LED在植物工厂中的研究现状与应用前景_图文


Chinese Agricultural Science Bulletln V01.23 No.1 1 ?408? http://www.casb.org.cn

2007 November

LED在植物工厂中的研究现状与应用前景
魏曼玲”,扬其长2,刘水丽2
P中国农业大学水利与土木工程学院,北京100083; z中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,北京100081)

摘要:随着光电技术的发展,LED发光效率不断提高,LED光源在植物栽培领域的研究逐渐受到世界
各国的广泛重视。该文综述了LED在植物工厂中的研究现状,重点介绍了LED光源特性、光源系统的 开发以及LED在植物栽培领域的应用研究。并对LED在植物工厂中的应用前景和发展趋势进行了分 析。 关键词:人工光源;LED;植物工厂 中图分类号:s2 文献标识码:A

Review

on

Research and Devdoping Trends of Light-Emitting Diode in Plant Factory

weiⅡnOin91‘Yang Qiehan92,Liu
2Instltute

Shuifi2

(IColiege of Water Conservancy arm Civil蜀’g船eri强China Av"ic血ure Univers毋Beijing 100083,
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ofASPCa Sciences,Beijing 100081,clIina)
Abstract:Light-Emitting
source

and鼬№础如Developmerit in Agric出ure.Chinese Academy
is tuming into
an

Diode(LEDl

important research field

88 a

promising irradiation


for plant factory because of improved semiconductor technology yielded LED devices which have

higb

electrical efficiency.These research for used in plant factory is reviewed in this papeh which included

the applications of LEDs in plant growth,the character of LED and exploitations of LED devices,and the in-
fluence of different frequency impulse light of tory

LED

to

the plant.Trends of LED application in the plant nIc—



also oudined.

Key words:artificial lighting,light-emitting diode,plant factory

植物工厂发展的两犬。瓶颈?是初始投资成本高与
能源消耗大。通常能耗成本约占总体运行费用的50%
--60%。如果能采用耗能低、效率高、光质佳的人工光 源,并选择具有较高经济价值的作物进行栽培,是植物 工厂发展的重要方向。目前,植物工厂中的人工光源 多使用高压钠灯Ojigh 荧光灯(Tubular
Pressure Sodium

物工厂的应用逐渐受到世界各国的广泛关注。LED光
源具有体积小、寿命长、使用直流电、低发热量等优点,

同时LED的光源系统还可对光质进行调控,实现与作
物的近距离照射,因此被认为是人工光植物工厂的一 种有效的替代光源。目前,LED光源在农业领域的应 用主要用于基础研究,但随着半导体光源技术的不断

Lamp,HPS)和

Fluorescent

Lamp,TFL)。但近年来随

进步,LED发光强度的提高以及价格的降低,LED取
代荧光灯作为密闭式植物工厂中的人工光源已经成为

着光电技术的发展,发光二极管(Light-Emitting
Diode,LED)的发光效率得到大幅提升,LED光源在植

世界各国研究的热点。现就近几年来国内外LED光源

基盒顷目:北京市教育委员会共建计划及都市农业学科群建设项目(xKl00190550和珏100190553);科技都专项“植物种苗工厂光环境调控装置的升 级改造”(2006SJl67600). 第一作者简介:魏灵玲,女,1973年出生,博士.主要从事生物环境工程方向的研究.通信地址:100081中国农业科学院农业环境与可持续发展研究 所.Tel:010-68976901,E-ⅢaillwellinglingOOOsohu.COm. 董讯作者:杨其长,男,1963年出生,博士,研究员,博士生导师,主要从事设施园艺环境工程方向的研究.通信地址:100081中田农业科学院农业环 境与可持续发展研究所.TelI OlO一68976901,g_皿aih yangq@cjae,col 收稿日期:2007-{)9—04,修回日期:2007—09—19.
cn.

万   方数据

中固蓐擘礓报第23卷第11期2007年11月
http://www.easb.org.cn ?409?

