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温室设计中大棚专用补光灯的应用

发布日期:2021-03-01 15:30浏览次数:
很多单独购买灯具的客户多数会考虑到:“你这个灯管多大面积?” “一亩地需要多少灯?” ……这其实是非常不科学的问题。补光方案需要根据不同植物的要求,温室的布置结构去设计、悬挂高度、间隔距离、配光曲线,PPFD要测算的数据很多,这就是整体规划的重要性。
内蒙古自治区兴安盟共有蔬菜水果大棚16000座,2013年大棚运营伊始有段时间棚内果树花开少、果不多,可急坏了种植户。气象专家经过“诊断”找到了原因。原来,突泉当地气温低,太阳光照不足。一般大棚在上午8至9点钟掀棚,下午4点左右盖棚,光照时间不足7至8个小时,导致大棚作物长时间处于生长休眠期;棚内湿度增高,作物抗病虫害能力减弱,果实含糖量变少,再碰上长时间阴雨天和雾霾天就会造成植株发育不良,甚至停止生长、烂根死亡。在气象专家的建议下,大棚内引进了补光灯。应用补光灯后,充足的光照使果树提前开花10天左右;果实提前成熟15天左右,且色泽均匀,口感甘甜,比未用补光灯的大棚增收500斤左右,利润大大增加。
近几年,我国设施农业展现出前所未有的发展势头,温室种植得到普及和快速推广,但是只要有覆盖材料,就会影响温棚内作物光合作用所需光照强度,考虑到经济成本因素,一般温室大都使用塑料薄膜作为覆盖材料,而塑料温室透光率最高为70%左右,最低不足50%, 就连作为透光率高达90%的玻璃覆盖材料如在没有较高经济和维护成本支撑前提下,基本上达不到温室内作物最佳生长要求。尤其在寒冷的冬春季节、阴雨、雾霾天气下,对温室内作物进行补光不但能保证温室内作物不受外界环境因素影响正常存活的前提下稳产,而且可提高作物干质量和免疫抗病能力、改善品质、提前上市时间、减少化学 农药使用,甚至超出正常生长各项指标,可见进行合理的补光越来越重要,其经济效益也相当可观。
灯的分类
补光灯的种类有很多,但本文暂不讨论高温危险的卤钨灯、组培育苗用的荧光灯,以及有毒水银充填的高压水银灯。列举目前温室常用的三款灯具:金卤灯、高压钠灯、LED灯。
金卤灯
金卤灯是金属卤化物灯简称,属于高压气体放电光源,光谱中红橙光约为23%,蓝紫光约为39%,黄绿光约为38%,具有高光效、光色好、寿命长和功率大特点,是理想的人工补光光源。金卤灯光色可随不同金属卤化物成分而改变,可改变金属卤化物组成满足不同补光需求。与高压钠灯按1:l搭配使用可调节光质和节约能耗。它兼有荧光灯、高压汞灯和高压钠灯的优点,光效为高压水银灯的1.5~2倍。
高压钠灯
高压钠灯属于高压气体放电灯,是目前温室普遍,使用的人工补光光源,光谱分布范围较窄,这种极高输出的光源主要产生黄橙色光,红橙光约占40%,蓝紫光10%,黄绿光50%,发光效率高。高压钠灯因核心配件镇流器的不同又分为电感高压钠灯和电子高压钠灯,不同功率灯需适配相应规格镇流器。电感高压钠灯,配套电感式镇流器、启动器、灯泡和灯头灯罩4件套使用,适合5年规划、面积<4万m2,较多应用于园艺设施补光。电子高压钠灯,配套电子式镇流器,具有低能耗、安装轻便、高功率因数和防腐防水等优点,适合10年规划,高端电子农用高压钠灯适合20年规划,一般电子高压钠灯适合大面积高品质种植,是农业补光灯的发展趋势之一。
LED灯
LED是利用半导体二极管PN结或类似结构把电能转换为光能的器件。每个二极管可发出光波较窄的不同单色光,LED补光灯就是由不同单色光二极管构成。它是不放热的冷光源,被称为目前最高效、发热量最小的补光灯产品,由于其灵活可变的单色光配比和娇小简易的结构,使其具有较高的空间利用率和发光效率、简单快捷的安装程序、极低的电耗量、适应各种恶劣环境等优点,适用于完全控制的密集种植和栽培、高低分层植物的按时补光或一种植物的不同位置近距离的补光需求。这种灯在国外植物工厂已大面积使用,但由于其一次性成本投入高,在我国植物补光行业,还没有得到大规模应用。 
