CN105246322A - 用于园艺学的动态光配方 - Google Patents

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CN105246322A CN201480029951.XA CN201480029951A CN105246322A CN 105246322 A CN105246322 A CN 105246322A CN 201480029951 A CN201480029951 A CN 201480029951A CN 105246322 A CN105246322 A CN 105246322A
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Abstract

公开了用于植物秧苗的生长的照明系统和方法,包括用于在植物秧苗生长过程的生长阶段期间利用生长光来光照植物秧苗(39)的至少一个光源(30),以及控制器,所述控制器用于控制从光源(30)所发射的生长光的频谱功率分布,使得生长光在植物秧苗生长过程的至少一些生长阶段中比在植物秧苗生长过程的其它生长阶段中包括蓝色波长范围内的更多能量。在其中生长光补充可用日光的使用情况下,附加传感器(33)可以用于测量日光的量和频谱组成,并且控制生长光使得相应地控制由植物秧苗所接收的总体光的频谱功率分布。

Description

用于园艺学的动态光配方
技术领域
本发明涉及使用人工照明以便刺激植物生长和发展,作为园艺学照明而已知的技术。更具体地,本发明涉及用于植物秧苗的改进生长的光规划。
背景技术
在园艺学应用中,存在专门从事育养和繁殖植物秧苗的栽培者以及专门从事在例如温室中进一步生长这些植物以从植物产生蔬菜的栽培者。
在产生植物秧苗的领域中,越来越多地使用人工照明。人工照明可以是诸如城市农庄和/或多层农场工厂之类的应用中的主要光源。在其它应用中,人工照明提供与日光组合的补充光。
在人工照明中,LED正变得越来越流行,这是因为其低能耗、长寿命和设计灵活性(例如较小、发射频谱)。在园艺学产业中,LED对植物生长的有利影响对于许多专业人员仍是未知的,并且因此基于能量节省,用于园艺学应用的LED照明中的投资因为LED对植物和植物生产的其它不确定影响而不总是得以进行。必须研究LED的附加益处并且将其转化成针对栽培者的价值和益处。
LED技术在园艺学中的当前产业应用使用具有固定光频谱的LED或LED照明器,其可以针对特定植物种类进行优化并且其以类似于常规(例如HID)人工照明的使用的开/关形式进行控制。固定光频谱典型地具有蓝色、红色和远红色波长范围内的组分。用于园艺学应用的LED照明器的示例包括PhilipsGreenPowerLED模块。
发明内容
当栽培者生长植物秧苗时,秧苗的某些形态学方面是优选的,例如像大叶面积、坚固茎干和高生物数量。植物秧苗的这些和其它质量性质对于植物在温室中的将来生长以及最终的总体蔬菜产生是重要的。因此,本发明的目的是改进对植物秧苗的形态学的控制并且精细调谐植物秧苗的形态学。另外的目的是在例如秧苗的上市时间、生长速度或质量方面改进植物秧苗产生过程。
秧苗是从种子发展出植物胚胎的年轻植物。秧苗发展以种子的萌芽开始。典型的年轻秧苗包括三个主要部分:胚胎根部(幼根)、胚胎幼芽(胚轴)和种子叶部(子叶)。两类开花植物通过其种子叶部的数目来区分:单子叶植物分支(单子叶植物)具有一个刀片形种子叶部,而双子叶植物分支(双子叶植物)具有两个圆角种子叶部。发展成幼芽的种子胚胎的部分承载植物的第一真实叶部。在适当的光条件之下生长的双子叶植物秧苗发展出短幼芽并且打开种子叶部,从而暴露上胚轴,即种子叶部上方的胚胎幼芽。一旦秧苗开始光合作用,其就不再依赖于种子的能量储量。第一“真实”叶部扩展并且通常可以通过其依赖于种类的不同形状而与圆角种子叶部区分。尽管植物在生长和发展附加叶部,但是种子叶部最终开始衰老并掉落。秧苗生长和发展过程在图1中图示。秧苗通过光接受体光敏色素(红色和远红色光)和隐花色素(蓝色光)来感测光。
发明人已经发现,植物秧苗产生过程可以通过改变在从种子到秧苗的秧苗生长过程期间的不同生长阶段处提供的人工光的量而得以改进。具体地,发明人已经发现,在早期生长阶段中,例如在发展种子叶部和第一真实叶部的阶段中,为秧苗提供附加蓝色光有益于改进最终秧苗植物的生物数量和叶面积。相信这种附加蓝色光影响通过打开气孔改进针对光合作用过程等构建和预备叶部。在秧苗生长过程的随后阶段中的红色光然后用于高效地驱动光合作用过程。
通常用于生长植物的光频谱在蓝色/红色比例、红色/远红色比例、以μmol/s计的光子通量等方面来指定。光频谱可以通过组合分离的蓝色、红色、远红色(以及可能地另外的)光源来提供,或者可以通过预配置的光源发射的光谱按照期望与蓝色/红色和红色/远红色比例以及光子通量相符来提供。术语“附加”蓝色光在一些生长阶段中是指相对于从用于生长植物秧苗的现有技术光频谱所已知的蓝色/红色比例或者相对于不使用附加蓝色光的其它生长阶段中所使用的蓝色/红色比例,在生长光的光频谱中的“较高”蓝色/红色比例。
