摘要：本文设计了适用于园艺设施栽培的新型led植物补光装置，该装置以led灯珠为光源，依照植物生长规律所需要的太阳光，用led灯管代替太阳光在植物生长的各个阶段进行不同强度的补光照射，提高植物的生长效率。本文所开发的led补光装置光源为红光led（650~660nm）、蓝光led（420~430nm）和远红光led（720~730nm）。
关键词：植物补光；发光二极管（led）；设施园艺
中图分类号：o782文献标识码：a
引言
我国是设施园艺生产大国，设施园艺栽培面积和产量居世界首位。然而，由于我国设施园艺的栽培形式以日光温室和塑料大棚为主，设施内的光照只有设施外的70%左右，在阴雨雪雾等恶劣天气条件下，设施内光照严重不足，弱光寡照严重制约着设施作物的生长发育与产量品质的形成。在我国，阴雨雪雾等恶劣天气导致的连阴天现象时有发生，在低温同时作用下弱光寡照经常导致作物减产甚至绝收，经济效益无法保证。尤其是在大都市周边，空气污染导致的大气透明度较低也加剧了连阴天现象的发生与危害。
人工补光是保证弱光寡照条件下设施园艺优质高产的重要技术手段。然而，传统的补光灯，如高压钠灯，存在能耗高、光效低、光谱与植物光合作用需求相差较远的缺陷，很难保证设施作物的高效生产的需求。led是一种半导体固态光源，具有体积小、重量轻、节能环保、长寿命、光谱可按植物需求调制等优点，较传统补光光源具有无法比拟的光电优势，是替代传统光源进行高效补光的理想光源。更为重要的是，led光源为冷光源，可贴近植物叶片表面照射，减少了照射距离，提高了生物光效，被称为绿色高效的“光肥”[1]。
1 新型led植物补光装置设计
1.1 外壳组件
外壳组件采用由晋煤集团晋城晟皓光电科技有限公司自主开发的t8一体化灯管。该种灯管结构可以实现温室园艺等场所多根灯具的无缝连接，同时也可以实现多根自动控制，有利的设施园艺中灯具光照的集中调节和人工控制管理。
1.2 led灯板设计
根据植物生长对光谱需求的大量文献研究[2,3]，针对其外壳组件的结构，设计了1种led灯板，在该灯板上能够实现多种led红光r、蓝光b、远红光y的光质组合，如图1所示。并且能够模拟多种植物的生长光谱，实现1种灯板全光谱补光的技术。在图2中可以看到每1条灯板都有不同的灯珠按照光谱模拟分布排列，该种排列技术除了满足光谱模拟外，还可以通过外部控制实现各种光质和光强的组合。
图1led灯板样品图
1.3 控制器
图2所示为该灯具控制模式图，控制器采用5路模式，2路输入，3路输入。输入为24v直流，输出3路信号，分别为ryb，r控制红光、y控制远红光、b控制蓝光，控制器中集成有ic控制模块，该模块可以调节输入到灯具中的电流强度、调节各种光质组成、独立照射等功能。
图2控制模式示意图
2 新型led植物补光装置测试
2.1 功能测试
图3为该新型led植物补光装置在红光、蓝光和远红光的单独控制下的效果图，同时这些光质可以组合、智能控制光照强度。通过遥控器可以能够实现对植物补光装置的分时段、分阶段的智能调控光质的功能，从而提高植物对光谱的吸收率。
图3单独远红光、红光、蓝光工作图
2.2 配光测试
配光测试系统为远方（everfine）go~2000a_v1系统，配光曲线可以测试灯具的发光角度，光照强度分布等光学参数。本次测试设置c角度范围：0。~360。，γ角度范围：0。~90。。配光测试结果如图4所示，配光结果显示，该灯具的发光角度为：-80。~80。，平均光束角为156.5。。
图4配光测试分布图
2.3 有效平均照度测试报告
有效平均照度能够反映出在不同的高度，灯具的光照角度、光照强度、光照面积等参数，通过测试，可以给用户提供参考，选择合适的高度对植物进行照射，从而达到科学控制，严格调控的目的，保证植物在最合理的光照强度下进行生长。图5所示为该灯具在1~5m的梯度有效照度测试图，图中可以看出该补光装置对不同高度的照度量。通过测试，该led补光装置在距离植物1m的时，最大照度为44.62lx，平均照度为13.13lx，光束角113.04°。
3 应用推广
该灯具目前已经在山西晋煤集团宏圣公司花圃大棚、山西晋煤集团润红煤业公司等温室大棚开展试验和推广，田间资料
前正在收集整理中。从目前的应用效果来看，该灯具安装灵活、控制方便、光照强度大，照射模式多的特点已经逐步被用户所发现，灯具价格也能够让用户接受，得到用户的一直好评，未来将通过田间试验结果做进一步的改进，使led照明能够为植物生长提供科学“光肥”。
参考文献
[1] 杨其长, 张成波. 植物工厂概论[m]. 中国农业科学技术出版社, 2005.
[2] 魏灵玲, 杨其长, 刘水丽. led在植物工厂中的研究现状和应用前景[m]. 中国农学通报, 2007,23(11):408-411.
[3] 魏灵玲. led光源在密闭式植物苗工厂的应用研究[m]. 北京:中国农业大学,2007.
作者简介：唐建军（1985-），男，汉族，山西孝义人，硕士，助理工程师，主要从事新型led灯具的设计和开发。
