人工植物生长光源和发光材料的研究进展

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1、人工植物生长光源和发光材料的研究进展张瑞西1王希玲2王涛‘。王海波3(1南京工业大学材料学院2济南铁路局徐州供电段3南京工业大学电光源材料研究所南京210009)摘要：人工光源对对温室大棚等非自然条件下的植物生长有十分重要的作用，尤其是长波段红光(640nm一700nm)Ill。文章详细概括了国内外在促进植物生长方面的人工光源及光源材料的研究情况，指出了目前的不足，并提出了今后研究的发展方向。关键词：人工光源植物生长荧光粉红光前言光对植物的生长有着十分重要的作用。没有了光，光合作用也就无法进行。植物的生长发育需要光照，通常依赖太阳

2、光，但蔬菜、花卉等其他经济作物的工厂化生产、组织培养及试管菌的繁殖等还需人工光源进行补充光照【h21。晚秋、冬、春等季节光照时间短，温室大棚内严重缺光，作物不能正常生长，如遇连阴天、雾天、雨雪天，对作物的生长更会带来严重的影响。因此。采用人工光源在棚室内直接给作物补光是促进植物生长的有效途径，而高效节能地对植物补光的理论依据主要是植物对光的选择性吸收的理论11．孤。光根据其波长的不同大致划分为【41：紫光(380～420nm)、蓝光(420--一450nm)、青光(450"-"490rim)、绿光(490"--560nm)、黄光(

3、560"---590nm)、橙光(590"-620nm)、红光(620～780nm)。不同绿色植物对光的吸收谱基本相同pi，在可见区主要集中在400--一460nm的蓝紫区和600"--700nm的红橙区。这两种不同光色的光，就如同植物所需要的两种“光肥”，而日光中强度最大的恰恰是500nm左右的绿光，蓝紫87和红橙区的含量相对较弱。近年来人们一直在努力模拟植物的吸收光谱，以求研制出某种发光材料，使其发射光谱最大限度地接近植物的吸收光谱以产生共振吸收，促使光合作用高效地进行。这样，不论冬天或阴雨天，温室或大棚内植物的光合作用都能正

4、常进行。目前国内外都在不断地对人工植物生长光源进行研究，但是国内的研究起步远远晚于一些发达国家的，尤其是在光源材料方面，更是落后很多【5·61。1人工光源的发展状况1．1国内情况国内人工光源的研究起步较晚，始于上世纪90年代，复旦大学王惠琴吲等人简单研究了稀土植物生长灯对植物生长的作用，制成了稀土植物生长灯，该灯有发射蓝光的Srlo(P04)6CIz：Eup和aBaO·6A1203：Eu2+(0．80

5、)3(P04)2：Sn2+荧光粉，按一定量配比而成。通过对水稻花培，蔬菜，花卉等多种植物实验证明该灯有促进植物生长和分化的作用，该实验证明了红光和蓝光在植物生长过程中的主要促进作用，黄光和蓝绿光的作用较小。但是此后后续工作较少，没有进行继续深入研究。目前国内大部分的人工光源仍然比较简单。在直接补光措施中，国内给大棚作物采用的主要使用白炽灯、日光灯、钠灯、高压汞灯等【3】．白炽灯是根据热辐射原理制成的，灯丝在将电能转变成可见光的同时。还要产生大量的红外线和少量的紫外辐射(非可见光)【7l。一般白炽灯所发出的光辐射中，可见光不到10％

6、，而90％以上是红外线。所以，用此光源对温室大棚作物进行补光，效率低，且能源浪费很大。日光灯为低压水银荧光灯，它是典型的热阴极弧光放电型低压汞灯。日光灯的发光效率理论值是20．15％，是自炽灯的2倍多。该光源主要是用于照明，是针对人眼而设计的，所发射光谱在蓝紫光波段相对强一些，而红光相对较少，因此用此光源照射作物，必然无法取得满意的效果。高压钠灯是利用高压钠蒸汽放电，放电时大部分辐射能量集中在共振线上，即589．0nm和589．6nm。选择适当的放电条件，可以获得很高的共振辐射效率。从高压钠灯的相对光谱能量分布可知，其发射光谱峰值

7、集中在黄光区，蓝紫光很少，有较多的红光。从植物照明角度中黄光与红光搭配不合理，也不是理想的人工光源。高压汞灯在紫外、可见光、和红外区域都有辐射，可见光中黄绿光成分占着相当大的比例。但这部分光对植物照明来讲效果不大，所以它也不是理想的人工光源。除了以上几种人工光源外，目前在我国，还没有专门针对植物生长的人工光源，这方面的专利也尚未见到报道。由于白炽灯泡、日光灯管、钠灯、高压汞灯等发射光谱不能很好地满足植物生长对光的选择性需求。补光效率低，而新型高效的人工光源尚未研制成功，这就需要我们继续加强在这方面的研究。为我国的农业生产提供帮助。

8、近几年来，河北大学徐景致，李同锴【3一J等人在人工光源方面进行了一系列的研究，取得了一些成果，但是仍然没有取得突破性的进展。1．2国外人工光源的发展状况发达国家这方面的研究工作起步较早，美国、日本、荷兰、俄罗斯等发达国家走在了这领域的前列。美国已经