因此,公开了用于植物秧苗的生长的照明系统,包括用于在织物秧苗生长过程的生长阶段期间利用生长光来光照植物秧苗的至少一个光源、以及控制器,所述控制器用于控制从光源所发射的生长光的频谱功率分布,使得生长光在植物秧苗生长过程的至少一个生长阶段中比在植物秧苗生长过程的其它生长阶段中包括蓝色波长范围内的更多能量。在实施例中,在其中种子叶部发展的生长阶段和其中第一真实叶部发展的生长阶段中的至少一个之中提供附加蓝色光。
在实施例中,如果适当,则在生长阶段中,在日光存在的情况下执行植物秧苗的生长过程,并且照明系统包括用于测量日光的频谱功率分布的传感器,并且控制器还被适配成基于日光的频谱功率分布和期望的附加蓝色光来控制从光源所发射的生长光的频谱功率分布。
在另一方面中,公开了用于生长植物秧苗的园艺学产生过程。该过程包括提供用于利用生长光来光照植物秧苗的光源,以及控制生长光的频谱功率分布,使得生长光在植物秧苗生长过程的至少一些生长阶段中比植物秧苗生长过程的其它生长阶段中包括蓝色波长范围内的更多能量。在优选实施例中,该过程包括在至少其中种子叶部发展的生长阶段和其中第一真实叶部发展的生长阶段中提供附加蓝色光。
本发明还涉及通过取决于植物秧苗在生长过程中的生长阶段而使用随时间动态地改变的具有限定图案的LED光配方来控制植物秧苗形态学的方法。在变化日光存在的情况下,LED光配方还可以连续地被调节使得总体生长光(人工光和日光)的总体蓝色/红色、红色/远红色和PSS(光敏色素定态)值与用于生长过程的各种阶段的光配方相符。
用于生长植物秧苗的照明系统和园艺学产生过程提供对植物秧苗的产生和种子发展的更好控制、可预测生长速度和质量、更短的上市时间、对植物秧苗的形态学性质(例如叶面积、茎干长度和厚度、总体生物数量)的更好控制以及提供具有更高生物数量的植物的优点。
在随附独立和从属权利要求中阐述本发明的特定和优选方面。来自从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征以及适当地并且不只是在权利要求中明确阐述的其它从属权利要求的特征组合。出于总结本发明和相比现有技术所实现的优点的目的,已经在本文以上描述了本发明的一些目的和优点。当然,要理解到,未必所有这样的目的或优点都可以依照本发明的任何特定实施例而实现。因而例如,本领域技术人员将认识到,本发明可以以实现或优化如本文中所教导的一个优点或优点分组而未必实现如本文中可能教导或建议的其它目的或优点的方式来体现或执行。
附图说明
图1是植物秧苗生长过程的概览。
图2是根据本发明的实施例的照明系统。
图3是根据本发明的另一实施例的照明系统。
图4示出根据本发明的实施例的动态光配方的实施例。
图5示出使用根据本发明的实施例的光照的实验(红色)和控制实验(黑色)期间的光历史。
图6示出对比日光光照的由于根据本发明的实施例的动态光配方所致的鲜重增加。
图7示出使用根据本发明实施例的动态光配方的黄瓜秧苗实验中叶面积指数(LAI)增加。
附图仅仅是示意性的并且是非限制性的。在附图中,一些元素的尺寸可能被夸大并且未必按照比例绘制以用于说明的目的。
权利要求中的任何参考标记不应当解释为限制范围。在不同附图中,相同参考标记是指相同或类似元素。
具体实施方式
在本说明书中,术语“光配方”被限定为由照明器(例如基于LED、OLED或激光器)提供并且在某一时间期间提供受控频谱范围内的受控量光子的光。换言之,配方限定光在某一时间期间的频谱和强度。照明器可以被设计成颜色可调谐的和强度可调光的以便实现来自一个照明器的若干光配方。术语“动态光配方”是随时间改变(频谱和强度)的光配方,其中以与园艺学生长过程相关的单位来表述时间。术语“生长阶段动态光配方”是将随时间根据植物的生长阶段或叶面积指数而改变的动态光配方。“叶面积指数(LAI)”是由栽培者用来测量植物生长阶段和性能的已知参数。“叶面积指数(LAI)”是被限定为每个单位地表面面积的单侧绿色叶面积的无量纲量。存在LAI与光拦截之间的直接关系,其被用于预测天蓬中的主要光合作用产生。“红色光”被视为从大约620nm到大约700nm的波长范围内的辐射;“蓝色光”被视为从大约400nm到大约500nm的波长范围内的辐射;并且“远红色光”被视为从大约700nm到大约800nm的波长范围内的辐射。术语“光质量”是指光的频谱分布。术语“PAR”代表光合作用有效辐射并且指定从400到700nm的太阳辐射的频谱范围。术语“PSS”是指如在出版物"使用光谱数据的光合效率和光敏色素photoequilibria的测定方法"(Photosyntheticefficiencyandphytochromephotoequilibriadeterminationusingspectraldata)J.C.Sager等人1988美国农业工程师学会(Americansocietyofagricultureengineers)001-2351/88/3106-1882中所限定的光敏色素定态。对于每一个形式的光敏色素(r-光敏色素和fr-光敏色素),通过对照每一个波长处的相对吸收对该波长处的发光进行乘积来建立PSS。术语“日累积光量(DLI)”是根据光强度(以μmol/m2.s计的瞬时光)和持续时间(一天)的每一天所接收的PAR光的量。其被表述为每平方米(/m2)每天(/d)的光摩尔量(mol)或者mol/m2.d。
