植物生长用高强度气体放电灯_下_

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1、11植物生长用高强度气体放电灯( 下)陆其龙罗珍峰梁桂玲杨建虎( 杭州时代照明电器有限公司， 浙江 杭州310011)High Intensity Discharge Lamps for Greenhouse Lighting( ) Lu QilongLuo ZhenfengLiang GuilingYang Jianhu( Hangzhou Times Lighting and Electrical Appliance Co. Ltd. ，Zhejiang Hangzhou310011)( 续上期)2. 4LED( Light Emitting Diode)LED 是 近 几 年 迅 速 发

2、 展 的 新 型 光 源。目 前LED 应用于植物生长照明仍处于初期研究阶段， 但LED 本身独特的优势如极低的能量消耗、 极长的使用寿命、 较低的热量释放以及针对植物光合作用波长可专门设计光输出等， 使得 LED 光源被认为是适用于植物生长照明最有前景的光源。目前， LED 光源应用在植物生长领域存在的主要问题是成本较高以及光的穿透能力不强。表 2 为几种不同类型光源应用于植物生长时的特点。表 2不同类型光源应用于植物生长时的特点光源类型特点使用寿命 ( h)可选色温 ( K)显色 指数荧光灯较适用于萌芽阶段， 全光谱 设计可以用于开花阶段; 与 HID 相 比，单 位 成 本 较低; 较适

3、用于室内盆栽植物。 10 0003 000 5 000 6 000 70金卤灯光谱主要为蓝光和白光; 最适 用 于 萌 芽、 茎 叶 生 长 阶段。 10 0003 000 4 200 6 000 70高压钠灯光谱主要为黄光 /红光; 最适用于开花和结果阶段; 可以 用 于 植 物 生 长 所 有 阶段。 20 0002 10020LED较低的热能释放; 适用 于 植 物 生 长 的 所 有 阶段; 环保、 无有毒有害物质; 可以根据特定的植物对光 谱的要求进行专门设计; 成本最高。 50 0003 000 4 200 703植物生长金卤灯金卤灯作为植物生长照明光源近年来得到广泛关注和应用。如

4、前所述， 通过调整不同的金属卤化物药丸成分比例， 可以调整其 400 700nm 的光谱分布， 以使其适用于植物生长的不同阶段或不同植物的生长照明。金卤灯光谱的差异使金卤灯表现为不同的颜色， 即不同的灯色温。已有研究表明， 植物生长光合作用的叶绿素活性与光源的颜色密切相关， 如图2 所示。可见， 日光色金卤灯和高压钠灯均位于叶绿素活性相对最大的位置， 说明它们非常适用于植物生长照明。图 2植物生长叶绿素活性与光源颜色的关系 不同光源所呈现出的不同颜色， 可以反映出光源色温的不同。如前所述， 需要使用光合有效辐射的相关测量方法才能实现对光源作用于植物生长效能的定性评价。但是， 对于大多数光源制造

5、厂家来说， 更倾向于使用光源的光谱特点来对光源效能进行定量的评价。使用光源的光谱特点进行评价时， 重点需考虑的参数有光通量、 色温以及光谱的红色比。红色比即光谱中红光部分( 600 780nm) 占可见光区域( 380期 780nm) 的百分比。3. 1植物生长金卤灯光谱特点植物生长照明用金卤灯主要有 3 种色温， 分别为3 000K( 暖色调， 淡红色) 、 4 200K( 白色) 和6 000K( 蓝色调， 日光色) 。3 000K色温植物生长金卤灯的药丸成分以 Na-Sc为主， 其中 Na 的比重一般在 85% 以上。由于药丸中Na 的比重偏高， 3 000K色温金卤灯的显色指数一般在7

6、0 以下。图 3 为一只典型的3 000K色温植物生长金卤灯的光谱图。由图可见， 红光区域的光谱强度相对较强， 其红色比在 16% 以上， 而蓝光部分则相对较弱。因此， 3 000K色温植物生长金卤灯的作用类似于高压钠灯， 比较适用于植物生长的发芽和开花阶段。图 3典型的 3 000K 色温植物生长金卤灯光谱图 4 200K色温植物生长金卤灯的药丸成分同样以Na-Sc 为主， 但成分中钠的比重一般低于 80% ， 其显色指数通常在 70 以上。图 4 为一只典型的4 200K色温植物生长金卤灯的光谱图。可见， 虽然光谱的峰值仍出现在红光区域， 但光谱的红色比明显降低， 约在11% 左右， 因此

7、各种波长光的强度相对均衡。4 200K色温植物生长金卤灯可以促进植物的茎叶生长和开花。但由于其均衡的光谱强度分布， 在适用于植物某一具体生长阶段时并无突出优势。图 4典型的 4 200K 色温植物生长金卤灯光谱图6 000K色温植物生长金卤灯的药丸成分以 Na-Sc和稀土元素 Tm， Dy， Ho， Li， In 等为主。通过调整不同稀土元素的比例， 可以在一定程度上改变金卤灯的颜色稳定性， 其显色指数通常在 75 以上。图 5 为一只典型的6 000K色温植物生长金卤灯的光谱图。可见， 400700nm 波长范围内蓝色光区域的光谱强度明显增强， 而红光区域强度明显降低， 其红色比在 8% 左

