轉(zhuǎn)換為熱能，加熱溫室環(huán)境溫度。其實(shí)，用電加熱是不經(jīng)濟(jì)的，而且在溫和的天氣條件下，高溫反而對生產(chǎn)不利，需要開啟風(fēng)機(jī)等設(shè)備降溫。HPS光譜中包括黃光、橙光和紅光的復(fù)合光，需要加些藍(lán)光才是更有效的光質(zhì)。植物需要一定的藍(lán)光以獲得正常的植物發(fā)育和形態(tài)。另外，遠(yuǎn)紅光對形態(tài)建成也很重要，需要調(diào)整紅光、藍(lán)光和遠(yuǎn)紅光之間的比例。

LED燈或模組需要篩選光質(zhì)，防水性能，結(jié)實(shí)緊湊，減少擋光面面積，散熱方式包括水冷型LED、被動(dòng)氣體冷卻LED、主動(dòng)氣體冷卻型LED三類。LED散熱一直是需認(rèn)真解決的問題，HPS散熱加溫可溫暖植物，增加呼吸作用。反過來，呼吸作用可降低葉片溫度。

在2007年，在荷蘭一些公司為溫室工業(yè)引入專用LED模組，在2008-2009年，一些大規(guī)模LED照明試驗(yàn)在玫瑰、番茄、甜椒、黃瓜、藥用植物上進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果不一，LEDs具有溫室光周期調(diào)控和補(bǔ)光應(yīng)用潛力，但有關(guān)園藝作物的研究相對較少，因價(jià)格昂貴問題其應(yīng)用可能被局限在特殊植物生產(chǎn)領(lǐng)域（Runkle等，2011)。LED溫室補(bǔ)光是非常有前景的技術(shù)，能有效緝獲更佳的植物光合作用（紅光LED比HPS高），通過LED特殊光質(zhì)調(diào)制啟動(dòng)植物特殊反應(yīng)或引導(dǎo)植物過程和平衡（Nederhoff,2010)。

補(bǔ)光技術(shù)分析

補(bǔ)光方式有頂部補(bǔ)光、行間補(bǔ)光、多層補(bǔ)光等形式。與傳統(tǒng)光源相比，LED光源燈具大小、形狀、功率設(shè)計(jì)自由變大，懸掛方式靈活，重量輕，衍生出多種補(bǔ)光技術(shù)模式，很好地適應(yīng)了溫室種植方式、作物種類、冠層形狀多樣的現(xiàn)實(shí)需求。

補(bǔ)光效益分析

植物生長光照技術(shù)進(jìn)步很快，為溫室補(bǔ)光提供了許多選擇。Nelson和Bughee(2014)報(bào)道了2種雙面HPS裝置、5種mogul基HPS裝置、10種LED裝置、3種金屬陶瓷燈和2種熒光燈的光合量子（400~700nm)效率和光量子輻射分布特征。2種最高效的LED和2種最高效的雙面HPS裝置幾乎效率相同，在1. 66~1. 7μmol/J之間。這4種裝置比常用的金屬陶瓷燈1. 02μmol/J效率顯著提高的效率。最好的金屬陶瓷燈和熒光燈裝置的效率分別為1. 46和0. 95μmol/J。

作者計(jì)算了裝置發(fā)出每個(gè)光量子的初始投資成本，明確了LED裝置成本是HPS裝置的5~10倍。5年電費(fèi)加上每摩爾光量子裝置成本是LED裝置高出2. 3倍。電費(fèi)方面比較，分析結(jié)果表明，長期維護(hù)費(fèi)用均很小。如果生產(chǎn)系統(tǒng)具有廣泛的間隙空間，LED裝置獨(dú)特的作用就是可以有效集中光量子于特殊部位，讓植物冠層捕獲更多的光量子。但是分析表明，所有照明裝置的光量子輻射成本都很高。最低的光照系統(tǒng)成本只有在高效發(fā)光裝置與有效冠層光量子俘獲相結(jié)合時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。

照明技術(shù)和燈具（fixture)效率裝置的進(jìn)步為溫室補(bǔ)光提供了許多選擇，包括許多LED燈具。在高強(qiáng)度氣體放電燈（HID)【包括高壓鈉燈（HPS)和陶瓷金鹵燈（CMI)】的燈具組成上3個(gè)方面進(jìn)展巨大，包括燈（電燈泡）、光源（反光鏡）和鎮(zhèn)流器（ballast)。具有電子鎮(zhèn)流器和雙面燈泡的HPS是mogul基HPS裝置HPS的1. 7倍。分析包括2個(gè)參數(shù)，燈具效率，即測定每焦耳投人光合作用光量子數(shù)量（photons)和冠層光合量子流（400-700nm)捕獲效率，是到達(dá)植物葉片光量子的一部分。植物生長電能效率以每焦耳（joule)投入光合作用光量子數(shù)量來測量。