发明人已经使用传感器控制的LED照明执行一系列实现来测试动态光配方上的若干假设。在植物秧苗的许多复制品上多次重复和检查实验。依赖于生长阶段的动态配方包括在两个不同光质量之下在2到3周的时段期间从种子生长小的黄瓜植物秧苗。第一光质量相比于红色将具有蓝色方面的优势(例如蓝色/红色比例为50/50),而第二光质量相比于总体光量将具有减小到20%或更少的蓝色百分比(例如蓝色/红色比例为20/80)。在实验中,在秧苗生长过程中的第一时段期间应用第一光质量,并且在秧苗生长过程中接着第一时段的第二时段期间应用第二光质量。由植物秧苗在以上动态光配方中所接收到的以mols/m2(每单位面积的光子)计的累积光剂量在图4中示意性地描绘。然后将在LED光照(“测试”)之下所生长的秧苗与在100%日光(“控制”)之下所生长的秧苗相比较。测试和控制秧苗二者已经接收到相同的光强度,其中仅质量不同(即不同的蓝色/红色比例)。如PSS可能强烈地影响植物的形态学所已知的那样,PSS保持相同。从秋季和冬季进行的实验所获得的结果相似并且给出相同趋势。图5示出针对测试秧苗(红色)和控制秧苗(黑色)的实验期间的光历史。光总和表示利用PAR传感器所测量的PAR光的总量。PAR总和1(黑色曲线)是在利用日光的控制实验中从传感器所收集的数据导出的,并且PRA总和2(红色曲线)是在利用LED的测试实验中从传感器所收集的数据导出的。从如此收集的数据,发明人计算出总体日累积光量(mol/m2每天)。图5中的图形示出在整个实验时段(20天)之上的累积日光总和。左边的图形示出控制实验和测试实验在实验期间应用非常相似量的PAR光。右边的图形单独地示出在实验中所应用的光中蓝色与相应地红色的量。因为存在光配方质量方面的明显差异,所以示出第一时段的累积总和与第二时段的累积总和,其中在它们之间重置为零。该表示较好地图示出第一与相应地第二光时段中的不同蓝色/红色比例。曲线图示出第一时段实验中的几乎50-50%蓝色和红色贡献,而在第二时段中,相比于控制实验中的日光,测试实验中的红色的量强烈增加同时测试实验中的蓝色减少。要指出,在其中发明人使用从LED照明器提供的动态光配方的测试实验中,具有所存在的日光的小贡献。在日光中,存在一般大约35%的绿色、38%的红色、27%的蓝色。日光中的比例红色/蓝色因此大约为1.4。在实验中所使用的动态光配方中,在生长过程的第一时段中所使用的比例稍微低一点(1-1.25),因为发明人在生长过程中的该第一时段期间使用比自然日光中可获得的更多蓝色。因此在实践中,当栽培者将使用大量日光贡献时,他将必须添加更多蓝色以调节生长过程的第一阶段中的光配方并且在生长过程的第二阶段中添加多得多的红色以便获得类似结果。使用如上所述的动态光配方的动态LED光照的显著优点在于,使用动态光配方所生长的秧苗在相似干重百分比的情况下示出总体生物数量方面的增加(高达50%)。形态学也会影响,因为测试秧苗具有高达30%的LAI方面的增加。图6示出对比日光光照(控制)的由于动态光配方(测试)所致的鲜重增加。图7示出黄瓜秧苗上的实验中的叶面积指数(LAI)增加并且将测试和控制秧苗相比较。
发明人还利用静态光配方进行实验,即光配方提供不会随着园艺学生长过程而改变的人工光以将这些与100%日光相比较。这些实验是在2012年7月和10月进行的。对于静态光配方和100%日光,实验示出相似总体生物数量和相似LAI。尽管由静态光配方所提供的光质量不会在生长植物秧苗的不同阶段之间改变,但是这些配方的确包括日/夜节奏。大多数秧苗需要日/夜节奏。夜晚时间典型地最少6个小时,并且可以例如遵循自然日出/日落节奏。然而,在白天较短时的冬季中,光配方可以提供超出自然日光时段的人工生长光,例如在日落之后继续。当然,栽培者将不会尝试在冬季期间创建夏季日光条件;这将不是成本高效的。最小日累积光量通常被限定为均衡生长和能量成本。因此,鉴于以上所述,光配方可以被设计成向植物秧苗提供具有某一波长频谱的光子能量的每日剂量。在优选实施例中,在日光存在的情况下,可以在执行光配方时测量和考虑日累积光量,使得由植物秧苗在每天所接收的累积光量是大概恒定的而与晴天或多云天无关。这可以通过依赖于所测量的日光累积量而调高或调低和/或调节人工光源的频谱来实现。在没有自然日光进入或者具有非常有限的自然日光进入的园艺学环境中,诸如在城市农庄中,由人工光和日光(如果存在的话)所创建的平均日累积光量通常高于原本的平均日累积光量。
作为总结,在生长的早期阶段(在实验中存在种子叶部生长和第一真实叶部生长的阶段)中提供较大百分比的蓝色的动态光配方针对秧苗创建LAI和生物数量产生的提升。在早期阶段中已经提升叶面积的情况下,当动态光配方在随后阶段(在实验中存在另外的叶部生长的阶段)中切换成较少蓝色并且较多红色时,现在针对光合作用和总体生长进一步优化生长。