8、右。6 000K色温植物生长金卤灯的颜色更接近于太阳光的颜色， 应用上非常适合植物的茎叶生长阶段。图 5典型的 6 000K 色温植物生长金卤灯光谱图除了色温和红色比外， 光源的光通量也可以用于定量地评价光源的 PAR 性能， 两者之间存在正相关关系， 即光源的光通量越高， 光源的 PAR 功率或 PAR光子通量就越高。由于技术和生产条件的差异， 同一规格不同厂家生产的光源光通量会略有差异。3. 2植物生长金卤灯的寿命及光通维持率除了光谱以外， 光源的寿命和光通维持率也是非常重要的参数。在评价植物生长金卤灯的使用寿命时， 使用有效寿命会更有意义。有效寿命是指光源燃点过程中， 光通量衰减至某一特

9、定值时所经历的小时数。相比于平均寿命， 有效寿命同时考虑了光通维持率的因素， 因此在评价植物生长光源时应更合理。但从目前市场上各个公司对植物生长灯的标称来看， 仍以平均寿命为主。图 6 为时代公司 600W 植物生长金卤灯的寿命和光通维持率曲线( 以6 000K色温为例) 。图 6典型的 600W 植物生长金卤灯( 6 000K) 寿命和光通维持率曲线总体而言， 与高压钠灯相比， 植物生长金卤灯具有较强的蓝光输出， 因此更适用于对植物茎叶生长要求较高的植物生长照明。实际使用中， 大多数客户采陆其龙 等: 植物生长用高强度气体放电灯( 下)13用金卤灯和高压钠灯交替使用的方式来促进植物生长， 以

10、提高产率和缩短生长周期。为便于客户使用和安装， 需考虑将金卤灯设计为适合在高压钠灯线路上燃点， 即可以与同规格的高压钠灯互换使用。因高压钠灯玻壳通常以 T 型玻壳为主， 考虑到灯具的通用性， 金卤灯玻壳通常也以 T 型或紧凑型玻壳为主。表 3 所列为目前时代公司能够生产的用于植物生长的 HID 灯规格。表 3植物生长高强度气体放电灯一览表产品类型功率 ( W)玻壳灯头色温 ( K)光通量 ( lm)使用镇流器金卤灯400T46E403 00035 000HPS金卤灯400T46E404 20035 000HPS金卤灯400T46E406 00033 000HPS金卤灯600T76E403 00

11、050 000HPS金卤灯600T76E404 20050 000HPS金卤灯600T76E406 00050 000HPS金卤灯1 000T76E403 000105 000HPS金卤灯1 000T76E404 200105 000HPS金卤灯1 000T76E406 000105 000HPS高压钠灯400T46E402 10056 500HPS高压钠灯600T46E402 10090 000HPS高压钠灯600T46E402 10087 000HPS高压钠灯1 000T65E402 100135 000HPS高压钠灯1 000T33E402 100135 000HPS4植物生长高压钠灯高

12、压钠灯是早于金卤灯应用于植物生长照明的高强度气体放电光源， 因其较强的红光输出正好位于植物对光源的敏感波段范围内， 因此能大大促进植物生长的光合作用。以往的研究和实际应用表明， 高压钠灯作为植物生长光源更适用于植物生长周期的开花和结果阶段。植物生长高压钠灯的色温和显色指数均较低， 色温在2 100K左右， 显色指数在 25 以下， 但其光效很高， 可达 150 lm/W 以上。植物生长高压钠灯的光谱主要与电弧管极距和陶瓷管设计有关。同一规格如 600W 灯存在两种形式的设计， 一种为高光通量设计， 陶瓷管体通常细而长， 这种设计可提供更高的光通量， 通常在 90 000lm以上， 但光谱红色比

13、相对较低， 一般在 23% 左右; 一种为宽光谱设计， 陶瓷管体通常粗而短， 这种设计光通量相对较低， 一般在 87 000lm 左右， 但可提供更高的红色比， 一般在 28% 左右。图 7 和 图 8 分别为600W 高光通和宽光谱设计植物生长高压钠灯的典型光谱图。可见， 无论何种设计， 植物生长高压钠灯的红色光谱区域均具有明显的光谱强度， 而蓝光区域光谱强度明显较弱; 光谱红色比均比植物生长金卤灯的光谱红色比高出很多。图 7高光通型 600W 植物生长高压钠灯光谱图图 8宽光谱型 600W 植物生长高压钠灯光谱图对专业的使用者来讲， 在实际应用中， 通常会根据实际情况具体选用合适的光源型号

14、， 以达到优化的照明效果， 但两种设计在具体应用中应无本质的区别。目前市场上两种设计并存， 如 Philips 以宽光谱型为主， 而 GE 以高光通型为主。除此之外， Philips 还开发了 Greenpower 1 000W双端 高 压 钠灯， 专 门 用于植物生长照明。图 9 为1 000W双端高压钠灯的典型光谱图。可见， 光谱在期红色区域具有明显的光谱强度输出， 其红色比可达30% 以上， 对植物生长照明的应用更有吸引力。图 91 000W 双端高压钠灯典型光谱图5结束语金卤灯和高压钠灯光谱的差异， 决定了它们适用于植物生长的不同阶段或不同特点植物的生长。植物生长金卤灯尤其是6 000

15、K色温系列更适合于植物的茎叶生长阶段; 而植物生长高压钠灯更适合于植物的开花和结果阶段。实际应用中， 通常是两种光源结合使用， 在植物生长的不同时期使用不同的光源， 以达到更优化的照明效果。植物生长灯的应用是一项系统工程， 需要专业技术人员根据植物特点、 气候条件、 使用场地情况等各种客观因素对植物生长灯进行安装和选配， 方能达到增产、 增效、 缩短收获期等效果。同时， 实际应用中，植物生长照明除了需要足够的光源外， 其它条件如水、 二氧化碳、 肥料等对植物生长同等重要。随着人们对植物产量要求的不断提高以及植物生长照明光源技术的日益成熟， 相信人造光源在植物生长领域的应用会更加普及。参考文献

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