激光植物生长灯
激光植物生长灯是激光,用激光合成光谱技术代替阳光让植物进行光合作用,延长作物植物光合作用所需光照。 由植物光合作用所需要的430nm,450nm、480nm、630nm、650nm、660nm、730nm、780nm等波段组成。
①由于植物激光植物生长灯延长了作物光合作用的时间, 如在中国大部分区域的每天有效光照为6小时, 用了激光植物生长灯能把有效光照延长6-8小时,相当于作物在自然光照条件下生长2-3天的效果, 所以用了激光植物生长灯能增加作物的产量;
②据我们的测试数据统计,常规作物能增产20%-30%,对于一些喜光类作物如葡萄、 无花果等作物增产能达到40%-50%, 尤其对于一些无限花序类作物在开花坐果的2-3天类无光照则无法坐果,用了激光植物生长灯能减少断花断茬现象,从而有效提高作物的产量。
选灯的标准
很多单独购买灯具的客户多数会考虑到:“你这个灯管多大面积?” “一亩地需要多少灯?” ……这其实是非常不科学的问题。补光方案需要根据不同植物的要求,温室的布置结构去设计、悬挂高度、间隔距离、配光曲线,PPFD要测算的数据很多,这就是解决方案的重要性。
然而一切要根据植物的具体情况制定合理的科学的补光方案,盲目安装补光灯不仅达不到应有的效果,甚至会让植物减产,白白浪费电力和资金。在给温室做补光前我们要考虑光合作用的两个重要的前提。
1.植物需要什么样的光谱?
2.植物需要多大强度的光照?
根据光谱选灯(考虑成本)
一般来说补光红色光源较多,红色光源容易刺激多数作物开花结果。而蓝色光源对植物的分化与气孔的调节十分重要,如果蓝光不足,远红光的比例太多,茎部将过度成长,而容易造成叶片黄化。以花卉来说,花卉观叶的、或叶类蔬菜,让蓝光稍多点,因为蓝色光有利于植物叶片生长;观花的在花期的,让红色光多点,因为红色光有利于植物开花与结果。而从小苗到开花整个生长期都要补光。
高压钠灯是高输出、成本低,现在较为广泛使用的温室补光灯,但是蓝色光谱成分较少。与钠灯相比金卤灯有更多的蓝光成分。在过去的几年中,陶瓷金卤灯被成功应用于植株生长阶段,能够达到很 高的PAR 值输出,但是功率密度偏低、产生的热量太高等。而LED能够简单的选择不同波长的光。这就意味着LED 能够通过设计配比出不同的光谱,可以满足植物在不同生长阶段所需要的特殊光谱需求。
另外白光LED 通过两种形式“封装”出来,第一种也是最少见的一种,是将红、绿和蓝3 种颜色的LED芯片混合在一起从而产生的白色。但是由于绿色LED 价格昂贵并且效率很低,所以最常见的白光LED 是由蓝色LED芯片和涂有荧光粉的透镜所组成,是使用蓝色LED 发出的蓝光来激发荧光粉。
原则上来说按照光谱选灯,光谱全面的LED灯是唯一答案,但考虑到高压钠灯的价格是LED的五分之一,高压钠灯被广泛使用在现在的温室补光工作中。
根据补光量选灯
这个则要考虑到具体作物具体分析,比如温室常种的番茄光补偿点是53μmol/s/m²,光饱和点是1985μmol/s/m²,则说明番茄补光时一定要保证光照到叶片上大于53μmol/s/m²,但超过1985μmol/s/m²,则无法更多吸收。但是莴苣光补偿点是29μmol/s/m²,光饱和点是857μmol/s/m²,相比番茄,莴苣的需求就少了很多,对于补光多补无益。另外,北方夏天正午的阳光超过2000μmol/s/m²,对于多属植物这段时间基本不用补光。
所以选灯时,要考虑到作物的种类,作物光补偿点越高的灯的功率也要相对提高;昼短夜长,连日阴雨、雾霾的城市就要考虑耐用的灯和大功率的灯;以及温室的布局和灯的密度,一般来说,补光灯越高照射范围越大,但单位受光则少。
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