在植物工厂的研究现状与应用前景综述如下,供同行
参考。
1 1.1

在植物栽培领域的推广应用还需要有一个过程。但随

着LED向高亮度、低价格的方向飞速发展,LED光源
在植物栽培领域的应用逐渐成为可能。


LED的工作原理及特性 LED工作原理
LED(Light-Emitting

LED在植物工厂中的应用及研究现状

Diode),又称发光二极管,由

2.1人工光源在植物工厂中的应用

Ⅲ.Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、

植物工厂是在设施内通过高精度的环境控制实现
农作物周年连续生产的高效农业系统,是由计算机对

GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成。其核心是PN结。它
是利用固体半导体芯片作为发光材料,当两端加上正 向电压时,半导体中的载流子发生复合,放出过剩的能 量而引起光子发射产生可见光。按发光强度和工作电 流可分为普通亮度的LED(发光强度<10mcd),超高

植物生育过程的温度、湿度、光照、CO:浓度以及营养 液等环境条件进行自动控制。不受或很少受自然条件
制约的省力型生产。近年来,植物工厂有两种不同的栽 培技术体系并行发展。一种是以温室为主体,以太阳光

亮度的LED(发光强度>100mcd)和高亮度的LED(发
光强度在10~100mcd之间)等3种类型[11。 1.2 LED基本特性

和人工光并用的太阳光一人工光并用型植物工厂;另 一种是完全封闭的、以人工光源为主体的闭锁式植物 工厂141。与太阳光—人工光并用型植物工厂相比,闭锁
式植物工厂在光环境控制方面具有明显的优势,但电 力成本较高。因此,闭锁式植物工厂开发的重点是如 何降低系统的能耗和照明费用【习。

LED因其自身的优良特性目前广泛应用于家电 和工业领域。与白炽灯、荧光灯等人工光源相比,LED
的优势在于:(1)使用电源电压低、节能高效:(2)可发出

光波较窄的单色光;(3)冷光源;(4)可以在极短的时间
内发出脉冲光:(5)体积小,稳定性强,响应时间快;(6)

选择高效率的人工光源一直是植物工厂研究非常 重要的课题。目前,植物工厂的人工光源主要为高压钠 灯和荧光灯,由于这些光源散热量较大,制冷费用相应
增加。同时,在对光合生理研究过程中,传统的人工光 源也难以对发光强度和波长组成进行调控。因此,国内 外学者一直探索采用LED和LD(激光灯)等作为植物 工厂的人工光源,以期解决上述问题阿。LED具有较高 的光电转化效率、使用直流电、节能、体积小、寿命长、 波长固定及低发热量等优点,同时还可调整发光强度

对环境无污染;(7)结构紧凑且寿命长。在同样光照效
果的情况下,LED耗电量是白炽灯的八分之一,是荧

光灯的二分之一,对节约能源、减少温室效应十分有 利。同时,LED作为冷光源,可以近距离地照射植物。
将大大提高空间的利用效率。与荧光灯和高压钠灯、

高压汞灯、金属卤化物灯等含有金属汞的人工光源相
比,LED为全固体发光体,不含汞,耐冲击,不易破碎,

废弃物可回收利用,是一种无污染的绿色光源。此外,
LED的使用寿命可达50 000h以上,是普通光源的数

与光质,大大提高栽培的空间利用效率,因此,被认为 是闭锁式植物工厂,组培室以及太空农业等领域应用
较为理想的人工光源川。
2.2

十倍。近年来,随着光电技术的不断革新,LED还在不 断向高亮度、低成本方向快速发展,进一步扩大其应用
辐射面[2-31。
1.3

LED在植物工厂中的研究现状
LED在植物生理与栽培领域的研究世界上最

2.2.1

LED在植物栽培领域的应用 LED的光谱域宽在(±20)nm左右'波长正好与植

早将LED用于植物栽培的是日本三菱公司,早在 1982年就有关于波长650nm的红色LED光源用于温 室番茄补光的试验报告。此后,美国NASA研究中心 也把此项技术作为宇宙基地等闭锁式生命维持系统的 相关技术之一开展研究,并希望LED作为人工环境下
植物栽培的重要光源181。

物光合作用和形态建成的光谱范围吻合。近年来,随

着LED光源研究与开发的不断深入,使其在植物栽培
领域的应用成为可能。植物光合作用在可见光光谱 (380~760nm)范围内.所吸收的光能约占生理辐射光

能的60%--65%,其中主要是波长为61∞720nm的红、 橙光和波长为400-一510nm的蓝、紫光。LED能够发出 植物生长所需要的单色光光谱,光能有效利用率可达 80%一90%,并能对不同光质和发光强度实现单独控

超高亮度LED开发成功后,由于其价位较高,早 期只限于太空农业的研究。但随着光电技术的进步, 超高亮度LED已经被应用于植物生理或栽培领域的 研究,如光形态发生、光合作用及叶绿素合成研究
等唧。1993年,在日本日亚化学工业股份有限公司的科