图2示出用于实现动态光配方的照明系统的实施例。一系列LED照明器20提供有单独可调光的蓝色、红色和远红色发射。每一个LED照明器可以被设计成发射所有三个颜色(蓝色、红色和远红色),其中每一个颜色是单独可调光的。可替换地,系统可以包括每一颜色的单独LED照明器,每一个照明器单独地可调光,其中照明器靠近地定位以便能够在每一个位置中提供蓝色、红色和远红色的组合。替代于或者附加于图2中所示的条形照明器,系统还可以包括与天花板瓦片(tile)照明器类似的瓦片形照明器。至少一个LED照明器包括用于监控植物秧苗29的生长的传感器21,例如借助于LAI传感器。来自LAI传感器的数据在处理器22中分析并且基于LAI数据的结果确定植物秧苗处于生长过程的哪个阶段。在该特别示例中,如果实际生长阶段是分别表示种子叶部生长和第一真实叶部生长的GS2或GS3,则选择(24)具有用于对蓝色、红色和远红色LED调光的适当调光值DIM1、DIM2和DIM3的光配方2,以便从LED照明器获得蓝色/红色和红色/远红色光照的正确比例。然后将调光值提供给LED照明器驱动器25以用于有效地控制LED照明器发射所请求的蓝色、红色和远红色辐射。如果在该特定示例中,实际生长阶段是分别表示根部和幼芽发展与另外的叶部发展的GS1或GS4,则选择(23)具有用于对蓝色、红色和远红色LED调光的适当调光值DIM1、DIM2和DIM3的光配方1,以便从LED照明器获得蓝色/红色和红色/远红色光照的正确比例。然后将调光值提供给LED照明器驱动器25以用于有效地控制LED照明器发射所请求的蓝色、红色和远红色辐射。技术人员将认识到,LED照明器的调光可以以各种方式实现。图2分别在框25中示出用于对蓝色、红色和远红色调光的三个调光单元。所示出的三个调光单元未必以单向关系链接到三个LED照明器。如果例如每一个LED照明器包括蓝色、红色和远红色LED,则每一个LED照明器将由所有三个调光单元来驱动。然而,如果每一个LED照明器仅包括相同颜色的LED,则具有蓝色LED的LED照明器可以由蓝色调光单元驱动,具有红色LED的LED照明器可以由红色调光单元驱动,并且具有远红色LED的LED照明器可以由远红色调光单元驱动。
图3中所示出的实施例示出用于实现温室中的动态光配方的照明系统,其中来自一个或多个光传感器的反馈循环被用于补偿红色/远红色比例、蓝色/红色比例和PSS值中的日光改变。图3中所显示的设置包括至少3个LED照明器30,其中每一个包括独立地可调光的红色、远红色和蓝色LED。来自相机31的输入信号可以用于收集植物秧苗39的图像。然后可以计算实际生长阶段,并且然后可以通过处理器32中的动态光配方算法确定光比例的适当值。然后可以将调光值发送给LED照明器30的控制器和驱动器35。可替换地,代替于完全自动地确定生长阶段和切换光配方,可以将植物秧苗的图像和LAI的计算发送给栽培者,其然后自主地决定何时切换到另一光配方。该可替换实施例为栽培者提供尝试并且精细调谐动态光配方和时序的可能性。当LED照明器和日光二者显著地贡献于秧苗光照时,一个或两个光传感器33,34将用于控制由植物秧苗所接收的总体光。已经示出,当日光每天总计有多于20%的总体光达到植物秧苗时,则优选地是主动地控制红色/远红色比例和蓝色/红色比例以及PSS值以确保正确光质量处置。在控制由植物秧苗所接收的总体光量的光质量方面可以使用一个或多个传感器。当使用能够感测不同频谱范围内的光数量的仅一个传感器时,例如传感器34,则可以收集日光的光比例蓝色/红色和红色/远红色以及强度,并且从中计算LED光的期望光比例和强度并将其馈送给控制器35以用于驱动LED照明器30,使得由植物秧苗39所接收的日光和LED光的总和符合光配方的设置。LED的校准可以是有利的以确保组合的日光和LED光的比例、日光量和总体强度的正确计算等。在其中仅使用传感器34的特定实施例中,并未考虑LED照明器的日光阴影,因为在LED照明器下方不存在测量由植物秧苗所接收的实际日光的传感器。这样的传感器可以容易地提供为附加传感器33。而且,传感器33可能能够感测不同频谱范围内的光数量。当使用两个传感器33,34时,系统不需要复杂或常规校准,并且用于确定LED照明器的调光值的算法可以在控制每一颜色或频谱范围的LED驱动器时直接补偿日光改变和阴影。使用如图3中所示的系统,动态光配方算法可以选择日光的最高效使用,例如在晴天使用100%日光,并且在较少日光时通过将LED切换到较高强度值来在白天进行补偿,并且还在日光非常高时可能地以日累积光量大概恒定的方式延长白天长度以匹配由植物秧苗在白天所接收的能量,其允许更加恒定且可预测的秧苗产生。
一般而言,用于实现动态光配方的照明系统的实施例可以包括以下特征中的一个或多个或其任何组合:
-包含在红色(620nm-700nm)、蓝色(400nm-500nm)和远红色(700nm-800nm)波长范围内发射辐射的众多单色发射灯(基于LED、OLED或激光器的灯或者具有滤光器的其它灯)的光源。每一个单独的颜色或波长范围可以在频谱上限定有从10-100nm的带宽;
-具有至少一个传感器的光源,以监控日光组成并且通过对至少3个信道(红色、远红色、蓝色)调光来调节照明配方以便给出具有特定PSS范围的红色/远红色和蓝色/红色之间的精确比例。
-能够测量至少3个不同颜色范围(对于蓝色是从大约400nm到大约500nm,对于红色是从大约600nm到大约700nm,并且对于远红色是从大约700nm到大约800nm)内的日光强度的传感器系统。
