多波长多频谱促进植物生长的光源的研究

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1、国家大学生创新性实验计划项目申请书项目名称:多波长多频谱促进植物生长的光源的研究申请者:郑奎学院:南京农业大学工学院专业:电气工程系指导教师:徐进职称:副教授2009年10月8日南京农业大学教务处制12一、简表申请人姓名学号班级年级大三电话E-mail项目名称多波长多频谱促进植物生长的光源的研究项目来源A、自立项目√B、教师科研课题的子项目C、其它项目类型A、实验研究√B、调查研究C、软件制作经费来源A、国家资助√B、学校资助C、导师课题资助经费额度总计24690元指导教师姓名指导教师职称参加人姓名学院班级学号合作者签名申请时间2009年10月8号完成时间2010年12

2、月30日项目研究内容摘要光环境是影响植物光合作用最重要的因素，随着科技的进步及农业生产形式的改变,用人工光源来取代或者补充自然光的不足在植物栽培中变得常见。本系统拟采用LED产生多波长多频谱的光源来解决因光照不足而导致的植物生长的一系列问题。采用本系统不仅可以为植物提供合适光环境，提高植物生长的效率，缩短生长周期；还可以大幅度降低植物栽培系统的能耗，使作物栽培层的间距和空间利用率成倍提高,进而促进植物工厂的普及与应用。为响应国家节能政策，创造节约型社会做出贡献。12二、立论依据（包括项目的研究意义、现状分析，并附主要参考文献及出处）项目的研究意义：我国是一个农业大国,农

3、业在我国有着重要的地位。但我国农业的现状在极大程度上依然按传统方式，投入较高，产值较低，这些特征使得农业成为我国国民经济中亟待发展的一环。传统植物设施栽培中使用的光源一般是荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯和白炽灯。这些光源是依据人眼对光的适应性所选择的，其光谱有很多不必要的波长，对植物生长的促进作用少【1】。作为第四代新型照明光源，LED具有节能环保、安全可靠、使用寿命长、响应时间短、体积小、重量轻、发热量少、易于分散或组合控制等许多不同于其他电光源的重要特点【2】。图1反映的是植物生长方式的演变过程。利用科学的多波长多频谱促进植物生长的光源提高农产品的产量是解决农业现状

4、的一个有效途径。光合作用是植物生长、合成有机物的关键环节，如果能有效的提高植物对于光的利用率，有效的增加有机物的合成，则会对改善我国农业发展现状大有裨益【3】。植物生长灯这样不仅可以使植物长期处于一种稳定的生长环境下，不受外界自然气候的影响，植物健康地生长，也为栽培人员带来了极大的方便和利益【4】。植物生长灯通过自身的发光体源源不断地为植物生长提供极高的光通量，该系统的设计是仿日光的光谱与光通量使其性能与日光相仿，这样便防止了在没有普通光照的情况下继续为植物创造出一个和谐的世界。由于以前没有类似的项目，此项目有着更加明显的创新性。该项目弥补了植物在荧光灯、金属卤化物灯、

5、高压钠灯和白炽灯的光照不足。采用LED提供照明，调控光质和PPFD，不仅能够调控组培植物的生长发育和形态建成、缩短培养周期、提高品质，而且能够大大减少能耗，降低成本，使植物生长在最佳生长环境下，提高生长效率【5】。该技术还可推广应用于航天生态生保系统的研究【6】。现状分析：光环境是植物生长发育不可缺少的重要物理环境因素之一，通过光质调节，控制植株形态建成是设施栽培领域的一项重要技术。近十年来，我国设施园艺面积发展迅速，植物生长的光环境控制照明技术已经引起重视。设施园艺照明技术主要应用于两个方面：一、在日照量少或日照时间短的时候作为植物光合作用的补充照明；二、作为植物光周

6、期、光形态建成的诱导照明【7】。12图1植物生长方式的演变过程采用LED作为促进植物生长光源在植物组织培养中的应用是基于LED技术的发展和植物组织培养环境调控而发展起来的。世界上最早将LED用于植物栽培的是日本的三菱公司，早在1982年就有关于波长为650nm的红光LED光源用于温室番茄补光的试验报告。后来，LED也被应用于植物组织培养中的环境调控，并对LED在节能方面的作用加以探讨。目前，LED在植物组织培养中的应用主要集中在光质和光强对组培苗生长影响方面，而对光周期等研究较少。就世界范围来说，LED在植物组织培养中的应用研究主要集中在日本和美国。日本的研究处于国际领

7、先地位，不但开发了专门应用于植物组织培养的LED发光系统，而且与其它环境调控因子相结合，取得了一些重要的基础数据。不同物种不同时期生长特性，分析植物对LED光质调控响应机理的研究，因此也未能给出不同植物在不同生育期中最佳LED光谱组成、PPFD及光照周期的可靠参数和系统资料【8】。此外，中国虽然是植物设施栽培面积大国，但在设施栽培领域具有自主知识产权的LED技术产品的研发基本还是空白，急需工程学科和植物学科的研究者共同合作，研制开发出符合中国生产实际的LED植物光源、照明自动控制系统、新型植物生长调控装置12和大型植物工厂化育苗设施等。中