制。用LED这种结构简便、可靠性高的节能光源代替
已有的人工光源来进行植物的高效生产,具有广阔的 前景和较高的实用价值。由于目前LED的成本较高,

研人员开发出了蓝光LED和用于全色显示器的高亮
度发光二级管之后,LED的应用领域越来越宽。

万   方数据

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1994年,日本开始用LED作为照明光源,对植物

等植物栽培地面试验装置中进行,光照周期24h(亮)
/Oh(暗),舱内温度22℃,相对湿度70%,C02浓度
5000

栽培进行了研究。日本的闭锁式LED植物工厂的研究
已经进入实用化阶段,同时在利用激光旺I))作为照明 光源自铲激光植物工厂”方面也进行了积极探讨。日本 东海大学的高j土正基教授和大阪大学的中山正宣教授 1994年使用LD作为植物工厂的照明光源,用波长为

moV(m2.s)。利用红蓝两种LED的四种不同组合

制成的灯箱作为照明光源;利用多孔管和多孔陶瓷颗 粒无土栽培技术栽培植物。结果表明,红色LED下生 长的植物初期呈匍匐状,后期直立、细长;红色和蓝色

660rim的红色LD加上5%的蓝色LED的组合光源来
生产生菜和水稻。Okamoto等(1996)使用超高亮度红 光LED与蓝光LED,在红蓝光(R/B)为2:1时,可以正 常培育莴苣;同年。YaⅡagi等(1996)使用红光与蓝光 LED来探讨光质与光量对莴苣生长与光形态建成的 影响,将莴苣栽培于纯蓝光LED(170p,mol/<m2.s>)的

LED组合下的植株生长基本正常,但90%红色+10%
蓝色LED更为适宜。此结果对中国LED在植物工厂 的应用研究具有重要的参考价值。
2.2.2

LED光源特性及光源系统的开发研究除了在

植物生理与植物栽培应用上的研究外,许多学者也在

LED光源本身的特性及灯具开发方面做了大量研究。
a1.(1996)对LED发光强度与光谱分布模式进 行了研究,将LED作为点光源并配合光量倒平方法则
Tml,Jm et

环境中,证实可分化生长,虽然干物重小于纯红光或红
/蓝光并存下的植株,但纯蓝光下的植株显得更加矮 壮和健康。日本Tanaka(1998)等人用不同组合LED

来建立模型,用以预测和计算栽培面上的光强与光质 的分布情况。

与荧光灯相比较对组培香蕉苗的生长状况进行了研
究,用80%红光LED+20%蓝光与90%红光LED+ 10%蓝光LED在不同的光照强度 (45,60,75/amol/<mZ.s>)下照射香蕉苗,检验试管培养 所用的光源是否影响了后期幼苗的生长。试验表明, 在80%红光LED+20%蓝光LED(60p,mol/qn2.s>)的 光照强度下试管苗的芽和根鲜重明显高于其他两个处

饶瑞佶、方炜(2000)使用超高亮度红光与蓝光

LED开发出的人工光源系统和组合式光源模拟软件
可用于组培室人工光源的调节与控制。通过不同LED 在不同排列方式下方平面上的照度、光量子数及均匀

度等研究,可为LED光源设计提供参考【141。 日本CCS公司森冈美帆(2002)制作的植物生长
系统包括LED光源、生长控制软件、信号调节器和数

理。因此,不同光照组合下的光照对幼苗生长有很大
的影响。1waaami等(1992)通过使用LED补充红光或 远红光来改变光质,进而控制马铃薯组培苗茎的长度 与生长状况;Nhut等(2000)发现使用LED作为草莓组 培苗生长的人工光源可提高其在驯化阶段存活率,同 时使用LED作为白鹤芋组培苗生产的人工光源,比起

据收集软件。整套系统通过生长控制软件控制LED照
明,将传感器测出来的生长环境信息通过数据收集软

件汇集到数据库,同时能实现不同光质的自动控制。
田中道男(2002)开发了由红色LED(660nm)和蓝 色LED(450nm)组成的独立光源新型组培容器“Uni.

