植物生长箱和步入式植物生长室对温度、光照等培养条...-2

以下介绍几种常见的植物生长灯种类：

1、白炽灯：白炽灯是一种热辐射光源，最接近于太阳光色，显色性好，光谱均匀而不突兀。白炽灯（包含卤素灯）的光谱是连续而且平均的。但在所有的照明灯中，白炽灯的效率几乎是最低的。它所消耗的电能只有约2%可转化为光能，而其余部分都以热能的形式散失了。至于使用寿命，通常不会超过1000小时，卤素灯就比一般的白炽灯要长很多。所以白炽灯作为植物生长灯并不算多。

2、荧光灯：也叫日光灯，是一种较常见的植物生长灯，其中使用最多的是冷白荧光灯。传统型荧光灯即低压汞灯，是利用低气压的汞蒸气在通电后释放紫外线，从而使荧光粉发出可见光的原理发光，因此它属于低气压弧光放电光源。普通荧光灯管涂卤素荧光粉，填充氩气、氪氩混合气体。相比白炽灯，发热量小很多，发光效率高很多，使用寿命高于白炽灯、低于LED灯，约15000小时；但是荧光灯管显色性能较低，光谱分布非常不均，远远小于太阳光，不属于高效节能电光源。荧光灯的光照强度组合可以达到200~450µmoles/m²/s，适合组织培养、拟南芥研究等应用。

▲ 一种冷白荧光灯的光谱图和应用

3、LED灯：其中使用最广泛的是白色LED灯，用于模拟太阳光照。相对于荧光灯，白色LED灯具有更全的光谱范围，且发热量更小，光照强度也要高一些，组合可达到200~1000µmoles/m²s甚至更高的光照强度。此外，白色LED灯的能耗仅为白炽灯的1/10，寿命可达5万小时以上，抗震性也较好，而且不含铅汞等，绿色环保。

▲ 一种白色LED灯光谱图和应用

当前的技术可以使LED灯发出白、红、黄、蓝、绿、青、橙、紫等多种颜色。而在植物培养领域使用的除了白色，还有红、绿、蓝和远红等LED光源。其中：

• 蓝光（400~500 nm），可增强光合作用和叶绿素的合成，防止植物徒长，另一方面抑制植物根茎细胞和器官的伸长，比较适合多肉植物、茎叶类，所有植物小苗育苗，铁皮石斛植物使用。

• 红光（600~700 nm），促进植物生长、发芽、开花、结果，在植物增色中起着主导作用，促进植物光和作用，更适合花卉、果实、菜温室补光。

• 远红光（700~800 nm），用LEDs补充远红辐射（发射峰734nm）使花色素苷、类胡萝卜素和叶绿素含量降低，而使植株鲜重、干重、茎长、叶长和叶宽增加。补加FR对生长的促进作用可能是由于叶面积增加而导致的对光吸收的增加。低R/FR条件下生长的拟南芥比高R/FR下生长的植物叶片大而厚、生物质数量大，冷适应能力强。不同比例的R/FR还可以改变植物的抗盐性。

▲ 白、红、蓝三色光植物生长箱

▲ 蓝光、红光、远红光光谱图

4、高性能LED灯：高性能LED灯的光照强度相对于一般白色管状LED灯要更高。国际上高性能LED灯使用较多的是芬兰的Valoya，专注于植物生物学研究，世界上最大的10家农业公司中有8家已經在使用Valoya的光源方案。不同的数量的Valoya LED灯组合方案可实现不同的光照强度，从300、600、800~1200µmoles/m²/s，甚至更高的光照强度。

▲ 白色Valoya LED灯

Valoya LED研发了不同的光谱配方种类，适用于不同的植物生长应用。如AP67光谱配方：促进植物成长与开花；AP673L：促进植物生长发育；G2/NS1/NS12：增进春化作用过程；Valoya BIOMASS：用来促进大麻种植时生物质的产出；Valoya Canna+：增加大麻种植时THC的产能。

▲ 部分Valoya LED光谱选项

▲ 一种Valoya LED灯及其光谱图

5、陶瓷金卤灯：比传统卤素灯光效高30%以上，寿命可达20000小时，光衰慢，照明效果持久。与高压钠灯相比节能10%，比传统卤素灯节能70%，比汞灯节能150%。具有更高的光照强度600~1100 µmoles/m²s，发热量也较大，需安装在单独冷却的玻璃灯罩内，由独立通风口排除热量，以保证生长区域气候条件稳定。适合小麦、玉米、水稻、棉花、大豆、咖啡、软木等各种常见的需要高光强的大型植物。

▲ 陶瓷金卤灯的光谱图和应用

以上介绍的荧光灯和LED灯等都是固定光谱光源，现在的技术还能实现可调光谱的植物生长灯。

6、可调光谱LED灯：瑞典的Heliospectra公司以植物科学与园艺方面的智慧LED照明系统而闻名。以Heliospectra RX30型号为例，其具有9通道波长控制，距光源500mm处光照强度最高可达600μmoles/m2/s，同时可以在10% ~ 100%范围内按1%步调。可单独控制9种光谱: 380nm, 400, 420, 450, 520, 630, 660, 735nm和5700K白色；Heliospectra还可发出了系统辅助软件来管理LED灯。

▲ HeliospectraRX30 可调光谱LED灯及其光谱图

▌ 光照强度调节：

不同种类的植物生长灯，除了光源种类、色温和颜色不同之外，光照强度的调节能力也不同。现阶段灯管光照强度的调节，基本上可以达到1%的步调能力，像荧光灯和LED灯可以在10%~100%范围内调节光强，陶瓷金卤灯可以在30%~100%范围内调节。这样可以使一台植物生长箱满足不同的需求，实现一机多用和更高的使用率。例如，一台植物生长箱的最大光强为600 +/-10% µmoles/m²s，光照强度可以按1%步调，当光照强度调节为30%~50%左右时，可以用于组织培养、拟南芥研究等；当光照强度调节为100%左右时，可以用于需要更高光照强度的植物的培养。当然这与植物生长箱的性能和控制能力有直接关系，有的植物生长箱光照控制只能开和关，有的只能进行3级或5级控制。

如果想要更加准确地模拟自然环境光照的变化，同温度控制类似，植物生长箱需要具备光照强度均匀增大或减小的功能，因为自然环境中温度的升高或降低是连续的、较均匀的。这种控制能力使得研究人员可以为植物生长箱设计更加复杂的程序，不仅可以模拟春夏秋冬四季和各个气候带，还可以模拟每天24小时不同时间点的光照强度。

▌ 灯管安装位置：

关于植物生长灯，除了光源种类、光照强度大小及可调性、固定或可调光谱，灯管的安装位置也有所不同。步入式植物生长室的灯管安装位置基本上是两种：安装在植物生长室顶上和安装在货架上，前者是为了保证生长高度和光照强度，适合需要高光照强度的中大型植物；后者的灯管光照强度约200~600 µmoles/m²/s范围，适合组织培养、拟南芥研究和一些不需要高光照强度的植物的培养。

而对于植物生长箱，灯管的安装位置选择则更多，比较常见的是水平安装，即安装在搁板上。其次是竖直安装，即安装在门上或内腔。竖直安装的灯管光源，距灯管近则光照强度大，否则光照强度小，做相同条件的植物培养可能会造成培养结果参差不齐，做差异化培养则更加合适。