燈具電能效率常以人類光感知單位（每瓦發(fā)出的流明）或能量效率（每瓦電輸入發(fā)出的輻射瓦數(shù)）來表示。但是，光合作用和植物生長是以光量子摩爾數(shù)來測定的。因此，基于光量子效率的光照效率比較應(yīng)該用每焦耳能量投入產(chǎn)生的光合量子數(shù)量單位。這對LED更加重要，因?yàn)殡娦矢叩墓馍谏罴t和藍(lán)光波長區(qū)域。紅光光量子具有較低的輻射能量容量允許更多的光量子去傳遞每單位的能量投入（輻射能量與波長成反比，Planck's equation)。相反，藍(lán)光比紅光高出53%的能量效率（49%和32%)，但藍(lán)光僅比紅光高出9%的光量子效率（1. 87/1. 72)。對光質(zhì)對植物生長影響的理解存在誤區(qū)，許多制造商宣稱光質(zhì)促進(jìn)植物生長1（光譜分布及單色光比例）。

光質(zhì)對植物光合作用影響的評估廣泛來自光量子流產(chǎn)額（YPF)曲線，它表明600~660mm的紅橙光比400~460nm藍(lán)綠、藍(lán)光高出20%~30%的光合作用。當(dāng)基于YPF曲線來分析光質(zhì)時(shí)，HPS與較好的LED燈具具有相同或更高的效果，因?yàn)樗?00nm附近具有高的光量子輸出，而在藍(lán)、藍(lán)綠和綠光區(qū)域輸出較低。

此量子流產(chǎn)額光譜曲線是在單片葉、低光強(qiáng)條件下短期測量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上形成的（Nelson和Bugbee，2014)。但是，YPF曲線是在低光照條件下短時(shí)測量單片葉子繪制出的。綠葉體的葉綠素和色素吸收綠光能力很弱（Terashima等，2009)，但Terashima等（2009)指出綠光混合強(qiáng)白光中可驅(qū)動(dòng)向日葵葉片的光合作用效率高于紅光。因此，綠光經(jīng)常被認(rèn)為對植物生長無效，但在強(qiáng)光條件下綠光對植物生長可能是有效的。高光強(qiáng)綠光LED可有效提高植物生長，尤其是短波長綠光對植物生長更有效（Johkan等，2012)。

過去30多年，許多在高光強(qiáng)條件下針對整個(gè)植株長期研究表明，光質(zhì)對植物生長速率的影響遠(yuǎn)小于光強(qiáng)（Cope等，2014；Johkan等，2012)。光質(zhì)，尤其是藍(lán)光可改變幾種植物的細(xì)胞擴(kuò)增速率和葉片擴(kuò)增速率（Dougher和Bug-bee,2004)，植株高度、植物形態(tài)（Cope和Bugbee,2013；Dougher 和Bug-bee,2001；Yorio等，2001)。但藍(lán)光對光合作用的直接影響卻很小。光質(zhì)對整個(gè)植株干鮮重的影響一般是在無或低自然光照射下發(fā)生的，是由于生長早期因葉片擴(kuò)增和輻射捕獲變化引起的（Cope等，2014)。

基于每焦耳光合光量子摩爾數(shù)，LED光最高電效率的光色是藍(lán)光、紅光和冷白光，所以LED燈具一般組合生成這些顏色。其他顏色的LED光質(zhì)可用來提高特定波長光質(zhì)，借助單色光屬性來控制植物生長的某些方面（Ya2012；Morrow 和Tibbitts,2008)。UV 輻射在LED 燈具里缺乏由于UV-LED顯著降低燈具效率。太陽光中含有占PPF的9%的UV，標(biāo)準(zhǔn)的電光源含有0. 3%~8%的UV輻射。缺乏UV 導(dǎo)致一些在太陽光條件下的植物失調(diào)癥狀（intunmescence,Morrow和Tibbitts,1988)。LED燈具用于光合補(bǔ)光因缺乏遠(yuǎn)紅光輻射（710~740nm)而導(dǎo)致縮短了幾種光周期植物的開花時(shí)間（GraigRungle,2013)。綠光（530~580nm)在LED燈具中缺乏或者無，這些光能夠穿透冠層，并更有效地傳遞到下部葉片上（Kim等，2004)。即每個(gè)入射光量子的波長對單片葉子在低光強(qiáng)下（150μmol/㎡）相對光合作用有影響。

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