植物生长灯的原理

植物生长灯
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人造光源
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产品简介
植物生长灯是人造光源，通常是电光源，旨在通过发射适合于光合作用的电磁波谱来刺激植物生长。植物灯用于没有天然发光或需要补光的应用中。例如：在冬天，当可能的日光时间可能不足以达到所需的植物生长时，灯被用来延长植物接收光的时间。如果植物没有得到足够的光，它们将徒长。
生长的灯光或者试图提供类似于太阳的光谱，或提供更适合所栽培植物需要的光谱，光谱图。模拟来自增长灯的不同颜色，温度和光谱输出的室外条件，以及改变灯的流明输出（强度）。根据所栽培植物的种类，栽培阶段（如发芽/营养期或开花期/结果期）以及植物所需的光周期，光谱的特定范围，发光效率和色温都是可取的 具体植物和时间段。
1868年，俄罗斯植物学家Andrei Famintsyn，是第一个将人造光用于植物生长和研究的人。 
典型用法
植物灯用于室内园艺，植物繁殖和食品生产，包括室内水栽和水生植物。虽然大多数植物灯都在工业上使用，但也可以在家庭中使用。
根据反平方律，到达表面的点源（在这种情况下是灯泡）辐射的光的强度与表面距离源的距离的平方成反比（如果一个对像是两倍遥远的地方，它只接收四分之一的光线）这是室内种植者的严重障碍，许多技术被用来尽可能高效地使用光。因此，反射器经常用于灯光以使光效达到最大化。灯具或灯具尽可能靠近地移动，使得它们具有相同的照明，并且来自灯的所有光都落在植物上而不是周围区域。
例如白炽灯、荧光灯、金卤灯（HID）和发光二极管（LED）。今天，专业使用最广泛的灯是HID和荧光灯。室内花卉和蔬菜种植者通常使用高压钠（HPS / SON）和金属卤化物（MH）HID灯，但荧光灯和LED由于其效率和经济性而替代金属卤化物。
金属卤化物灯经常用于植物生长的营养阶段，因为它们发射更大量的蓝色和紫外线辐射。随着陶瓷金属卤化物照明和全光谱金属卤化物照明的引入，它们越来越多地被用作营养繁殖生长阶段的独家光源。 蓝色光谱可能会诱发植物更大的营养反应。
高压钠灯也被用作整个营养阶段和生殖阶段的单一光源。同样，它们可以用作生殖阶段中全光谱照明的修正。红光谱可能会在植物中触发更大的开花响应。如果使用高压钠灯作为营养期，植物生长稍快一些。
近年来，LED室内生长灯，可以产生特定波长的光。NASA已经在空间站测试增加空间食物的高效率。结果表明，植物受到可见光谱的红，绿和蓝色部分的光影响。 
常见类型
高强度放电（HID）灯
虽然荧光灯是过去常见的室内生长灯类型，但现在HID灯最受欢迎。高强度放电灯具有高流明/瓦特效率。有几种不同类型的HID灯，包括汞蒸汽，金属卤化物，高压钠和转换灯泡。金属卤化物和HPS灯产生一些与太阳有些相似的色谱，可用于种植植物。汞蒸汽灯是第一种HIDs，被广泛应用于街道照明，但是当涉及到室内园艺时，它们对于植物生长产生的光谱相对较差，所以它们大多被其他类型的HID替代为生长植物。
所有HID生长灯都需要镇流器进行操作，每个镇流器都具有特定的瓦数。热门HID功率包括150W、250W、400W、600W和1000W。在所有尺寸中，600W HID灯是光效最高的，其次是1000W、600W HPS比1000W HPS多出7%的光。
虽然所有HID灯都采用相同的原理，不同类型的灯泡具有不同的起动和电压要求，以及不同的工作特性和物理形状。 因为这样一个灯泡将无法正常工作，除非使用匹配的镇流器，即使灯泡安装上去。除了产生较低级别的灯光之外，错配的灯泡和镇流器会停止工作，或者甚至会立即烧毁。
LED（发光二极管）
LED发光灯由发光二极管组成，通常在带有散热器或内置风扇的外壳中。LED发光灯通常不需要单独的镇流器，可以直接插入标准电源插座直接使用。
LED生长灯根据用途而有所不同。从光形态发生的研究中已知绿色、红色、远红和蓝光光谱对根形成，植物生长和开花有影响，但是没有足够的科学研究或现场测试使用LED生长灯的试验推荐的特定颜色比例。已经表明，如果给予红色和蓝色光，许多植物将正常生长。然而，许多研究表明，红色和蓝色光仅提供最具成本效益的生长方法，植物生长在光补充绿色下仍然更好。
