led人造植物光源概述

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1、LED人造植物光源概述摘要：光是植物生长中的重要环境因子之一。LED体积小、质量轻、寿命强、光强可调、功耗低等优点使其成为植物光环境调控的重要光源之一，并在节能和促进植物生长方面都有明显的优势。而在蔬菜栽培方面利用LED补充照明和水培系统，空气能够被循环使用，过多的热量和税费可以被移除，电能能够被高效地转变为有效光合辐射，最终转化为植物物质。目前，LED人造植物光源已取得了一定的进展。关键词：LED照明优势植物蔬菜应用1.LED简介1.1LED的基本概念LED是发光二极管（LightEmittingDiode），主要由支架、银胶、晶片、金线、环氧树脂五种物料所组成，是一种

2、半导体固体发光器件，利用固体半导体芯片作为发光材料。LED广泛应用于汽车、通讯产品、资讯产品、交通信号、照明、医学材料以及生物农工业等领域[1]。1.2LED的优点近年来，随着光电技术的发展，LED的亮度与效率大幅度提高，LED不仅具有体积小，寿命长，耗能低，低发热等优点，还能根据植物需要进行发光光谱的精确配置，实现传统光源无法替代的节能、环保和空间高效利用等功能。2.LED工作原理[2]LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性

3、。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。3.LED人造光源在植物生长方面的应用3.

4、1植物补光照明[3]光对植物的生长发育具有非常重要的作用，是植物光合作用唯一的能量来源，光在光质、光强、光照时间三个方面影响植物的生长发育。在不同光强光质的作用下，植物会产生各种不同的形态形成反应，并影响其发育的过程[4]。在棚室内采用人工光源直接给植物补光能够有效促进植物生长。而植物光照环境要素包括PPFD、光照周期和光谱分布等，通过对光强、光质、光照时间等要素的调节来促进植物的生长发育过程，我们就可以利用人工光与自然光的互补或者完全人工光的方式来种植植物。3.2植物生长过程中所需光谱[2]3.2.1波长大于1000nm，不参与光合作用，之转化为热能。3.2.2波长72

5、0~1000nm，能促进茎伸长。3.2.3波长610~720nm，为叶绿素的最强吸收带，有强的光合效应，很多情况下也表现强的光周期效应。3.2.4波长510~610nm，为光合作用的低效区，弱的成形作用。3.2.5波长400~510nm，为叶绿素和叶黄素的强吸收带，光合作用的次高峰区，强的成形作用。3.2.6波长320~400nm（UV-A），可使植株变矮，叶片变厚，多数害虫对此波段辐射有趋光性。3.2.7波长280~320nm（UV-B），有显著的灭菌作用，对多数植物有害。3.2.8波长小于280nm有强灭菌作用，小于260nm对植物有致死作用。3.3LED人造植物光源

6、应用3.3.1水生植物3.3.1.1水中接收到的微弱的自然光很难使水生植物很好地生长，而水生植物一般根部发育不好，会漂浮在水面上。用LED单色光进行实验发现，用红色LED照射后，植物主干中等叶子会比较茂盛；黄光照射下，植株生长缓慢，主干矮小；用绿光照射，植株根茎生长最快，主干又粗又长，叶子茂盛，生长质量远高于其他光环境下的植株，且由于植株的向光性，植株的叶子会想着光源的方向生长；用蓝紫光照射，植株的根部发育完善，但这部分的叶子颜色变为棕褐色，且叶子稀疏。3.3.1.2结论：紫光对植物的生长有明显的抑制作用，330~400nm波长的光有色素沉着效应，因此在紫光LED的照射下

7、水草叶子的颜色才会由绿色变为棕褐色。蓝绿光在水中的穿透力较强，对水草的生长有明显的促进作用；在绿光下的植物趋光性很显著。3.3.2蔬菜栽培3.3.2.1长期以来在农业领域使用的人工光源主要有高压钠灯、荧光灯、金属卤素灯、白炽灯等,这些光源的突出缺点是能耗大、运行费用高,。因此,提高发光效率、减少能耗一直是农业领域人工光应用的重要课题[4]。采用LED补充照明和水培系统，空气能够被循环使用，过多的热量和税费可以被移除，电能能够被高效地转变为有效光合辐射，最终转化为植物物质。3.3.2.2LED作为第四代新型照明光源具有节能环保、