CN114731858A - 一种蒙古栎工厂化育苗led植物生长灯及其育苗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蒙古栎工厂化育苗LED植物生长灯，包括散热基板，散热基板连接有LED发光组件，与LED发光组件电性连接有光控系统，与光控系统连接的电源，LED发光组件包括灯板，灯板上具有可发出红光、蓝光及远红光的三种LED灯珠，一种蒙古栎的育苗方法，包括以下步骤：1)、将植物幼苗置于暗室内，并设定植物的补光周期；2)、将植物生长灯设置于植物幼苗上方，通过光控系统启动电源；3)、通过光控系统控制三种LED灯珠开关和光照强度，从而调节光质、光强和光周期，本发明可充分利用LED灯珠对蒙古栎工厂化育苗提供有针对性地光照，在提高蒙古栎育苗光合作用效率的同时最大程度降低能耗。
Description
技术领域
本发明属于植物补光技术领域，特别设计一种蒙古栎工厂化育苗LED植物生长灯及其育苗方法。
背景技术
LED植物生长灯因其纯光质且高光效，适用于可控环境中的植物培养或栽培，如工厂化育苗、设施园艺和植物组织培养等方面。目前，普通白光LED光源所含绿光成分很大，而植物光合作用利用效率最高的红光和蓝光成分很少，这导致普通白光LED光源工厂化育苗光能利用率低，育苗耗电量极大，运行成本很高。不同植物在适宜的光质条件下将光强调整至最低才能最大程度上减少能耗，而不同植物适宜的光质和光强并不完全相同。因此，根据不同植物的吸收光谱精准配置光源配比能明显提高植物光合作用速率，降低育苗能耗。另外，适宜的光照周期能够调控种子萌发和幼苗发育，影响光合产物的生成、碳水化合物的积累和营养品质，调控植物开花时间。
上述LED植物灯采用全光谱或直接选用暖光灯，也有部分LED植物生长灯材质为采用荧光粉调配光谱，或未设置有效光质配比和适宜的光周期。这对于植物的工厂化育苗工作不仅耗费电能，而且并不能提供适宜的光质和光强。另外，上述技术方案中的光质仅能在固定光配比下进行调整，不能完全适应植物生长的各个阶段对光的需要，或缺失远红光影响植物的光形态建成，鉴于此提出本发明。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种蒙古栎工厂化育苗LED植物生长灯及其育苗方法，可以充分利用LED灯珠对蒙古栎工厂化育苗提供有针对性地补光，在提高蒙古栎育苗光合作用效率的同时最大程度降低能耗。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种蒙古栎工厂化育苗LED植物生长灯，包括设置于育苗区上方的散热基板，所述散热基板朝向育苗区的一面连接有LED发光组件，与所述LED发光组件电性连接有光控系统，还包括与光控系统连接的电源，所述光控系统可调控LED发光组件的光质、光周期和/或光照强度，所述LED发光组件包括灯板，灯板上具有可发出红光、蓝光及远红光的三种LED灯珠，所述三种LED灯珠的波长可选定。
在本发明的一些实施例中，所述红光LED灯珠为波长620nm的灯珠，蓝光LED灯珠为波长420nm的灯珠、远红光LED灯珠为波长730nm的灯珠。
在本发明的一些实施例中，所述灯板上的红光LED灯珠、蓝光LED灯珠和远红光LED灯珠的数量比为3：1：1，所述灯板红光LED灯珠、蓝光LED灯珠和远红光LED灯珠的光合光子通量比为2.6：1：0.8，所述红光LED灯珠、蓝光LED灯珠和远红光LED灯珠匀布在灯板上。
在本发明的一些实施例中，所述灯板与散热基板之间设置有导热层。