荧光灯光源来更加有效率。

PACK”。红色LED的发光效率可以达到22%'-,25%,不

以色列也进行过有关LED在组培植物工厂的试
验研究。2001年,卡纳塔克邦大学设施技术发展研究 中心用红光、蓝光及其组合LED对百合属植物的幼芽
分化再生进行了研究,结果表明红蓝光组合LED光照 与其它光源相比更能促进花芽分化,更适合幼芽生长, 植株大小和干、鲜重都有了明显的增长ilq。

能转化为光能的电能大部分在LED芯片的发热中消
耗掉了。因此,在制作由LED组合而成的模板光源时, 模板自身温度上升是不可避免的。为解决LED光源的
散热问题,从LED CAP各个侧面打孔并安装了特制

的风扇。同时在LED模板的内侧使用冷却水循环降温 的方法防止模板温度上升。目前,很多国家都研制开发
出配有LED独立光源的组培容器“UniPACK”,具有

台湾的一些研究部门对超高亮度LED在植物栽
培中的应用也进行了大量研究。饶瑞佶、方炜使用红

有效利用组培空间、提高有效波长利用率和照明效率,
降低组培苗生产成本等优势。
2.2.3

光与蓝光高亮度的LED建立了可调整光量、光质、发 光频率与占空比的人工光源系统。饶瑞估、方炜(20021
使用不闪烁的红、蓝光LED培育蝴蝶兰种苗,发现与

LED不同频率脉冲光对植物生长的影响由于

LED使用的是直流电源,同时具有光强、频率与工作
比可调整的特性,因而可产生出连续光源或间歇光源。

荧光灯下培育的种苗相比除了叶长之外并无明显差

异,从而证实了LED可用于蝴蝶兰组培苗的生产[11,1目。
中国航天医学工程研究所曾经对适合高等植物栽 培的LED组合光源进行了研究”目。其试验是在空间高

LED的照射光可以发出lgs以下的短周期脉冲光,使
用脉冲光照射可以节电,对LED芯片的耐久性也会产 生有益的影响。此外,对于植物来说,利用短周期的脉

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中圃虐掌溘报第23卷第11期2007年11月
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冲光照射要比连续光的利用效率更高。同时,对植物

光LED的出现,半导体光源不仅在工业领域而且在农 业和生物工程领域都将会得到广泛应用。21世纪被誉 为“光的世纪”,展望未来,LED在植物工厂的研究和 应用将会得到很快的普及。 参考文献
【1】 刘江,范广涵,刘承宣改进实用型LED生物光源系列.应用激光, 2003“3):147-151. 【2】 【3】 王海鸥,李广安.认识照明LED.中国照明电器,20040):l一3.

照射特定频率光会影响植物生长及无机成份含量的变
化。
Lee et

a1.(1996)与Ladislav

et

a1.(1996)使用LED所
and

产生的间歇光源进行藻类的生产效果很好:Jao

Fang(2001)使用高频闪烁的红、蓝光LED为光源,发

现可在不提高耗电成本下提高马铃薯组培苗的生长速
率。同时,在不影响植物生长速率的条件下,工作比可 调进一步提升省电空间f15r16/。

三菱化学的渡边博之(2002)在LED模板光源上 连接脉冲发生器电源装置,使用LED脉冲光对莴苣的
生长以及光合成反应的影响进行研究。试验设定照射

昊文锋.LED光源照明应用及技术推广.半导体照明LED,2004旧:
83_斛. 杨其长,张成波植物工厂概论.北京:中国农业科学技术出版社.
2005:2.3.

【4】

光周期为101Ls--,10ms,工作比在0--50%之间变化。结
果表明,随着LED照射光量的增加,光合成活性线性 增加。从而证实了采用不同频率脉冲光照射莴苣可以 加速植物生长。在周期为1001ms以下的脉冲光条件 下,生莱生长比连续光条件照射下促进效果提高
20%。

嘲 嘲

陈泱国.LED在植物工厂中的应用.液晶与显示,1996,12(4):
311-312.

王玉英.激光植物工厂的现状与未来展望.光机电信息,2005,h
8.13.

【刀Bula&J.,k C.MOtTOW,T W.Tibbits
ring diodes聃a radiation s稍Ⅱ∞for 203-205.

and D

J.Ban Light-mit-

plants.fiof眦i∞∞1991,26(2):

中林和重(2002)研究了红色、蓝色LED特定频率

is】

Bat'ta’DJ.,Tibbitt矗.T

w,Buin,&J.and

Morrow,LW.Ev删on
plantit-

的光刺激对小油菜的影响,证实了采用LED进行光刺
激对植物体生长、汁液成份以及无机成份(钾、钠)含量 产生影响。栗田真吏(2002)使用20Hz红色LED照射 生菜。得出结论;20Hz的光脉冲照射对植物有影响,但
【9】

ofligtaing.!mittingdiodes

characteristics妇a space-based

radiation 80ulce.AdvtmcesSpaceRe*,1992,12:141-149.

