眾所周知,LED照明已經徹底變革了室內生長設備的運作方式,主要原因是LED可以靈活地提供光譜輸出且發熱極低。美國農業與生物工程師學會(ASABE)最近發佈了ANSI/ASABE S642 SEP2018,即《Recommended Methods For Measurement And Testing Of LED Products For Plant Growth And Development(用於植物生長和發育的LED產品測量和測試的推薦方法)》,這是三個系列標準中的第二個,重點規定了用於園藝應用的LED照明產品的性能。

新標準為光輻射發射範圍為280~800nm的LED產品定義了測試方法(可見光光譜的範圍則約為390~700nm)。

ASABE標準和技術總監Scott Cedarquist表示,「將LED照明用於園藝應用,是過去20年來我們最感興趣的項目之一。」

不足為奇,園藝照明所使用的術語以植物為中心,以下是一些較廣泛使用的術語:

光合有效輻射(PAR)——植物在光合作用過程中可用太陽輻射的光譜範圍。傳統上認為其範圍是400~700nm,但最近的研究顯示,高達740nm的波長也會影響植物的生長和發育。

光合光子通量(PPF)——光照系統每秒所產生光合有效光子的數量,類似於光通量(流明),以微摩爾/秒(μmol/s)為單位。

光合光子通量密度(PPFD)——每單位時間每單位面積撞擊某表面的光合有效光子數,類似流明(lux),以μmol/m2s為單位。

園藝照明的重點是所傳遞的光子,因為正是它們透過激發電子來啟動光合作用和植物發育中的其他過程。用於園藝應用的LED產品與用於一般照明的LED產品在幾個重要方面有所不同,第一是這些產品的光譜輸出通常較寬。由於不同的植物會對光譜的不同部分做出反應,這點非常有用。

工業和學術研究已證明,每種植物都有一種特定的「光配方」,可以使其在更短的時間內生長更多的作物。該配方定義了光譜的變化,以最佳化植物生命週期的每個階段,並改善所需的植物特性,例如,增加蔬菜的風味或大麻的效力。

LED照明產品還具有特殊功能,其不僅能夠提供精確的輸出光譜,還可以針對不同的植物生命週期階段「調整」到最佳光譜。

為了解決某些生長環境的溫度過高問題,主動冷卻雖然不是普遍都有,但卻是LED園藝照明產品的另一個重要特性。主動冷卻主要利用風扇實現,但水冷系統也有採用,防水外殼也是一個考慮因素,尤其是在LED靠近植物安裝的設備中,例如垂直農場。

說到垂直農場,LED照明產品因其發熱比傳統照明低得多而被廣泛採用。LED燈可以散佈在植物附近而不造成損壞,這使得設備管理人員能夠最大限度地利用可用空間。除了如圖1所示的大規模運作外,垂直農業在城市地區也越來越受歡迎了。在這些地區,有人將廢棄的建築改造成植物種植場所,而以較低的成本產出新鮮農產品。

20190507NT01P1 圖1 美國麻塞諸塞州Millis的一個採用LED照明的垂直農場項目。(圖片來源:Crop One Holdings)

請注意,文章到此為止還隻字未提將LED照明廣泛應用於普通照明的主要原因,即節能。因為對於生長設備管理者而言,此舉的主要目的是產量,對於像大麻這樣的高價值作物——毫無疑問,它是第一個採用LED照明的產業—與提高產量和縮短生命週期所帶來的收入增長相比,能源成本微不足道。即使對於更傳統的作物,比如綠葉蔬菜和花卉,降低能源成本也不比可在較短時間內產出更多作物更有說服力。

園藝應用採用LED照明,這一情形正在快速發展,並將引發未來食物種植方式的重大轉變。因此,下個寒冬時節在雜貨店購買黑莓的時候,不妨想想那難得之物是否是在室內使用LED照明種植的。

(參考原文: LEDs offer spectral output control for horticulture applications,by Yoelit Hiebert)