選擇適宜的溫室補光系統

劉曉雨

室生產中在光照不足的情況下，選擇適宜的補光系統需要考慮能耗以及投入產出比。HPS（高壓鈉燈）是溫室內傳統的補光光源，LED（發光二極管）是一種可以替代HPS或作為HPS補充的新型光源。在選擇時，需綜合考慮二者的光電轉換效率、光譜分布和補光效果。

光電轉換效率

在園藝生產中，光電轉換效率是衡量特定裝置單位功率每秒鐘照射到物體表面的光子流量。這個數字可以按照固定規格進行計算或者直接給出。例如，如果規范表給出了發射率和電功率，只需用發射率除以總電功率即可得出光電轉換效率，或者設備直接給出以?mol·s-1·W-1為單位的光電轉換效率。

LED的光電轉換效率范圍在0.9～2.7 ?mol·s-1·W-1之間，HPS的光電轉換效率范圍則在1.6～1.9 ?mol·s-1·W-1之間。從2種光源的最高值可以看出，LED的光電轉換效率比最新的雙頭HPS高40%，即在理論上節省了40%的能源，光電轉換效率是省電的關鍵。

所以，在園藝中使用LED會比HPS省電。出于這個原因，種植者在購買園藝燈具前要確保產品上標注的信息準確，盡量選擇光電轉換效率大的燈具。另外，補光系統中不能轉化成光子的能量都將以熱能的方式散發出來，LED與HPS也會有類似的熱量生產。不同之處在于LED釋放的熱量是在電路中產生，通過對流的方式來冷卻；而HPS產生的熱量是通過輻射冷卻。雖然肉眼不可見，但HPS的熱能卻以近似紅外線的方式散發出來，這可能會導致植物葉片溫度增加0.5～2℃（圖1），也就是說在相同的光照條件下，植物在HPS照射下會有較高的葉冠層溫度，這在一定程度上加快了植物的生長速度。因此，HPS光源在冬天是對植物生長有益的，然而它會對喜涼作物或夏季高溫季節的作物種植產生不利影響。

LED的光譜“調配”

LED發出的光是可以定制的，這意味著可以用不同劑量的光線來調配特定光譜。LED陣列可以由許多單色二極管或不同顏色的二極管組成，市場上最常見的LED面板是藍色和紅色的組合（圖2）。

定制光譜的優勢是可以使用不同顏色的光來誘發植物的形態反應，這可能會減少或取代植物激素對植物的調節作用。為此，研究人員對種植在溫室內的黃瓜分別補充了HPS、LED（紅色）、LED（藍色）3種不同光源，并對比了黃瓜幼苗的生長情況（圖3）。試驗結果發現補充了HPS和藍色LED的黃瓜幼苗比補充紅色LED的黃瓜幼苗高46%～61%。如果種植者需要更健壯的幼苗，選擇不同類型的光源是有效的方法。

在對矮牽牛花的扦插條進行補光試驗中，研究人員發現，和補充HPS光源的扦插條相比，補充LED光源（70%藍色光+30%紅色光）的扦插條新生的根、葉更為健壯。但HPS光源具有相對固定的光譜和可微調的光譜，其光譜大致包含5%的藍色（光譜波段為400～500 nm），53%的黃綠色（光譜波段為500～600 nm）和

42%紅色（光譜波段為600～

700 nm），這組光譜范圍限制了種植者通過光的不同色譜來調節作物形態變化的能力。另外，由于每個作物品種對特定的光源都會做出不同的反應，因此未來我們還需對園藝植物的光照需求進行深入的研究。

LED燈的未來發展

海茲定律指出，在未來10年，LED光源的使用量將增加20倍，而每個LED燈的成本將會降低10倍，該推測由LED技術實際發展情況的相關數據支持的。這意味著LED光源將在未來起到更重要的作用。種植者必須通過計算基于光電轉換效率的用電成本和初始投資資本計算出2種光源（HPS、LED）的投資回報率。如果計算結果證實是HPS光源的話，種植者還需考慮近紅外光譜輻射使植物冠層增溫的影響，而LED光源可定制的光譜特點則可以滿足園藝作物所需的理想光譜。

（摘譯自：http：//magazine.greenhousemag.com/article/april-2016/luminous-possibilities.aspx）