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LED在植物工厂的应用

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LED在植物工厂的应用

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  植物工厂作为设施园艺的最高级发展阶段,被认为是21世纪农业取得革命性突破的重要技术手段之一。植物工厂是通过计算机对设施内植物生育过程的温度、湿度、光照、CO2浓度和营养等环境条件进行高精度的控制,实现农作物周年连续生产的高效农业体系。

  目前,植物工厂有两种主要模式:一种是以温室为主体的太阳光和人工光并用型植物工厂;另一种是以封闭的隔热空间为主体的人工光完全控制型植物工厂。与并用型植物工厂相比,人光完全控制型植物工厂受外界气候影响小,可实现周年连续生产,且可多层培植,空间利用率和产量水平高,优势明显,但空调和照明耗电大、运行成本高也成为其发展的重要制约因素。

  因此,节能降耗已经成为人工光完全控制型植物工厂的重要课题。高效率人工光源的选择是解决植物工厂能耗问题的重要手段,目前植物工厂主要以高压钠灯和荧光灯作为照明光源,散热量大,制冷费用高。1994年以来,日本开始试用LED作为植物工厂的照明光源,使用波长为660 nm的红色LED加上5%的蓝色LED的组合光源进行生菜和水稻的栽培,获得成功。Okamoto等[9]使用超高亮度的红光LED与蓝光LED,在红蓝光比值(R/B)为2∶1时,培育莴苣获得成功。Yanagi等使用单色红光LED、蓝光LED及其组合进行了莴苣生长与形态建成的试验研究,结果表明,将莴苣栽培于单色蓝光

  LED(170μmol·m-2·s-1)的环境中,其干物重小于纯红光LED或红蓝光LED组合下的植株,但植株显得更加矮壮和健康。Fukai等报道了一种采用水冷模板LED光源的蔬菜植物工厂,采用NFT方式生产生菜、芹菜等,生产能力为5900株/d, 150万株/y。

  该工厂的建筑尺寸为13m×13m×12m,栽培床面积为800m2(8m×10 m×10层),栽培光源为改良型水冷式红色LED,其他环境要素如温度、湿度、CO2、气流速度等均可实现自动控制。蔬菜定植2周后即可收获,植物培育效率(光合成所用的光能/灯管投入的电力)为0. 01,光能利用效率极高。