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温室补光

第九章 温室补光 * 植物利用光能将C02和水转化为碳水化合物的过程称为光合作用。 光合作用是地球上生物赖以生存和发展的基础。光是光合作用的能量源泉，同时又是控制光周期的一种信息。温室内蔬菜、花卉等植物的栽培，一般是在冬春季节，此时光照时间较短，光线较弱，光照通常是作物生长发育的主要限制因素。生产者建设温室常常要求能够在周年任何季节生产各种不同环境要求的作物或出于商业目的的考虑，要求在室外光照条件不利于作物生长的季节生产一些光敏性的作物。在这种情况下，温室补光就成了温室设计必不可少的设备。近来，由于灯具的改进和照明方法的改良，在温室内观赏植物和蔬菜的商业生产过程中，逐步开始使用人工光源进行作物补光，以获得更好的产品品质和商业效益。但由于补光需要消耗大量的电能，在确定温室补光方案时一定要首先分析生产产品在经济上的可行性，以免造成不必要的浪费，甚至出现经济亏损。 由于人工补光系统在一次性投资和运行费用方面都较高，因此，在选择和设计光照系统时需要权衡考虑各种因素，并在以下几个方面达到优化设计： ①作物对光的响应； ②其他环境因子的条件； ③作物对光照度、光照时间和光谱成分的要求； ④可产生最佳效果的光源； ⑤可提供最均匀光照的系统设计； ⑥系统的投资及运行费用。 第一节 光照的基本概念 一、光照术语 (一)太阳辐射 在自然条件下，任何作物的生长都是靠太阳辐射作为惟一的光能进行光合作用。长期的培养和驯化形成了作物对太阳辐射的适应性。温室栽培，虽然能够人工控制光照环境，但作物对光照要求的习性仍然无法改变。所以，在进行温室补光设计前，必须首先了解太阳辐射的特性。 太阳是一个进行剧烈热核反应的炽热气体星球，它不停地以电磁波的形式向四周空间辐射能量。据科学家推算，太阳的平均温度约为6000K，它每秒钟向地球辐射的能量约为3.8×1026J，相当于每秒钟燃烧115亿吨煤炭所释放的能量。 太阳辐射到达地球大气层上界的辐射光谱是波长从近于零至无限大的连续光谱。但从170～4000nm波长内的光能量却占到总能量的99％，峰值能量波段在270nm。 可到达地球表面的太阳辐射，由两部分组成：直接辐射和散射辐射。直接辐射一般指未经散射和反射的太阳辐射。定义为：来自太阳圆面的立体角内，投向与该立体角轴线相垂直面上的太阳辐射，单位为W／sr。直接辐射一般用直接日射表测量。直接辐射和散射辐射之和称为太阳总辐射。一般用总辐射表测量。 (二)辐射强度 以电磁波或光量子形式发射、传播或接收的能量叫做辐射能，用符号Q表示，单位为焦耳(J)。在单位时间内发射、传播或吸收的辐射能叫做辐射通量，用符号φ表示。根据定义 辐射通量就是辐射功率，其单位为瓦(W)。 对于点辐射源在单位立体角发出的辐射能通量称为点光源在这个方向上的点辐射强度，用Ie表示，单位为瓦／球面度(W／ sr )。 其中，球面角的定义为以立体角ω的顶点为球心的球面上所截取的面积S与球半径r2的比值(如图 9.1)，即ω＝S／r2，单位为sr。 由此 透射到某表面上的辐射通量Φ与该表面面积A之比，称为该表面接受或吸收的辐射强度，用I表示，单位为W／m2，即 在光的热效应或辐射能利用中，常以辐射强度作为计量单位。 (三)生理辐射 绿色植物对辐射具有选择性的吸收特性。一般在300～440nm与670～680nm两处呈吸收高峰，对550nm一段吸收率较低。另外，对700～2500nm的一段近红外线，由于植物避免高温的保护性反应几乎不吸收，而对大于2500nm的远红外辐射，其吸收率又很高。 在植物学上，对绿色植物生长发育有效作用的辐射波长为300～750nm内的辐射称为植物生理辐射。 (四)光照强度 和绿色植物吸收光谱的选择性一样，人眼对辐射的反应也有选择性。光刺激所引起的视觉强度不仅与光能量的大小有关，还与光的波长有关。在光学上将人的视觉器官接收光的刺激而产生视觉的波长范围内的辐射强度称为光照强度。人对光谱的灵敏度个体之间有一定差异，为此，通常所说的对人眼敏感的光谱是一个统计学概念，国际标准中规定了公认的正常人眼白天标准光谱效率范围，在光学研究中有专门的光谱范围，一般在400—700nm，其中光谱光效率最大值在555nm波长处。 相应地，在光照强度波长范围内的辐射通量称为光通量。国际单位规定：在标准空气中，单位立体角通过1／683W 555nm波长的单色 辐射作为光

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