在本发明的一些实施例中，所述光控系统包括具有定时功能的实时监控模块，以及以太网通信模块、控制模块、信号采集模块、光敏传感器和光强度调控模块，所述实时监控模块可显示LED发光组件的状态，并控制控制模块调节LED灯珠的光强度，并收集控制模块的控制信号、信号采集模块、光强度调控模块，所述以太网通信模块可将控制模块、信号采集模块、光强度调控模块与实时监控模块联通，控制模块用于控制LED灯珠开关，光敏传感器用于检测LED灯珠的光强度，信号采集模块将采集到光敏传感器光强度数据，通过以太网通信模块反馈至实时监控模块；光强度调控模块用于控制LED灯珠的光照强度。
一种蒙古栎的育苗方法，采用上述的LED灯珠，包括以下步骤：
1)、将植物幼苗置于暗室内，并设定植物的补光周期、光质和光强；
2)、将植物生长灯设置于植物幼苗上方，通过光控系统启动电源；
3)、通过光控系统控制红光LED灯珠、蓝光LED灯珠及远红光LED灯珠，分时分段开启不同的模式。
在本发明的一些实施例中，所述红光LED灯珠、蓝光LED灯珠及远红光LED灯珠包括强光及弱光两种模式，且开启步骤为：
1)、开启全部红光和蓝光LED灯珠，红光灯珠选择波长620nm，蓝光灯珠选择波长420nm，采用红光弱光模式及蓝光弱光模式，同时弱光照射60min；
2)、将红光LED灯珠及蓝光LED灯珠同时调整至强光模式，采用红光强光模式及蓝光的强光模式，同时强光照射10h；
3)、将红光LED灯珠及蓝光LED灯珠调节至弱光模式，同时弱光照射60min；
4)、开启远红光LED灯珠，选择730nm的波长，采用远红光强光模式，红光LED灯珠及蓝光LED灯珠均采用弱光模式，远红光强光、红光弱光及蓝光弱光同时照射60min，结束后进入黑暗期。
在本发明的一些实施例中，所述红光强光模式为全部所述红光LED灯珠开启时的最大光照强度，所述红光弱光模式为红光强光模式的50％。
在本发明的一些实施例中，所述蓝光强光模式为全部所述蓝光LED灯珠开启时的最大光照强度，所述蓝光弱光模式为蓝光强光模式的50％。
在本发明的一些实施例中，所述远红光强光模式为全部所述远红光LED灯珠开启时的最大光照强度。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、通过光控系统调节和控制LED发光组件的光质、光周期和光照强度，提高了LED发光组件智能性，充分利用蒙古栎对于光的吸收特性，增加光能利用率，且便于使用和调节；
2、通过植物反吸收光谱确定不同植物的最佳灯珠波长和植物生长灯灯珠配比；
3、通过光控系统控制红光、蓝光和远红光的三种LED灯珠呈现不同波长的光，为蒙古栎提供适合的光质，满足了蒙古栎一天中不同时段光照强度的光需求，提高了光能利用率；
4、根据蒙古栎光谱反射率选择特定波长的红光、蓝光和远红光灯珠，确定红光、蓝光和远红光的光合光子通量配比，配合适宜的光周期，明显降低能耗，提高光合作用效率，缩短育苗周期，提高蒙古栎品质，降低蒙古栎工厂化育苗能耗；
5、通过导热层的连接增加了灯珠和散热基板的接触面积，避免高温对灯珠使用寿命的影响，对于发光组件降低温度有明显帮助。
6、开关顺序为率先进行60分钟弱红光和弱蓝光，继续10小时强红光和强蓝光，继续60分钟弱红光和弱蓝光，继续60分钟弱红光、弱蓝光和强远红光，最终进入黑暗期，满足了蒙古栎在工厂化育苗过程中的光合作用和光的形态建成，在避免光能浪费的同时提高蒙古栎苗期生长发育过程中光合作用时对光的吸收效率，进而促进植物生长发育，缩短植物生长周期，通过光控系统调节和控制LED光源的光照时间和光照前度，提高了植物生长灯的智能性，充分利用植物对于光的吸收特性，增加光能利用率，且便于使用和调节。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的俯视图；
图2为本发明的仰视图；
图3为本发明的侧视图。