-具有宽带发射频谱(例如使用磷光体)的光源。在这样的情况下,红色、蓝色和远红色之间的比例也可以计算。这些光源可以例如用于提供具有已知颜色比例和可控基线强度的光照,在其顶部上的可控LED可以用于调谐颜色比例和强度。
-光源、照明器或系统,其中每一个单个颜色(蓝色、红色和远红色)是单独可控制和/或可调光的。
-通过使用网络相机或其它像素化传感器对LAI的每日估计来自动检测植物秧苗生长阶段。
-基于光量和温度量从模型化工具估计植物秧苗生长阶段。
-植物监控系统(网络相机或设备),诸如来自荷兰的公司PhenospexB.V.的PlantEye,其用于与光控制系统组合地检测植物的生长阶段以便根据生长阶段适配光质量。
动态光配方可以包括:
-远红色辐射成分使得LED光的PSS值与日光的PSS值(大约0.72)相当。
-在发展种子叶部和发展第一真实叶部的植物生长阶段中,光配方具有蓝色优势,从而使红色与蓝色强度的比例接近1,其中附加地红色、蓝色和远红色的总体强度组合提供接近自然日光PSS值的PSS值。
尽管已经在附图和前述描述中详细地图示和描述了本发明,但是这样的图示和描述要解释为图示性的或示例性的并且不是限制性的。本发明不限于所公开的实施例。
通过研究附图、公开内容和随附权利要求,本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开的实施例的其它变形。在权利要求中,词语“包括”不排除其它元件或步骤,并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以满足在权利要求中陈述的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。用于执行本文所公开的光配方的计算机程序可以存储/分布在适当介质上,诸如连同其它硬件一起供应或作为其一部分的光学存储介质或固态介质,但是也可以以其它形式分布,诸如经由互联网或其它有线或无线电信系统。权利要求中的任何参考符号不应当解释为限制范围。
前述描述详细说明本发明的某些实施例。然而将领会到,不管前述内容在文本中看起来是如何详细的,本发明都可以以许多方式来实践。应当指出的是,在描述本发明的某些特征或方面时的特定术语的使用不应当被视为暗示着该术语在本文中被重新限定为受约束的以包括与该术语相关联本发明的特征或方面的任何具体特性。

Claims (12)

1.一种用于生长植物秧苗的方法,包括以下步骤:
-提供至少一个植物秧苗;
-确定至少一个植物秧苗的生长阶段,其中生长阶段是至少一个植物秧苗的发展过程中的阶段;
-基于所确定的生长阶段来控制用于光照至少一个植物秧苗的生长光的频谱组成;以及
-利用生长光来光照至少一个植物秧苗。
2.权利要求1的方法,其中控制生长光的频谱组成的步骤包括相比于时间上较晚的生长阶段而言在时间上较早的生长阶段中提供附加蓝色光。
3.权利要求2的方法,其中生长阶段是根部和幼芽阶段、秧苗叶部发展阶段、第一真实叶部发展阶段和另外的叶部发展阶段中的一个;并且其中在时间上较早的阶段是秧苗叶部发展阶段或第一真实叶部发展阶段中的一个。
4.权利要求2或3的方法,其中控制生长光的频谱组成的步骤包括控制蓝色/红色辐射比例;并且提供附加蓝色光的步骤包括将生长光的蓝色/红色辐射比例控制为大于大约20/80,优选地大约50/50。
5.根据前述权利要求中任一项的方法,其中确定至少一个植物秧苗的生长阶段的步骤包括测量叶面积指数。
6.一种用于生长植物秧苗的系统,包括:
-用于发射用来生长植物秧苗的生长光的光源;
-用于测量植物秧苗的性质的传感器;
-用于基于植物秧苗的所测量的性质来确定植物秧苗的生长阶段的分析仪;以及
-用于基于植物秧苗的生长阶段来控制光源的驱动器。
7.权利要求6的系统,其中驱动器被适配用于控制光源,使得相比于时间上较晚的生长阶段,从光源所发射的生长光在植物秧苗的时间上较早的生长阶段期间包括附加蓝色光。
8.权利要求7的系统,光源还包括至少一个强度可控制的蓝色发光源,优选地蓝色LED,以及至少一个强度可控制的红色发光源,优选地红色LED;并且其中驱动器还被适配成控制所发射的生长光的蓝色/红色辐射比例,使得以大于大约20/80,优选地大约50/50的蓝色/红色辐射比例提供附加蓝色光。
9.权利要求6-8中任一项的系统,其中传感器被适配成测量植物秧苗的叶面积指数。
10.权利要求6-9中任一项的系统,还包括用于测量日光的频谱组成的至少一个光传感器;其中驱动器还被适配用于基于日光的组成来控制光源。
11.一种用于控制至少一个光源以利用生长光来光照植物秧苗的光配方,所述光配方包括:
-包括不同蓝色/红色辐射比例的至少两个不同光设置的规范;
-用于标识植物秧苗的时间发展过程中的至少两个阶段的至少两个生长阶段的规范;
-其中包括最高蓝色/红色辐射比例的光设置的规范被分配给植物秧苗的时间发展过程中的至少两个生长阶段中的较早者。
12.一种包括根据权利要求11的光配方的数据载体,其在根据权利要求6的系统上运行时执行根据权利要求1的方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106102219A (zh) * 2016-06-16 2016-11-09 广州富智信息科技有限公司 一种自动建立led植物光配方的光照装置及方法