石井雅久,伊东正,丸尾达.:t幺暑光周期。人工光源下t栽培。 亡寸,,于。生育生理的特性.生物环境调节.1995,33(2):
143.149.

与光源没有关系,在脉冲光条件下植物体重量和磷、 钙、锰含量浓度增加。虽然,目前在机理上还不清楚脉 冲光与作物产量增加、无机成份含量的增减之间的关
系,但赋予微弱的光的脉冲光就可以取得促进植物生

【lo】F试<ai,S.,Fujiwara,K,Okzmmo,k,Hasegawt,九,Goi,M.Effects
of red trod blue

lighb

og

gmmmafion柚d pr06ae.oam growth of

Calamhes☆umLindleymm,1997.12:169--171.
【11】Fang w,Jao R C.Simulation
la=m芦and d盥ign ofa movable
light

ofli#t∞恤oⅫ1

with

flint
It粤仇面堆 for
ptttmt

mounting丘x畹in
lighting

长包括在氮营养条件下的生长效果。采用LED能够很
容易的将lns以下的极短周期的脉冲光照射于植物,

loom.AetaHocficultm_c,1996,440:181—186.

【12]Fmag,砒,R.C.加and D.H.Lee.Artificial
yotmg#ante
using light

Ilpparatus

提高照射效率,延长LED芯片的耐久性。


emitting

diodes

a0

light

ImH%US

n仉:US647483882.2002.

LED在植物工厂中的应用前景及发展趋势 目前,人工光源在植物工厂中的电能消耗所占比

【13】郭双生,艾为党,赵成坚等.受控生志生保系统中植物生长光源的选 择.航天医学与医学工程,2003.16:490_493 【i4】饶瑞佶,方炜2001.超高亮度发光二极体作为组培苗栽培人工光源 之灯具制作与应用.中国园艺,47(3):301.312. 【1 5】Jao,kc.and W
mote
growth

例很大,降低照明消耗的电能是节省运行费用的重要

途径。开发和应用高效安全环保的新型光源势在必行, LED以其固有的优势被业界认为在未来十年替代其
他人工光源最有潜力的产品。LED应用于植物工厂的 人工光源具有很多优势:LED可提供不同波长的单色

Fans.删删雌frequency and d时cycle

to pro-

‰LED*Proceedingsof。InternationalSymposium oftDesi驴and
Environmental Control of

ofponto plandets蛔vitro using

tml№r-bri#t rod mad

Tropi咖and
2001.

Subtropical

G∞曲hc哪讳一

光,可根据不同的作物提供相应的光谱组合,进行光质
的研究;LED具有光量可调的特性,可以模拟太阳光 强度的变化;发光频率与占空比可调节的特性可以提

Apfill扣18。Taichung.Taiwan

[16】Jao,免c and、矿Fang.Effects of frequency and duty ratio∞tk
sroqtahofpotato plantletsin

vitrousingLEmHortSeienoe

2003.

供高频间歇给光模式,有利于探讨光合作用中明期和 暗期的控制机理,并可以进一步节能。
长期以来,由于LED发光效率低的原因,其应用

(责任编辑:刘艳鹏)

主要集中在各种显示领域。随着高亮度LED特别是白

万   方数据

LED在植物工厂中的研究现状与应用前景
作者: 作者单位: 魏灵玲, 杨其长, 刘水丽, Wei Lingling, Yang Qichang, Liu Shuili 魏灵玲,Wei Lingling(中国农业大学水利与土木工程学院,北京,100083;中国农业科学院农 业环境与可持续发展研究所,北京,100081), 杨其长,刘水丽,Yang Qichang,Liu Shuili(中 国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,北京,100081) 中国农学通报 CHINESE AGRICULTURAL SCIENCE BULLETIN 2007,23(11) 9次

刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数:

