植物人工辐射源

发布日期：2014-01-22  稿源：互联网  编辑：Henry

核心提示：植物的光合作用需要二氧化碳和水才能完成，植物在光合作用下，吸收二氧化碳和水，释放出氧气并产生有机物，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。下图是植物的绿叶结构。绿叶结构内有大量的叶绿体。

太阳电磁辐射与可见光
太阳光是一切生物赖以生存的源泉，我们居住的星球如此的生机勃勃，都是源于太阳光，我们看到的太阳光是太阳电磁辐射的可见光部分，电磁辐射是当振动是以光速传播时的物理现象，电磁辐射与可见光的关系如下图所示。

当以光速传播的振动波的波长由1公里至10皮米时，我们熟悉的无线电波、手机通讯、电视传送的微波、军事上的雷达、医学上的X射线、γ射线等，都是不同波长在以光速传播的应用，太阳辐射也只是其中的一部分。
我们在地球上能测试到的太阳辐射的波段范围大约为295nm-2500nm，低于295nm和大于2500nm波长的太阳辐射，因地球大气中臭氧、水气和其他大气分子的强烈吸收，地面上观察不到。当波长在400nm-700nm范围内，人眼都可以感受到这些波长发出的光，我们称之为可见光，太阳辐射主要集中在可见光部分，在可见光范围里，我们观察到的不同波长的辐射是不同颜色的光。这些颜色的光混合在一起，就是我们通常看到的白光，白光是用色温表示的。
太阳光谱只是波长从300nm-1100nm范围，通常，我们把这个范围的光谱划分为几部分：
1、紫外线：波长从300nm到400nm。
2、可见光：波长从400nm至700nm。
3、红外线：波长从700nm至1100nm。
太阳辐射在地球一切生物的生命演化中具有重要的作用。科学家是用光谱来分析电磁辐射和可见光的，我们研究太阳光、人造光源、植物吸收的光都离不开光谱图。在农业种植方面，我们主要研究波长从300nm-1100nm这个范围的应用，下图是ICE60904-9太阳光谱辐射分布曲线，这是一个重要的参考依据。

在可见光范围里，人眼最敏感的光（也就是我们感觉最亮的光）是黄色光，人眼最不敏感的光是蓝色的光。当天空出现彩虹时，我们往往看到的是黄色、红色和绿色，看到的蓝色占很小部分。如下图所示。



植物最敏感的光是蓝光和红光，这与我们人类看到的光是不同的，所以，植物是需要用电磁辐射量进行度量。因为植物不仅能“看”到400nm-700nm的可见光，植物还能“看”到不可见光，如紫外线和红外线。
这一点非常重要，我们是用电磁辐射原理来研究植物的吸收光谱，而不是采用光的概念进行研究。

植物与植物的光合作用
植物是唯一能够把太阳光能量转化为质量的生物，植物的光合作用是地球上一切生命的基础，植物不仅给人类提供了生存必须的氧气，还给人类提供了食物和能量。目前，人们已知的植物约有30余万种。
植物是所有生物里，唯一能够把太阳辐射能转化为有机物的生物，是人类与其他动物赖以生存的基本生物。
植物把太阳辐射能转化为有机物的过程就叫做植物的光合作用，确切的说，光合作用是指植物通过光合色素，利用光能将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气的生化过程。下图是植物光合作用的化学反应式。

植物的光合作用需要二氧化碳和水才能完成，植物在光合作用下，吸收二氧化碳和水，释放出氧气并产生有机物，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。下图是植物的绿叶结构。绿叶结构内有大量的叶绿体。



植物的光合作用只能发生在叶绿体内，叶绿体是绿色植物细胞内进行光合作用的结构。植物的叶绿体内主要含有叶绿素（叶绿素a和叶绿素b）、β-类胡萝卜素（胡萝卜素和叶黄素），光敏素（Pfr，Pr）。下图是叶绿体对光的吸收和反射过程，叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，光敏素主要吸收红光和远红外光。这些色素吸收的光都可用于光合作用。叶绿素的含量最多，而且，叶绿素吸收绿光极少，大部分的绿光被反射出来，所以叶绿体呈现绿色。植物的叶片组织里主要成分是叶绿体，所以，植物的叶片也是呈绿色的。