CN108055734A (zh) * 2017-07-08 2018-05-18 陈晓来 用户可控制的植物生长照明系统、产品使用方法以及在线灯光设置商店
CN110121265A (zh) * 2017-06-14 2019-08-13 成长方案技术有限责任公司 用于利用针对生长舱的发光二极管方案的系统和方法
CN113329618A (zh) * 2019-01-23 2021-08-31 默克专利股份有限公司 用于控制生物体光依赖性条件的系统和确定该系统的配置的方法

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2870859A1 (en) * 2013-11-07 2015-05-13 Heliospectra AB Method for controlling a growth cycle for growing plants using state oriented control
US10034434B2 (en) * 2015-01-09 2018-07-31 Grow Solutions Tech Llc Systems and methods for creating a grow cycle
RU2734436C2 (ru) * 2015-03-31 2020-10-16 Филипс Лайтинг Холдинг Б.В. Системы и способы освещения растений
US9681515B2 (en) 2015-05-13 2017-06-13 Juha Rantala LED structure with a dynamic spectrum and a method
US9750105B2 (en) 2015-05-13 2017-08-29 Juha Rantala LED structure with quasi-continuous spectrum and method of illumination
CN104913266A (zh) * 2015-05-22 2015-09-16 上海雷穹照明科技有限公司 促进植物生长的灯具和利用该灯具促进植物生长的方法
US10552951B2 (en) * 2015-06-16 2020-02-04 Growtonix, LLC Autonomous plant growing systems
US9986621B2 (en) 2016-01-22 2018-05-29 Lumigrow, Inc. Lighting system for growing plants which provides a location indication
NL2016151B1 (en) * 2016-01-25 2017-07-31 Hortilux Schréder B V Modular greenhouse lighting system.
GB201602029D0 (en) * 2016-02-04 2016-03-23 Aurora Ltd Horticultural lighting device
NL1041760B1 (en) * 2016-03-11 2017-09-27 Specialty Lighting Holland Ip B V LED-lamp producing a daylight spectrum
US10165735B1 (en) 2016-06-29 2019-01-01 Full Spectrum Industries Corp. Dynamic plant lighting systems and methods
JP2018019667A (ja) * 2016-08-05 2018-02-08 パナソニックIpマネジメント株式会社 照明システム、照明制御方法及び植物栽培器
DE102016015360B3 (de) 2016-12-22 2018-05-03 Advanced Uv Light Gmbh Programmierbare Pflanzenaufzuchtlampe
WO2018204539A1 (en) * 2017-05-02 2018-11-08 Lumigrow, Inc. Lighting system and sensor array for growing plants
US10568275B2 (en) 2017-06-14 2020-02-25 Grow Solutions Tech Llc Systems and methods for providing temperature control in a grow pod
US11002606B2 (en) 2017-06-15 2021-05-11 Suntracker Technologies Ltd. Spectral lighting modeling and control
US10455779B2 (en) * 2017-07-24 2019-10-29 Osram Sylvania Inc. Irradiance-controlled fixture for horticultural applications