参考文献(16条) 1.刘江.范广涵.刘承宜 改进实用型LED生物光源系列[期刊论文]-应用激光 2003(03) 2.王海鸥.李广安 认识照明LED[期刊论文]-中国照明电器 2004(02) 3.吴文锋 LED光源照明应用及技术推广 2004(06) 4.杨其长.张成波 植物工厂概论 2005 5.陈洪国 LED在植物工厂中的应用[期刊论文]-液晶与显示 1996(04) 6.王玉英 激光植物工厂的现状与未来展望[期刊论文]-光机电信息 2005(01) 7.Bula R J.R C Morrow.T W Tibbits.D.J.Barta Light-emitting diodes as a radiation source for plants 1991(02) 8.Barta D J.Tibbitts T W.Bula R J.Morrow,T.W Evaluation of lighting-emitting diodes characteristics for a space-based plant irradiation source 1992 9.石井雅久.伊东正.丸尾达 ニとなる光周期の人工光源下で栽培したサラダナの生育生理的特性 1995(02) 10.Fukai S.Fujiwara K.Okzmoto K.Hasegawa A Goi M Effects of red and blue lights on germination and protocorm growth of Calanthe satsuma 1997 11.Fang W.Jao R C Simulation of light environment with fluorescent lamps and design of a movable light mounting fixture in a growing room 1996 12.Fang W.R C Jao.D H Lee Artificial lighting apparatus for young plants using light emitting diodes as light source 2002 13.郭双生.艾为党.赵成坚 受控生态生保系统中植物生长光源的选择[期刊论文]-航天医学与医学工程 2003 14.饶瑞佶.方炜 超高亮度发光二极体作为组培苗栽培人工光源之灯具制作与应用 2001(03) 15.Jao R C.W Fang Adjusting frequency and duty cycle to promote growth of potato plantlets in vitro using super-bright red and blue LEDs 2001 16.Jao R C.W Fang Effects of frequency and duty ratio on the growth of potato plantlets in vitro using LEDs 2003

相似文献(10条) 1.期刊论文 于海业.王永志.张蕾.Yu Haiye.Wang Yongzhi.Zhang Lei LED在设施农业中的应用 -农机化研究 2009,31(5)
在设施农业中,通常所采用的人工光源是荧光灯与高压钠灯.近年来,随着光电技术的发展,发光二极管(LED)的亮度与效率也大幅度提高,使得这种光 源在设施农业生产中的应用变为可行,尤其对封闭可调控的设施农业环境 (如植物工厂,组织培养室、植物生长箱等) 是一种非常合适的人工光源.为此 ,主要介绍了LED在设施农业中的应用及发展趋势.

2.期刊论文 周国泉.郑军.周益民.储修祥.倪涌舟.ZHOU Guo-quan.ZHENG Jun.ZHOU Yi-min.CHU Xiu-xiang.NI Yong-zhou 温室植物生产用LED组合光源的优化设计 -光电子·激光2008,19(10)
基于温室植物光合作用的光需求,通过分析单颗红、蓝光LED的特性,选择合适的红、蓝光LED.出于工程上自动控制之需要,LED组合光源为行、列数各

为8的方阵,采用两种不同形式之排列.方案一为红光LED、蓝光LED均匀间隔整行排列,方案二为每行每列中红、蓝光LED交错均匀排列;其中LED的间距可调 .以点光源模型简化单颗LED来计算LED组合光源的空间光照度和光质.数值计算表明:方案二优于方案一,其照明区域内的红、蓝光光通量比除边缘外基本 均匀一致;LED的间隔以不超过LED大小的一半为限.模块化设计的LED组合光源具有快速安装、更换和拼装的优点.具体对于阴性植物和中性植物,红、蓝光 光通量比还可以通过调节红、蓝光LED的工作电流而加以调控.

3.学位论文 刘水丽 人工光源在闭锁式植物工厂中的应用研究 2007
闭锁式植物工厂是设施农业发展的高级阶段,具有节能、环保、控制精度高、生产成本低等特点,发展前景广阔.针对目前国内外植物工厂的现状以及 栽培设施内环境控制水平低、产量低、植株品质差、成本高等问题,本研究利用不透光的绝热材料建设了一个人工光型闭锁式植物工厂,设计开发了实时 动态监控的环境控制系统,可实现环境因子的高精度控制,为植物生长提供优化的物理环境;研制了种苗繁育LED光环境调控装置、光照距离可调式荧光灯 板,有效地改善植物生长所需的光环境,提高植物的光能利用率;通过负载可调式空调与空气循环系统,调控系统内部的物质和能量的流动,节省资源;采用 营养液循环供液系统,实现了物质的再循环利用;通过对环境控制系统的试验研究以及相关的生物学试验,为闭锁式植物工厂以及新型节能环保光源LED在 育苗领域的应用研究提供了理论和试验依据. 1、试验结果表明,环境控制系统可对植物工厂内的温度、相对湿度、CO<,2>浓度和光照进行综合调控.温度实现周期波段式控制,控制范围为 15℃~29~C,控制精度达到±0.5℃;相对湿度控制在50﹪-85﹪;COE浓度控制在1000±30μmol.mol<'-1>;荧光灯PPFD调整范围67~200μmol m<'-2>S<'1>; 2、LED光环境调控装置中两种LED的波长分别达到660±5nm和450±5nm,PPFD调整范围为0~250μmol·m<'-2>·s<'-1>,光谱比例在一定范围内可任 意调整,可针对多种植物进行相关研究. 3、人工光与自然光环境下生菜栽培对照试验充分表明闭锁式植物工厂内两个品种的光合速率显著高于温室指标,散叶生菜光合速率为对照的1.8倍 ,奶油生菜为对照的1.3倍.奶油生菜和散叶生菜处理的地上部鲜重最大值分别为143.9g和132.7g,为对照的1.2倍和1.4倍;叶片数分别达到了36.7片和 25.6片,为对照的1.4倍和1.3倍. 4、人工光与自然光环境下黄瓜育苗对照试验表明LED光环境下植株生长速率高于其他处理,主要表现在叶面积大,叶片数多,叶片生长速度快,扎根较 深,表现出一定的生长优越性.其光合速率为5.02gmol-m<'-2>·S<'-1>,分别为LF15,LF20,LF30的1.8倍,2.0倍和3.6倍. 5、综合分析环境控制系统的控制效果,提出了系统的不足之处及优化方案.