白色LED生长灯提供全光谱，旨在模仿自然光，为植物提供红色，蓝色和绿色的平衡光谱。所使用的频谱各不相同，但是白色LED生长灯被设计为发出类似数量的红色和蓝色光，增加的绿色光将显示为白色。白色LED发光灯通常用于家庭和办公空间的补充照明。
已经在温室试验中评估了大量的植物物种，以确保植物在生物量和生物化学成分中具有更高的质量，甚至与现场条件相当。通过评估植物的健康和活力以及促进生长的成功来测量薄荷、罗勒、扁豆、莴苣、卷心菜、欧芹、胡萝卜的植物表现。促进选择观赏植物的大量开花。
在飞利浦照明公司进行的LED生长灯测试中，为了在温室种植各种蔬菜找到最佳的光线配方，他们发现光线的以下几个方面影响植物生长光合作用和植物发育形态光强度，总光线随时间变化一天中的哪些时刻，（光谱），光线方向和光分布在植物上。不过值得注意的是，在西红柿、迷你黄瓜和甜椒之间的测试中，所有植物的最佳配方都不一样，根据作物和区域的不同而不同，所以目前他们必须根据试验优化温室中的LED照明和错误。他们已经表明，LED光影响抗病性，味道和营养水平，但到2014年，他们还没有找到一种实用的方式来使用这些信息。
用于初始LED发光二极管的二极管设计通常为1/3瓦特至1瓦特。然而，现在LED增长灯通常使用较高功率的二极管，例如3瓦和5瓦二极管。对于高度紧凑的区域，可以使用10瓦特和100瓦特之间的COB芯片。由于散热，这些芯片通常效率较低。
LED生长灯应至少保持植物远离植物12英寸（30厘米），以防止叶子烧伤。
萤光灯
荧光灯具有许多形状因素，包括长，薄的灯泡以及较小的节能灯。荧光灯的色温范围从2700K到10,000K。发光效率范围为30lm/W至90lm/W。 
色谱辨别
不同的增长灯产生不同的光谱。植物生长模式可以响应光的色谱，这一过程完全与光合作用完全分开，称为光形态形成。
自然采光具有较高的色温（约5000-5800 K）。可见光的颜色根据天气和太阳的角度而变化，并且特定光量（以流明为单位）刺激光合作用。与太阳的距离对这些季节的光质量和数量以及由此产生的植物行为的季节性变化几乎没有影响。地球的轴线不垂直于围绕太阳的轨道的平面。一半年的时间里，北极向着太阳倾斜，所以北半球接近阳光直射，而南半球则要到达地球表面之前必须穿越更多的气氛。在另一半年中，这是相反的。太阳辐射的光的颜色光谱没有变化，只有数量（在夏季更多，冬天较少）和整个光线的质量到达地球表面。垂直温室中的一些补充LED生长灯仅产生红色和蓝色波长的组合。演色性指数可以比较光线与常规阳光的自然颜色的匹配程度。
植物吸收光的能力随种类和环境而变化，然而，影响植物的光质量的一般测量是PAR值或光合有效辐射。
已经有几个使用LED种植植物的实验，并且已经表明，植物需要红色和蓝色的光来进行健康生长。从实验中一直发现，仅在红色（660纳米）下生长的植物的叶片变形较差，但是通过添加少量蓝色可以使大多数植物正常生长。 
光照要求
植物的具体需求决定哪种照明最适合最佳生长，人造光必须模仿植物最适合的自然光。如果一个植物没有得到足够的光，它不会增长，不管其他条件如何。例如：蔬菜在充分的阳光下成长最好，并在室内蓬勃发展，他们需要同样高的光照水平，而叶子植物（例如蔓绿绒）生长在阴凉处，可以以更低的光线正常生长水平。
植物灯的使用方式取决于植物生长阶段。一般来说，建议在幼苗/成长阶段期间植物接受照射16小时，8小时的休息时间；营养阶段接受照射18小时，6小时的休息时间；在花期阶段接受照射12小时和12小时的休息时间。
光周期
此外，许多植物也需要黑暗和光周期，这种效应被称为光照周期，以触发开花。 因此，在设定的时间开关可以打开或关闭灯。最佳的光周期比例取决于植物的种类和种类，因为有些喜欢长时间和短夜，而其他喜欢相反或中等的日长。
在讨论植物发育时，非常重视光周期。
响应光周期花的植物可能具有兼性或专一的反应。兼职的反应意味着一个植物最终会花光，而不管光周期如何花在特定光周期下生长的速度更快。专业反应意味着植物只有在一定光照条件下种植才会花。
光合有效辐射（PAR）
通常用于测量光线的亮度和流明，但是它们是测量人眼感觉到的光线强度的光度单位。如图1。
可用于光合作用的光的光谱水平与流明所测量的相似，但不相同。因此，当测量植物光合作用的光量时，生物学家通常测量植物接受的光合有效辐射（PAR）的量。PAR表示从400到700纳米的太阳辐射的光谱范围，其通常对应于光合生物在光合作用的过程中能够使用的光谱范围。 
相关参见
叶绿素
光合作用
钠灯
萤光灯
节能灯