植物在太阳辐射下的吸收光谱
我们研究植物的光合作用，主要是通过研究植物对太阳辐射的吸收，才能揭示植物光合作用的基本原理，那么，植物的光合作用吸收的光谱如下图所示，绿色植物光合作用有效光谱范围是380nm-735nm，植物的光合作用主要吸收的是红光和蓝光，此外，还有小部分的紫外线和红外线，植物的光合作用对绿光吸收的很少，由于太阳光的光谱在植物光合作用范围内是连续的，植物吸收的光谱也是连续的，只是吸收的量是有不同。



叶绿素a和叶绿素b对太阳光的吸收有两个峰值，一个发生在波长为430nm-450nm之间，另一个峰值发生在620nm-660nm之间，β-类胡萝卜素吸收440nm-500nm之间，光敏素吸收峰值是380nm、660nm、730nm。
通过对植物吸收光谱的分析，我们可以使用与太阳辐射相同的波长的人工辐射源对植物进行辐射，从而达到与太阳光一样的植物光合作用的效果，这就是植物人工辐射源的基本构思。
植物人工辐射源与太阳辐射在辐射的波长与光色是一样的，并没有差异，因此，根本不存在人工辐射源对植物的光合作用产生变异，与转基因植物不同，植物人工辐射源在物理与化学上与太阳辐射作用完全相同，人工辐射源与太阳辐射相比，唯一的差别是人工辐射源光谱无法做到像太阳辐射那样波长峰值是连续的，不过，也是居于这一点，LED人工辐射源可以对植物光合作用更加有效，因为植物吸收光谱也是有峰值且不连续的，当然，人工方式源是要增加植物种植的成本。
通常讲的植物灯应该称之为植物人工辐射源（Plant Artificial Radiation Sources）。我们称之为PARS，我们应用电磁辐射的理论才能正确的应用在植物的培植，然而，大多数植物生长灯的制造商却是用光的概念表达植物灯，这可能会引起使用者对植物灯的应用错误。
把植物灯改称为植物人工辐射源PARS，是我们首先在这个领域提出的，事实上，植物光合作用只是接受不同波长的电磁辐射，而不是接受光照，植物的有效光合PPFD（PAR）值才是植物光合作用的度量单位，而光源对物体的照明效果却是用照度LUX度量的。在植物人工辐射源加入不可见光的辐射时，LUX的指标基本是失效的。我们用PARS代表植物人工辐射源，也就是其他制造厂所讲的“植物灯”。

使用LED制作的植物人工辐射源称为LED-PARS（LED Plant Artificial Radiation Sources），LED-PARS与其他人工辐射源相比，具有以下特点：
1）可以选择波长来做出符合植物吸收光谱需要的光谱。
2）电功率到辐射功率的转换效率高。
3）光量与光质易于调整。
4）辐射分布均匀，植物吸收效率高。
5）电磁辐射的自动化控制容易实现。
6）辐射量衰减率低，产品寿命达3万小时以上。
7）每平方米所需要的耗电功率低，生产成本低。
8）低压直流驱动，应用的安全性高。
9）产品造价高，初始投入大。




系列产品



效果图



阳台园艺（Balcony Garden）是新兴的家庭园艺产品，目前国内开发的家庭园艺产品主要是种植花盆和无土培植管架等辅助设备，在人工辐射源产品方面还没有专业的产品，本产品为国家实用新型专利产品，是专为于植物人工辐射源开发的产品，产品采用模块化设计技术，配用LED单体二次光学外壳专利技术，辐射均匀，辐射效率高，实用效果良好，广泛使用在层架式植物工厂，大棚育苗，阳台园艺等场所，在辐射效率与使用效果方面居国内领先地位。 

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