4.期刊论文 杨其长.YANG Qi-chang LED在农业与生物产业的应用与前景展望 -中国农业科技导报2008,10(6)
随着光电技术的发展,LED在农业与生物领域的应用正逐渐受到世界各国的广泛父注.LED不仅具有体积小、寿命长、耗能低、波长固定与低发热等优 点,而且还能根据植物需要进行发光光谱的精确配置,实现传统光源无法替代的节能、环保和空间高效利用等功能.通过对LED在农业与生物领域研究现状 的详细阐述,重点介绍了LED的光源特性及其在设施栽培、组织培养、植物工厂和太空农业等方面的应用进展,并对LED在人工补光、植物工厂、生命保障 系统以及与新能源结合等方面的应用前景进行了分析和展望.

5.期刊论文 魏灵玲.杨其长.刘水丽.Wei Lingling.Yang Qichang.Liu Shuili 密闭式植物种苗工厂的设计及其光 环境研究 -中国农学通报2007,23(12)
密闭式植物苗工厂具有节能、环保、控制精度高、生产成本低等特点,发展前景广阔.利用不透光的绝热材料建设人工光型密闭式植物工厂,设计开发 了高精度的环境控制系统,为植物生长提供优化的物理环境.研制了种苗繁育LED光环境调控装置、光照距离可调式荧光灯板,有效地改善植物生长所需的 光环境,提高植物的光能利用率.通过对环境控制系统的试验研究以及相关的生物学试验,为密闭式植物工厂以及人工光源在育苗领域的应用研究提供了理 论和试验依据.LED、荧光灯与自然光条件下黄瓜育苗对比试验表明LED光环境下植株生长速率高于其他处理,表现出一定的生长优越性.

6.会议论文 杨雅婷.杨其长 红蓝LED光源光强对甘薯组培苗的影响 2009
本文研究LED光源不同光强对甘薯组培苗生理性状的影响,为新型人工光源在植物组培上的应用提供理论依据。试验利用波长为660nm(±20nm)红光与 450nm(±20nm)蓝光发光二极管(light emittingdiode,LED)作为人工光源,设置5个LED光源处理区,分别为LED1(14.15μmoL/m2·s,R/B=5/1)、 LED2(12.49μmoL/m2·s,R/B=9/1)、LED3(22.50μmol/m2·s,R/B=8/1)、LED4(18.85μmol/m2·s,R/B=7/1)、LED5(19.66μmol/m2·s,R/B=3/1),以 3根荧光灯处理为对照(CK),选用甘薯组培苗在不同光照环境下培育28天。结果表明:660nm红光和450nm蓝光组合可以为组培苗提供良好的光环境,能得到 生长情况略优于对照组的组培苗;红光可以促进组培苗节间长度伸长。其中,处理LED3(22.50μmol/m2·s,R/B=8/1)中甘薯组培苗的株高、地上干鲜重、 地下干重显著优于对照组,LED1和LED3中甘薯组培苗的叶绿素以及LED1中甘薯组培苗的类胡萝卜素相对于对照组没有表现出显著差异。

7.会议论文 潘建根 照明LED能效分析以及标准评测最新国际进展 2004
本文重点研究照明LED器具的能效分析以及标准评测的最新国际进展.首先分析了半导体照明的概况,包括照明LED能效标准,普通照明光源与白光 LED的色温、能效与显色性能.然后介绍了LED的基本物理特性与测量等.

