植物工厂光照技术简介 植物工厂生产选什么光比较好

|摘要|

该文章以大量实验数据为基础，探讨了植物工厂中光质选配的几个重要问题，包括光源选择、红蓝黄光作用以及光谱范围的选择等，以期为植物工厂中光质选配策略的确定提供一些可借鉴的实用方案。

光源选择

植物工厂生产一般选用LED灯。这是因为LED灯具有光效高、能耗低、发热少、寿命长及光强光谱可调等特点，既可以满足植物生长和有效物资积累的要求，又能达到节约能源、减少发热和用电成本的目的。LED又可分为单芯片普通照明用宽光谱LED灯、单芯片植物专用宽光谱LED灯及多芯片组合可调光谱LED灯。后两种植物专用LED灯的价格一般为普通照明用LED灯价格的5倍以上，所以应该根据不同的目的而选用不同的光源。对于大型植物工厂而言，其种植植物的种类随着市场需求变化而变化，为了降低建造成本且不显著影响生产效率，笔者建议采用一般照明用宽光谱LED作为照明光源。对于小型的植物工厂，如果种植植物的种类相对固定，为获得较高的生产效率和品质且不显著增加建造成本，则可以采用植物专用或普通照明用宽光谱LED作为照明光源；如果是为了研究光照对植物生长和有效物质积累的影响，从而为今后大规模生产提供最佳的光照配方，则可选用多芯片组合可调光谱LED灯，通过在种植过程中改变光强、光质和光照时间这些因素，为每种植物获得最佳光照配方，为大规模的生产提供依据。

红蓝光作用

就具体实验结果而言，当红光(R)的含量高于蓝光(B)时（生菜R:B = 6:2和7:3；菠菜R:B = 4:1；瓠瓜苗R:B = 7:3；黄瓜苗R:B = 7:3），实验表明所有受试植物在各个不同阶段（7天、14天和21天等）的生物量含量（包括地上部分的株高、最大叶面积、鲜重和干重等）都较高，但植株的茎粗和壮苗指数则是在蓝光含量高于红光时较大。对生化指标而言，红光含量高于蓝光一般有利于植物体内可溶性糖含量的增加，但对于植物体内VC、可溶性蛋白、叶绿素和类胡萝卜素含量的积累，则用蓝光含量高于红光的LED照明比较有利，在这种光照条件下丙二醛的含量也相对较低。

由于植物工厂主要用于种植叶菜类植物或进行工厂化育苗，从以上结果可以得出，在提高产量并兼顾品质的前提下，适于选用红光含量高于蓝光的LED作为光源，具体配比为R:B = 7:3为佳。并且这样的红蓝光配比对各类叶菜或苗菜都基本适用，对不同植物也没有特异性的要求。

红蓝光波长选择

在光合作用期间，光能主要是通过叶绿素a和叶绿素b而被吸收的。下图给出了叶绿素a和叶绿素b的吸收光谱，其中绿色谱线为叶绿素a的吸收光谱，蓝色谱线为叶绿素b的吸收光谱。从图中可以看出，叶绿素a和叶绿素b都有2个吸收峰，一个在蓝光区，另一个在红光区。但叶绿素a和叶绿素b的2个吸收峰略有不同。准确说来，叶绿素a两个峰值波长分别为430 nm和662 nm，而叶绿素b两个峰值波长分别为453 nm和642 nm。这4个波长值不会随着植物的不同而变化，因此照明光源中红蓝光波长的选用也不会随植物种类的不同而不同。

叶绿素 a 和叶绿素 b 的吸收光谱

如果用宽光谱的普通LED照明灯作为植物工厂的光源，只要红蓝光部分能够覆盖叶绿素a和叶绿素b的两个峰值波长即可，即一般选用红光的波长范围为620~680 nm，而蓝光的波长范围为400~480 nm。但红蓝光波长范围不能太宽，太宽了不仅浪费光能，还可能会产生其他影响。

如果要用由红黄蓝三色芯片组成的LED灯作为植物工厂的光源，则应将红光的峰值波长设置为叶绿素a的峰值波长，即在660 nm处，蓝光的峰值波长则应设置为叶绿素b的峰值波长，即在450 nm处。

黄绿光作用

红绿蓝三色光的配比为R:G:B=6:1:3较为合适。至于绿光峰值波长的确定，由于它在植物生长过程中主要起调节作用，只要介于530~550 nm即可。

总结

本文从理论和实践两方面探讨了植物工厂中的光质选配策略，包括LED光源中红蓝光波长范围的选择及黄绿光的作用和配比等。在植物生长过程中还应综合考虑光强、光质和光照时间这三因素间的合理匹配，及其与养分、温湿度和CO2浓度间的关系等。对于实际生产而言，无论是计划使用宽光谱还是多芯片组合可调光谱LED灯，波长的配比都是首要考虑的因素，因为除了光质外其他因素都可以在运营过程中进行实时的调节。因此，在植物工厂设计阶段最重要的考虑因素应该是光质选配的问题。