以上各图中：1、散热基板；2、发光组件；21、LED灯珠；211、红光LED灯珠；212、蓝光LED灯珠；213、远红光LED灯珠；22、灯板；3、光控系统；31、通讯线路；4、适配电源。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种蒙古栎工厂化育苗LED植物生长灯，包括设置于育苗区域上方的散热基板1，在本实施例中，散热基板1为氧化铝板，其形状及大小，可根据育苗区的大小设置，散热基板1朝向育苗区的一面通过紧固件连接有LED发光组件2，固定件可以为螺钉或其他用于固定的零部件，氧化铝板作为LED发光组件2的背板，能够在固定LED发光组件2的同时起到快速散热功能，与LED发光组件2电性连接有光控系统3，还包括与光控系统3连接的适配电源4，光控系统3可调控LED发光组件2的光质、光周期和/或光照强度，以调控育苗区内LED发光组件2的光质、光周期和/或光照强度，提高了LED发光组件2智能性，充分利用蒙古栎对于光的吸收特性，增加光能利用率，且便于使用和调节，LED发光组件2包括灯板22，灯板22上具有可发出红光、蓝光及远红光的三种LED灯珠21，本实施例在红光和蓝光的基础上增加了远红光灯珠，一方面满足植物对于红光和蓝光的需求，也通过增加远红光影响植物茎的伸长、叶的扩展和避荫作用等，也使得植物体内的光敏色素迅速由远红光吸收型(Pfr)迅速转化为红光吸收型(Pr)，以此来影响植物光形态建成。
在本实施例中，灯板22上的不同灯珠通过不同的通讯线路31与光控系统3通讯连接，且灯板22上的通讯线路数量与灯板22上灯珠种类相对应，以使三种LED灯珠21的波长可选定，光控系统3的通讯线路31与灯珠通讯连接，光控系统3通过不同的通讯通道分别控制与其相连的灯珠呈现具有相同或者不同波长的光。
根据蒙古栎反吸收光谱选定特定波长，红光LED灯珠211为波长620nm的灯珠，蓝光LED灯珠212为波长420nm的灯珠、远红光LED灯珠213为波长730nm的灯珠，通过光控系统3控制红光、蓝光和远红光的三种LED灯珠21呈现不同波长的光，为蒙古栎提供适合的光质，满足了蒙古栎一天中不同时段光照强度的光需求，提高了光能利用率。
进一步的，光控系统3控制灯珠呈现的光的波长分别为，红光LED灯珠211为波长620nm的灯珠，蓝光LED灯珠212为波长420nm的灯珠，远红光LED灯珠213为波长730nm的灯珠，通过光控系统3控制LED灯珠21，进而调节光质、光周期和光照强度，以及开关顺序，使得不同波长的光以及相应光强和光周期设计满足了蒙古栎在工厂化育苗过程中的光合作用和光的形态建成，在避免光能浪费的同时提高蒙古栎苗期生长发育过程中光合作用时对光的吸收效率，进而促进蒙古栎生长发育，缩短蒙古栎育苗周期。
在本实施例中，红光、蓝光和远红光光合光子通量比设置为2.6：1：0.8，灯板22上的红光LED灯珠211、蓝光LED灯珠212和远红光LED灯珠213的数量比为3：1：1，且红光LED灯珠211、蓝光LED灯珠212和远红光LED灯珠213匀布在灯板22上，例如：蒙古栎工厂化育苗LED植物生长灯总计6个发光组件，单个发光组件总计100个灯珠，则灯珠排布方式采用10串10并，总计10列，红光、蓝光和远红光每列10个灯珠，灯珠自灯板22的一端向另一端，按照2列红光、1列蓝光、1列远红光、2列红光、1列蓝光、1列远红光、2列红光的排列方式排列，通过对红光、蓝光和远红光的合理配比，配合适宜的光周期，明显降低能耗，缩短育苗周期，提高苗木品质，通过设置远红光的波长范围730nm，可以在气温较低时为植物提供一定热量，保证植物正常生长发育。另外，远红光可调节Pr和Pfr之间的转换，在进入黑暗之前，植物体内的光敏色素主要以Pfr构型存在来影响植物的株高和光合产物的分配。在植物进入黑暗之前进行短时间的远红光处理，可以使植物体内的光敏色素迅速由Pfr构型转化为Pr构型，影响植株光形态建成、茎的伸长、叶的扩展和避荫作用等。
