[发明专利]一种室内栽培植物的光源

说明书

本发明涉及人工光栽培植物技术领域，具体提供了一种全人工光栽培植物的光环境方法，为植物生长提供全人工光源，所述光源包括波段为620‑760nm的光波，所述620‑760nm的光波光子数占整个光源光子数的比例为64‑76％。本发明所采用的光源配比及光源组合方式，与传统的光源例如现有荧光灯、高压钠灯相比，能够大大提高植物的产量。本发明光源配比方案相对传统的LED灯光源配比方案，选取的光源波段更为精准，受其他植物生长参数影响小，在促进植物生长过程中更具有针对性，采用精准的光波的波段、峰值波长以及光量子占比的精准组合及配比，能够更加精准的对植物生长效果进行把控，从而促进植物生长。

技术领域

本发明涉及人工光栽培植物技术领域，具体涉及一种全人工光栽培植物光源。

背景技术

光是植物生长发育的基本环境因素。它不仅是光合作用的基本能源，而且是植物生 长发育的重要调节因子，对其形态建成、生殖发育、次级代谢物质调控有重要的作用，植物的生长发育受光质、光照强度、光照周期、光照方式的影响。传统的认知：万物生长靠 太阳，在地球上，太阳是主要的可见(即光)和不可见电磁辐射源，并是维持生命存在的主 要因素。到达地球的净日平均太阳能约为28×10^23J(即265EBtu)。该值是2007年估算 的世界全年一次能量消耗479Pbtu的5500倍。对于地球表面可测量到的太阳辐射的光谱 分布具有约300nm和1000nm之间的宽波带范围。但是到达地表的辐射中仅50％是光合成 有效辐射(PAR)，即400-700nm之间的辐射能。植物吸收转化光能主要通过光合系统完成， 其感光体是主要存在于植物的叶子上的活性元素，其负责光子捕获以及用于将光子能量转 换为化学能。

人造光源时代开始于托马斯·爱迪生在1879年研制出的爱迪生灯泡，即白炽灯。所 以人造光源在植物照明领域的应用首先由白炽灯开启，主要经历了荧光灯、高压钠灯(HPS)，一直到现在的LED灯。白炽的特征在于大量的远红外辐射，其可达到总PAR的 约60％，但由可见光谱范围内消耗的电能(输入)和发射的光能(输出)之间的转换效率定义的白炽灯的电效率仍然很低，通常约为10％，白炽灯寿命不大于1000小时，寿命短，导 致其在植物生长中应用受限；荧光灯较之白炽灯，电光能量转换效率有提升，功率通常小 于40W,国际品牌T8或T5荧光灯电转光效率接近30％，一般产品在20-30％之间，其中大于90％的发射光子在PAR范围内，其中蓝光能量取决于灯的相关色温(CCT)，可达到在PAR 范围内总光子发射的10％以上，所以对于光需较弱的植物品种或近距离应用场景中，荧光 灯广泛用于封闭的生长室和人工气候箱以完全取代太阳光。高压钠灯(HPS)属于气体放 电灯、功率一般在400-1000W,电转光效率30-35％，其中约70％的发射光子在PAR范围内， 常用于高光需植物或温室中整年农作物生产的优选光源。但是无论荧光灯还是高压钠灯由于其光谱设计的局限性，可实现的光谱能量分布是有限的，光谱质量对于促进光合作用和光形态发生作用来说并不是最优的，因此导致叶子和茎的过度生长。这归因于与诸如叶绿素a、叶绿素b和β胡萝卜素的重要的光合色素的吸收峰相关的不平衡的光谱发射；此外， 由于不同种类植物对光环境的需求不一样，会导致有效转化的能量效率极低而且极大的浪费能源，导致人工光室内栽培植物的运行成本加重。

因此，基于以上原因，发光二极管(LED)以及相关的固态照明(SSL)作为潜在可行且 有前途的用于植物照明中的工具，LED具有高光效、长寿命、窄光谱、光谱选择性强等诸多优势，但是，新型商用高亮度LED产品，主要能量处于500nm至600nm的绿黄光波长范 围，对人眼视觉具有高效响应，不能有效响应光合作用过程，根据技术原理，高效响应光 合作用的光谱可利用组合诸如GaN、GaAs、GaP不同类型的半导体或光致发光材料实现。

目前人工光栽培植物主要包含叶菜类蔬菜、茄果类蔬菜、药用植物、麻类植物、花卉 植物、模式植物、大宗经济作物、价值高的灌木等，现有技术公开不同植物不同生长阶段的光谱能量分布特征，如峰值波长、R/B、R/FR，甚至针对特定植物特定生长阶段有具体 的能量分布数据，但并没有提出能够满足以上多种植物共同健康生长的光谱。