8.期刊论文 周国泉.徐一清.付顺华.吴家森.郑红平.ZHOU Guo-quan.XU Yi-qing.FU Shun-hua.WU Jia-shen. ZHENG Hong-ping 温室植物生产用人工光源研究进展 -浙江林学院学报2008,25(6)
光是植物光合作用的能量源.温室植物体中的叶绿素a和叶绿素b分别吸收600~700 mm的红光和400~520nm的蓝光进行光合作用.光同时是植物形态形 成的信号源.600~700 nm的红光能降低植物体内赤霉素的质量分数,从而减小节间长度和植株高度:而700~800 nm的远红光能提高体内赤霉素的质量分数 ,从而增加节间长度和植株高度.基于温室植物对光的需求,分析了目前使用的温室传统人工光源的特性和存在的问题.发光二极管(LED)光源较传统人工光 源具有明显的优势,但受限于单颗提供的光照度有限,必须组合使用才能满足温室植物正常生长发育对光的需求.尽管LED光源已成功应用于组培苗栽培,但 组培室中组培苗的受光特性完全不同于温室作物,所以针对温室应用的LED成套光源有必要进一步研制.参32

9.会议论文 牟宁宁.高亦珂 发光二极管在植物组织培养中的应用 2006
发光二极管(LED)是近年来用于植物组织培养的一种新型人工光源.与传统的人工光源相比,它具有体积小、寿命长、波长固定、光强可调、发热量低 等优点,可显著提高植物组培苗的生长质量.本文针对发光二极管在植物组织培养中的应用做了回顾.

10.会议论文 闻婧.鲍顺淑.杨其长 LED光源R/B对叶用莴苣生理性状及品质的影响 2009
本文研究不同红/蓝(R/B)光强配比对叶用莴苣(Lactuca sativaL)生理性状及品质方面的影响。为新型人工光源在莴苣生产上的应用提供理论依据。 试验利用波长为660nm(±20nm)红光与450nm(±20nm)蓝光发光二极管(light emitting diode,LED)作为人工光源,设置3个R/B试验处理,分别为 LED1(R/B=10)、LED2(R/B=8)、LED3(R/B=6),以1个荧光灯处理为对照(CK),选用水耕栽培模式在不同光照环境下培育叶用莴苣30d。结果表明:660nm红光 和450nm蓝光组合可以有效提高莴苣的光能利用率,促进光合作用;适宜的红蓝光比例能有效增加植物Vc含量,并降低硝酸盐含量。其中,处理 LED2(R/B=8)的叶用莴苣净光合速率及Vc含量明显高于其他试验处理,而硝酸盐含量最低,表现出良好的生理和品质特性,因此,R/B=8相对更适宜叶用莴苣 的生长发育。

引证文献(10条) 1.闻婧.鲍顺淑.杨其长.崔海信 LED光源R/B对叶用莴苣生理性状及品质的影响[期刊论文]-中国农业气象 2009(3) 2.闻婧.魏灵玲.杨其长.王凤武.杨雅婷 LED在设施园艺中的应用系列(二)LED在叶菜植物工厂中的应用[期刊论文]-

农业工程技术·温室园艺 2009(6) 3.高潮.王文智.郭永彩.林晓刚 基于激发光可调的超微弱发光探测系统[期刊论文]-激光杂志 2009(1) 4.鲍顺淑.杨其长.闻婧.肖骏 太阳能光伏发电系统在植物工厂中的应用初探[期刊论文]-中国农业科技导报 2008(5) 5.吴家森.付顺华.郑军.周国泉 发光二极管光源对绿萝生长及光合特性的影响[期刊论文]-浙江林学院学报 2008(6) 6.杨其长 LED在农业与生物产业的应用与前景展望[期刊论文]-中国农业科技导报 2008(6) 7.崔瑾.徐志刚.邸秀茹 LED在植物设施栽培中的应用和前景[期刊论文]-农业工程学报 2008(8) 8.孙邦升 LED光源在马铃薯种质资源试管苗保存的应用[期刊论文]-中国马铃薯 2010(2) 9.张晓慧.周增产.王峻峰.卜云龙.李秀刚.黄益长 植物工厂关键技术的研究与应用[期刊论文]-北方园艺 2010(4) 10.栗金池.刘文科.杨其长 利用设施农业技术实现"环境替代资源"的战略构想[期刊论文]-中国农学通报 2010(3)

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