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论农业照明的5大关键问题

2015-12-25 11:49
天堂的苦涩
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  地球上的绝大多数动物与植物的生长都离不开太阳光的照射,但在不同区域和不同时间,太阳光的供应是有限及有区别的,避开光照的周期,仍然有很多光照不足的情况,因而人工光源在动植物的生长中的补光应运而生。在LED技术之前,主要依靠高压钠灯、荧光灯等光源进行,然而这类传统光源在光谱与能量上很不灵活,且由于动植物的多样性,不同的物种对人工补光要求可能不同,使得人工补光的应用发展缓慢。

  LED是近年来快速发展的照明技术。除了光效、寿命等方面较传统光源具有很大优势外,LED在光谱空间、时间、及尺度空间等的巨大灵活性,造就了LED在动植物补光上巨大的应用前景。同时,近年来LED技术不断完善,光效等不断提高,价格快速下降,推动了LED用于农业照明的实质性进展。但由于农业照明涉及面的复杂性,使得目前LED用于农业照明总体上是处于不断的试验摸索阶段,有很多理论问题与实践问题尚未解决,本文试图在这些方面进行一些片面的阐述。

  1、农业照明的多学科性

  如果把植物照明与动物照明纳入农业照明范围内,则其所涉及的学科包括植物学、动物学、生物统计学、照明技术、控制技术等。前三者是生物学的领域,后两者是照明技术的领域,学科跨度很宽,在这几门学科中,照明技术是技术手段,而生物学领域的内容是实验过程与结果评判。

  总体来说,生物学领域的知识是进行农业照明的最重要部分,但目前农业照明主要指的是采用LED的照明技术,而LED的高度灵活性,使得进行农业照明过程中,作为主体的农业或者生物领域的科学家,需要照明学家的高度配合,以实现各种动植物物种的最佳照明条件,同时照明学科在视觉领域的成功完善,也是农业照明值得借鉴的。因此,农业照明的学科与技术进步,需要农业及生物领域的科学家与照明领域的科学家密切配合。

  2、农业照明的复杂性

  作为一项与农业相关的科学与技术,农业照明继承了农业科学的复杂性特点,如前所述,其中包括两个方面:农业与照明。

  前者研究的物种非常多,且每一个物种,影响的条件因素也非常多。如植物生长的几个基本要素,阳光、空气、水,除此之外,种子、土壤、周边环境如温度、湿度、气候的变化等,也影响植物的生长。而动物方面,由于是活动的,包括的因素更多,即使所有这些条件一致,各个动植物个体的生长情况也可能有差异,这就决定了进行农业照明研究时必须以生物统计学的方法进行研究。

  另外在照明方面,也存在多个变数,包括照明的光谱、强度、时间与周期、光形式(稳态还是脉冲)等。

  以上两个方面,决定了农业照明的复杂性,尽管通过调控光的强度优化动植物的生长,可以保持其他条件相同的情况下进行,但可能存在的各种条件的相互影响将使研究问题更加复杂化。

  3、农业照明的试验难度

  农业照明的复杂性决定了农业照明研究的试验难度,体现在具体实验上就是试验的变数太多。尽管主要试验光照的情况,通过研究不同的光照条件,如照射强度、光谱、照射时间、照射周期、照射方式等情况下动植物的生长情况,并期望固定其他农业条件如温度、湿度、空气、水分、营养成分、种子等,但是这两类因素可能相互影响。

  因而在实际的实验研究中,要考虑的试验变化条件非常多,同时每个条件,出于生物统计学的考虑,也要具有一定的样本。这就使得试验条件多、样本多,再加上每个试验条件需要一定的生长时间,最后造成农业照明研究的情况是:试验样本非常多、试验时间跨度很长,农业照明成为了费时、费力、费空间的研究。

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