下面结合对照组，对蒙古栎进行光照测试，实施例1使用本发明的配光比例，红光：蓝光：远红光光合光子通量比为2.6：1：0.8；对比例1为在实施例1基础上将全部灯珠更换成白色灯珠对蒙古栎进行补光，该白光灯珠为三基色多芯片组和发光合成白光；对比例2为采用普通白光LED灯管对蒙古栎进行补光，该白光灯珠为led荧光粉配比白光。对比例1和对比例2光照强度与实施例1相同，PPFD同为180～200μmol/s/m2；实验结果如下表：
| 对照组 | 苗高/cm | 基茎/mm | 茎叶鲜重/g |
| 实施例1 | 20.3 | 2.03 | 2.72 |
| 对比例1 | 14.2 | 1.55 | 1.66 |
| 对比例2 | 14.8 | 1.41 | 1.43 |
由此可见在采用本申请的技术方案，蒙古栎的苗高、基茎以及茎叶鲜重要高于另外两种方式。
在本实施例中，灯板22与散热基板1之间设置有导热层，导热层为导热硅胶层，其通过在灯板22与散热基板1之间均匀涂抹导热硅胶实现，保证散热效果良好，长期照明作业过程中灯板22表面温度稳定于45℃以下，通过导热硅胶的连接增加了灯珠和散热基板1接触面积，避免高温对灯珠使用寿命的影响，对于发光组件2降低温度有明显帮助。
在本发明的一些实施例中，光控系统3包括具有定时功能的实时监控模块，以及以太网通信模块、控制模块、信号采集模块、光敏传感器和光强度调控模块，以太网通信模块可将控制模块、信号采集模块、光强度调控模块与实时监控模块联通，实时监控模块可显示LED发光组件的状态，并控制控制模块调节LED灯珠的光强度，并收集控制模块的控制信号、信号采集模块、光强度调控模块，控制模块用于控制LED灯珠开关，光敏传感器用于检测LED灯珠的光强度，信号采集模块将采集到光敏传感器光强度数据，通过以太网通信模块反馈至实时监控模块；光强度调控模块用于控制LED灯珠的光强度。
本发明的另一目的在于提供一种蒙古栎的育苗方法，采用上述的LED灯珠，包括以下步骤：
1)、将植物幼苗置于暗室内，并设定植物的补光周期；
2)、将植物生长灯设置于植物幼苗上方，通过光控系统3启动电源4；
3)、通过光控系统3控制红光LED灯珠211、蓝光LED灯珠212及远红光LED灯珠213，分时分段开启不同的模式。
红光LED灯珠、蓝光LED灯珠及远红光LED灯珠包括强光及弱光两种模式，红光强光模式为全部红光LED灯珠开启时的最大光照强度，红光弱光模式为红光强光模式的50％，蓝光强光模式为全部蓝光LED灯珠开启时的最大光照强度，所述蓝光弱光模式为蓝光强光模式的50％，远红光强光模式为全部远红光LED灯珠开启时的最大光照强度，且开启步骤为：
1)、开启全部的红光和蓝光LED灯珠，红光选择620nm的波长，蓝光选择420nm的波长，采用红光弱光模式及蓝光弱光模式，同时弱光照射60min，其目的为刺激植物进入光合滞后期，以少量的能耗过渡光合滞后期能够最大程度降低LED光照能耗；
2)、将红光LED灯珠及蓝光LED灯珠同时调整至强光模式，采用红光强光模式及蓝光的强光模式，同时强光照射10h；
3)、将红光LED灯珠及蓝光LED灯珠调节至弱光模式，同时弱光照射60min；
4)、开启远红光LED灯珠，选择730nm的波长，采用远红光强光模式，红光LED灯珠及蓝光LED灯珠分别采用弱光模式，远红光强光、红光弱光及蓝光弱光同时照射60min，结束后进入黑暗期，最终进行的60分钟远红光处理目的是使植物体内的光敏色素迅速由Pfr构型转化为Pr构型，影响植株光形态建成，也影响植物种子萌发、去黄化作用、茎的伸长、叶的扩展以及避荫作用等。