WO2019027911A1 (en) * 2017-07-31 2019-02-07 Smallhold, Inc. DISTRIBUTED AGRICULTURE SYSTEM AND ASSOCIATED COMPONENTS
EP3661348B1 (en) * 2017-07-31 2021-02-24 Signify Holding B.V. Wake up light optimization for plant growth
CA3064465C (en) * 2017-08-02 2022-04-19 Suntracker Technologies Ltd. Transitional lighting for entraining biological rhythms
US20190327908A1 (en) * 2018-04-03 2019-10-31 Demegrow, Inc. Led grow-light system
US11483981B1 (en) * 2018-05-14 2022-11-01 Crop One Holdings, Inc. Systems and methods for providing a low energy use farm
WO2020033127A1 (en) 2018-08-10 2020-02-13 Rosstech, Inc. Tunable led light array for horticulture
US11125405B2 (en) * 2018-08-10 2021-09-21 Seoul Viosys Co., Ltd. Light source for plant cultivation and plant cultivation device
US20220061227A1 (en) * 2019-01-21 2022-03-03 Growor, Inc. Devices for an optimized, high-intensity, horticultural, led luminaire having a regulated photosynthetic flux density
US10440900B1 (en) 2019-01-22 2019-10-15 Calyx Cultivation Tech. Corp. Grow light with adjustable height and emission spectrum
WO2021089521A1 (en) * 2019-11-07 2021-05-14 Signify Holding B.V. Adjust light sources from grow light settings to operator light settings based on a determined attention area
US20230128621A1 (en) * 2020-02-28 2023-04-27 Signify Holding B.V. Red and far-red light ratio during growth of basil
US11499707B2 (en) 2020-04-13 2022-11-15 Calyxpure, Inc. Light fixture having a fan and ultraviolet sterilization functionality
JP7572174B2 (ja) 2020-07-19 2024-10-23 株式会社アイ・アンド・プラス 植物栽培用人工光源装置
WO2022193021A1 (en) * 2021-03-19 2022-09-22 VERTIKAL GREEN TECH Ltd. Method and systems for indoor farming
US11759540B2 (en) 2021-05-11 2023-09-19 Calyxpure, Inc. Portable disinfection unit
CN113727502A (zh) * 2021-08-26 2021-11-30 浙江长芯光电科技有限公司 一种用于记忆植物补光灯的控制电路
CN114766230A (zh) * 2022-05-24 2022-07-22 深圳市美斯特光电技术有限公司 一种光谱可调的植物照明灯具及其光谱调节方法
WO2024023053A1 (en) 2022-07-29 2024-02-01 Signify Holding B.V. Method and system for illuminating plants with artificial light

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3741479A1 (de) * 1987-12-08 1989-07-20 Klaeger Elektronik M Lichtmengenmess-, regel- und steuergeraet
