LED光源在温室补光中的应用

　　"万物生长靠太阳"，光照是作物进行光合作用的必备要素之一，光照条件的好坏直接影响到作物的产量和品质。在自然界中，太阳的光照度会随地理纬度、季节和天气状况的不同而变化。温室内的光照除与上述因素有关外，还与温室结构、管理措施及材料的透光性能等密切相关。由于温室覆盖材料、灰尘以及结构遮光等因素的影响，温室内的光照状况要比露地差得多，一般仅为露地的30%-70%，尤其是在冬季和早春季节，太阳高度角低，日照时间短，温室内光照度往往不能满足作物生长的需求，人工补光成为众多可控环境温室管理的必然选择。

　　目前，温室人工补光主要考虑三方面要素：一是对光照度的要求。以主要作物光补偿点为依据，番茄、黄瓜、辣椒的光补偿点分别为3000Lx、2000Lx和1500Lx，光饱和点为70000Lx、55000Lx和30000Lx，因此，温室补光光照度一般要求在作物冠层达到1000Lx-3000Lx。二是对光质的要求。作物的光合作用主要利用400nm-500nm的蓝紫光、 600nm-700nm的红橙光以及少量700nm-800nm的远红外光，温室补光一般根据作物不同，对R/B（红/蓝）和R/FR（红/远红）有特定要求。三是对光周期的要求。自然界昼夜交替、周而复始的现象形成了光周期，作物在漫长的进化过程中适应了这种明暗变化。但是，在冬至前后或连阴天时，光照时间往往不能满足作物生长发育需求，需要人工补光来增加光照时间。近年来，温室人工补光已经成为设施园艺生产的重要手段，各种人工光源也得到了快速发展。

　　1 温室补光常用光源及其特征

　　目前，常用的温室人工补光光源主要有荧光灯、高压钠灯、低压钠灯、金属卤化物灯等。近年来，随着大功率LED的研制成功，新型节能光源LED也引起了广泛关注。

　　普通荧光灯提供较多的绿光，约为50%，其余部分大多为红、蓝光，又分别约占总光谱的25%，远红色光谱比例很低。荧光灯发光效率较高，寿命长（约12000h），但是功率较小（目前常用有28W和36W两种），满足一定光照度所需灯具多。由于含有很多的绿光，容易造成作物徒长。目前常用于植物组培。

　　钠灯是汞和钠蒸气发光的气体发光光源，分为低压钠灯和高压钠灯两种。低压钠灯出现较早，钠蒸气压不超过几个帕，其发光光谱集中在589nm的黄色光，通常只能与其他光源配合使用。发光效率高达200lm/W，寿命长（约9000h）。高压钠灯标准工作钠蒸气压约为10kPa，发光光谱中有较多的红橙光和较少的蓝绿光。发光效率较高，功率大，寿命长（约12000h），目前在温室补光中使用较多。但由于高压钠灯是热光源，表面温度高，发热量较大，不能近距离照射作物。

　　金属卤化物灯是汞和稀有金属的卤化物混合蒸气产生电弧从而放电发光的一种气体发光光源。可通过改变金属卤化物组成呈现不同的光谱。其发光效率较高，功率大，寿命长（5000h~20000h）。但是灯内的填充物中有汞，当使用的灯破损或失效抛弃时，都会对环境造成污染。光谱中含有较多的远红光，发热量大，不能近距离照射作物。

　　LED（发光二极管）光源是近年来发展起来的新型节能光源。与白炽灯、荧光灯和高压钠灯等人工光源相比，LED具有显着优点：

　　·直流低压供电。小功率彩色LED的正向电压通常为1.5V-2.8V，大功率LED的正向电压通常为3V-4V，远小于安全电压。

　　·节能。钠灯和金属卤化物灯是气体放电发光灯，靠加热升温使金属元素蒸气放电而发光。LED是固体发光光源，不需要加热就能发光，是一种冷光源，因此其减少了消耗在加热上的电量。

　　·单色光源，发光效率高。LED可发射单色光，其半波宽大多为±20nm，可以精确地为植物提供所需要的光谱，而不浪费电能发出黄光、绿光等植物不需要的光谱。

　　·体积小、应用灵活。可设计出轻薄短小的灯具，应用空间大。

　　·环保。LED是固体发光光源，不含汞等有害物质，在安装使用中不会造成污染，其废弃物也可以回收。LED光源是环保的绿色光源。

　　·寿命长。LED是固体光源，内部不存在松动部分，没有玻璃、灯丝等易损和易烧部件，机械强度大，耐振动，耐冲击，寿命可达50000h以上。

　　LED光源的明显优势已经引起荷兰、日本、美国等国学者的关注，尤其是近年来大功率LED的研发成功，为LED在温室补光应用奠定了基础。

　　2 温室补光LED光源类型及结构

　　常用的LED温室补光光源主要有两种形式，一种是垂直照射的点光源式，一种是穿插于植株之间进行侧面照射的带光源式。目前，LED光源用于温室人工补光尚处于试验阶段。

　　2.1 点光源式

点光源式是较早得到开发和应用