照明系统如何实现设施农业最高产量?光照强度可能是关键

发布者:bpadmin
发布时间:2021-07-15 11:43
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设施农业中照明系统如何实现作物高产?一般来讲,当某种农作物受到的光照强度提高到特定值时,产量会相应的增加;反之,当光照水平没有进行优化时,农作物将会出现开花慢,根系发育不佳,植物结构变差等现象,从而导致产量降低。

在考虑为农作物补光时,有四个因素需要评估:光照强度、持续时间、光谱质量和光的分布(均匀度)。优化了所有这些因素将帮助设施农业提高生产率、植株质量和产量。然而,如果想利润最大化,设施农业种植者需要专注于在尽可能短的时间内产生最高产量。要做到这一点,一种方法是增加光强度,因为光照强度与产量直接相关。



如何测量光照强度?
光照强度是指光子通量密度(PPFD),测量单位为“微摩尔/平方米/秒”,光子到达并分布在作物冠层的瞬时光量。PPFD非常重要,因为我们需要了解从太阳或补光灯为农作物提供了多少光,以确保植物接收到足够光量以达到每日的目标(DLI)。DLI是计算光照强度的另一种方法,指的是在1平方米内每一天接收到的PAR光的累积量,以“摩尔/平方米/天”为单位。DLI已成为管理光环境以优化作物生长的重要工具。大多数作物都有最佳的DLI范围,例如,花坛的花草每天需要20-25个摩尔以上的光量,藤本植物每天则需要大约25-30个摩尔以上。

光照强度和产量
虽然光谱对于植物萌发、叶片展开和开花很重要,但在获得高产方面,光照强度是一个更好的指标和工具,因为在一定程度上,正是光照强度导致了植物生物量的增加。植物生长还受到其他环境因素的影响,如二氧化碳、水分、养分、湿度和植物遗传。实现作物的高产和优质应该基于这些环境因素,但首先应该知道作物的适当DLI范围。这样所有其他因素都可以管理,以最大限度地提高产量潜力。

光照强度的经验法则是,光每增加1%,作物产量就增加1%。在瓦格宁根大学的一项研究中,他们发现,所评估的所有园艺作物都是如此,包括果树(藤)作物和花卉。而且,辅助照明每增加1%的光线,可收获产品的平均增幅就会达到0.5%-1%。他们还发现,环境的各个方面在决定光照强度如何影响产量方面发挥了很大作用;例如,在低光环境、较高的二氧化碳浓度和较高的温度下,对增强光照强度的影响最为明显。

是否需担心过多的光照?
所有的植物都有一个阈值,光饱和点。一旦超过光饱和点,光量就变得过多,会对植物造成损害。因此,重要的是要知道农作物的最佳DLI是什么。绿叶蔬菜、草莓和一些观赏植物等农作物并不会从高光照强度中受益,它们的最佳DLI都在低到中等强度水平。例如,生菜在每天17个摩尔光量的时候生长最好,兰花应该保持在每天4-10个摩尔之间,草莓在每天18-25个摩尔之间。如果光照超过作物的光饱和点,可能会对产量产生影响,并可能增加发病率。然而,有许多高价值的作物,如大麻、西红柿、黄瓜和一些观赏植物,需要高光照强度来提高产量、质量和改善作物周期。这些作物每天需要大约25-30摩尔的DLI。

比如,大麻是一种可以承受高光照强度的作物。虽然确切的光照需求因大麻品种而异,但已有研究表明,大麻产量将随着PPFDs的增加而线性增加,最高可达1400微摩尔/平方米/秒。番茄等结果作物的产量和果实品质也与光照强度呈正相关。在补光灯照射下,更高的DLI值可以提高作物质量和缩短开花时间,每天的DLI可高达26摩尔。因此,如果种植者正在为产量、收获时间或作物质量而困扰,这可能与为植物提供的光照有关。同时,要确保二氧化碳、温度和营养素等其他方面要与理想的光照水平匹配,这样能量就不会浪费。

光谱是否重要?
虽然光谱在植物形态等许多方面都很重要,但它对增产的影响却微乎其微,而PPFD对产量的影响比光谱的作用更大。比如,根据加拿大大麻种植商Greenseal Cannabis与许多照明制造商的联合研究结果,将高压钠灯下的大麻产量和形态与多个LED灯具进行比较后发现,LED灯与高压钠灯相比,花期缩短了约5天,平均干花产量较高。这很可能是因为与大量发热的高压钠灯相比,LED灯可以安装在离作物冠层更近的地方,可将更多的光子散布到植物冠层上方。然而,这项研究的最大收获表明,在广谱照明应用中,光照强度是产量的主要驱动因素。虽然不同LED制造商的灯具光谱不同,但在提高产量方面几乎没有什么不同。

这项研究得出结论,大麻的产量可随着光照强度增加到至少1500微摩尔/平方米/秒,几乎是大麻种植者通常使用的光照强度的两倍。这意味着光线光谱不是产量的重要因素,但光谱仍有可能通过影响植物的化学成分而提高产量。

LED是更好的选择吗?
许多研究,包括Greenseal Cannabis的研究表明,LED的光子在光合作用和增加产量方面效率更高;然而,这类研究中的多数都是针对大麻的,所以还需要对其他低价值作物,如花卉和果蔬,进行更多的研究。在某些情况下,围绕LED灯的高成本,包括价格、劳动力和基础设施,可能会抵消略有提高的作物周期和产量所带来的好处。这就是为什么无论使用LED灯具,还是传统的高压钠灯,确保投资回报很重要。

许多传统园艺种植者种植者,甚至大麻种植者,仍然使用高压钠灯照明,因为他们可以用更低的前期成本而获得高产量,对他们的盈利能力来说更有意义。如果您认为LED灯具确实对您的农场有意义,建议先设立一个试验区,看看作物在LED灯下的表现如何。如果种植者想要过渡到LED以利用其更高效率,LED与高压钠灯混合系统可能是一个很好的方法,特别是在气候较冷的地方,高压钠灯有助于抵消冬季供暖成本。高压钠灯的热量还有助于加热植物,同时保持植物的蒸腾速率,并允许种植者保持现有的基础设施,从而与完全更新LED相比,可保持相当低的初始成本。

总而言之,光照强度是比光源或光谱更靠谱的产量指标,以PPFD值(“微摩尔/平方米/秒”)和DLI值(“摩尔/平方米/天”)为衡量标准。不管设施农业中使用哪种照明灯具,最重要的是经营者的投资回报必须合理,并且能够优化其他生长要素,如二氧化碳和温度等等,以创造和确保均衡的作物生长环境。


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