开关顺序为率先进行60分钟弱红光和弱蓝光，继续10小时强红光和强蓝光，继续60分钟弱红光和弱蓝光，继续60分钟弱红光、弱蓝光和强远红光，最终进入黑暗期，满足了植物在工厂化育苗过程中的光合作用和光的形态建成，在避免光能浪费的同时提高植物苗期生长发育过程中光合作用时对光的吸收效率，进而促进植物生长发育，缩短植物生长周期，通过光控系统3调节和控制LED光源的光照时间和开启时长，提高了LED发光组件的智能性，充分利用植物对于光的吸收特性，增加光能利用率，且便于使用和调节。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种蒙古栎工厂化育苗LED植物生长灯，其特征在于：包括设置于育苗区上方的散热基板，所述散热基板朝向育苗区的一面连接有LED发光组件，与所述LED发光组件电性连接有光控系统，还包括与光控系统连接的电源，所述光控系统可调控LED发光组件的光质、光周期和/或光照强度，所述LED发光组件包括灯板，灯板上具有可发出红光、蓝光及远红光的三种LED灯珠，所述三种LED灯珠的波长可选定。
2.根据权利要求1所述的LED植物生长灯，其特征在于：所述红光LED灯珠为波长620nm的灯珠，蓝光LED灯珠为波长420nm的灯珠、远红光LED灯珠为波长730nm的灯珠。
3.根据权利要求1所述的LED植物生长灯，其特征在于：所述灯板上的红光LED灯珠、蓝光LED灯珠和远红光LED灯珠的数量比为3：1：1，光合光子通量比为2.6：1：0.8，总光合光子通量密度为190mol/s-1，红光LED灯珠、蓝光LED灯珠和远红光LED灯珠匀布在灯板上。
4.根据权利要求1所述的LED植物生长灯，其特征在于：所述灯板与散热基板之间设置有导热层。
5.根据权利要求1所述的LED植物生长灯，其特征在于：所述光控系统包括具有定时功能的实时监控模块，以及以太网通信模块、控制模块、信号采集模块、光敏传感器和光强度调控模块，所述实时监控模块可显示LED发光组件的状态，并控制控制模块调节LED灯珠的光强度，并收集控制模块的控制信号、信号采集模块、光强度调控模块，所述以太网通信模块可将控制模块、信号采集模块、光强度调控模块与实时监控模块联通，控制模块用于控制LED灯珠开关，光敏传感器用于检测LED灯珠的光强度，信号采集模块将采集到光敏传感器光强度数据，通过以太网通信模块反馈至实时监控模块；光强度调控模块用于控制LED灯珠的光强度。
6.一种蒙古栎的育苗方法，采用权利要求1-5任一权利要求所述的LED灯珠，其特征在于：包括以下步骤：
1)、将植物幼苗置于暗室内，并设定植物的光质、光强和光周期；
2)、将植物生长灯设置于植物幼苗上方，通过光控系统启动电源；
3)、通过光控系统控制红光LED灯珠、蓝光LED灯珠及远红光LED灯珠，分时分段开启不同的模式。
7.根据权利要求6所述的一种蒙古栎的育苗方法，其特征在于：所述红光LED灯珠、蓝光LED灯珠及远红光LED灯珠包括强光及弱光两种模式，且开启步骤为：
1)、开启全部红光和蓝光LED灯珠，红光灯珠选择波长620nm，蓝光灯珠选择波长420nm，采用红光弱光模式及蓝光弱光模式，同时弱光照射60min；
2)、将红光LED灯珠及蓝光LED灯珠同时调整至强光模式，采用红光强光模式及蓝光的强光模式，同时强光照射10h；
3)、将红光LED灯珠及蓝光LED灯珠调节至弱光模式，同时弱光照射60min；
4)、开启远红光LED灯珠，选择730nm的波长，采用远红光强光模式，红光LED灯珠及蓝光LED灯珠均采用弱光模式，远红光强光、红光弱光及蓝光弱光同时照射60min，结束后进入黑暗期。
8.根据权利要求7所述的一种蒙古栎的育苗方法，其特征在于：所述红光强光模式为全部所述红光LED灯珠开启时的最大光照强度，所述红光弱光模式为红光强光模式的50％。
9.根据权利要求7所述的一种蒙古栎的育苗方法，其特征在于：所述蓝光强光模式为全部所述蓝光LED灯珠开启时的最大光照强度，所述蓝光弱光模式为蓝光强光模式的50％。
10.根据权利要求7所述的一种蒙古栎的育苗方法，其特征在于：所述远红光强光模式为全部所述远红光LED灯珠开启时的最大光照强度。
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