DK0799565T3 (da) * 1996-04-03 2001-11-19 Nat Inst Rural Engineering Dyrkning af blomstrende planter
JP2002345337A (ja) * 2001-03-22 2002-12-03 Hamamatsu Photonics Kk 人工光を用いたイネ科植物の育苗装置
JP4276414B2 (ja) * 2002-09-30 2009-06-10 浜松ホトニクス株式会社 植物体栽培装置および方法
US20060006820A1 (en) * 2004-07-07 2006-01-12 Roseman Douglas L Horticultural lighting system
JP3878643B2 (ja) * 2005-03-11 2007-02-07 飛鳥 森下 植物の栽培方法
US8505237B2 (en) * 2006-06-22 2013-08-13 Basf Se Process for enhancing plant growth
RU2332006C1 (ru) * 2006-11-07 2008-08-27 Валерий Николаевич Марков Конвейерный способ выращивания растений "зеленая волна"
JP4991990B2 (ja) * 2007-03-28 2012-08-08 静岡県 植物の生育段階判定方法及びシステム
EP2025220A1 (en) * 2007-08-15 2009-02-18 Lemnis Lighting Patent Holding B.V. LED lighting device for growing plants
RU2369086C1 (ru) * 2008-01-15 2009-10-10 Валерий Николаевич Марков Светодиодный фитопрожектор
JP2011045286A (ja) * 2009-08-27 2011-03-10 Institute Of National Colleges Of Technology Japan 植物の成長制御装置およびその方法
GB201009773D0 (en) * 2010-06-11 2010-07-21 Karpinski Stanislaw Method and apparatus for plant protection
US8847514B1 (en) * 2011-05-24 2014-09-30 Aaron Reynoso Programmable lighting with multi-day variations of wavelength and intensity, optimized by crowdsourcing using an online social community network
US20130006401A1 (en) * 2011-06-30 2013-01-03 Xinxin Shan Networked intelligent plant growth system
CN202222188U (zh) * 2011-09-05 2012-05-23 西北农林科技大学 一种精准调控温室内二氧化碳浓度的系统
CN202696956U (zh) * 2012-04-17 2013-01-23 淮安信息职业技术学院 自适应精准补光led植物生长灯
JP5779604B2 (ja) * 2013-02-04 2015-09-16 昭和電工株式会社 植物栽培方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
谢景等: "光源及光质调控在温室蔬菜生产中的应用研究进展", 《中国蔬菜》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106102219A (zh) * 2016-06-16 2016-11-09 广州富智信息科技有限公司 一种自动建立led植物光配方的光照装置及方法
CN110121265A (zh) * 2017-06-14 2019-08-13 成长方案技术有限责任公司 用于利用针对生长舱的发光二极管方案的系统和方法
CN108055734A (zh) * 2017-07-08 2018-05-18 陈晓来 用户可控制的植物生长照明系统、产品使用方法以及在线灯光设置商店
CN113329618A (zh) * 2019-01-23 2021-08-31 默克专利股份有限公司 用于控制生物体光依赖性条件的系统和确定该系统的配置的方法

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EP3003009A1 (en) 2016-04-13
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