TWI741528B - 植物生長控制方法及植物生長光源裝置 - Google Patents

植物生長控制方法及植物生長光源裝置 Download PDF

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Abstract

一種植物生長的控制方法，其包括：在植物的育苗期提供第一光線，該第一光線包括紅光、綠光、藍光及紫外光，且該第一光線的紅光、綠光、藍光及紫外光的光量子通量密度的比值為1.1~1.5：0.8~1.7：1：0.1~1；在植物的成長期提供第二光線，該第二光線包括紅光、綠光、藍光、近紅外光及紫外光，且該第二光線的紅光、綠光、藍光、近紅外光及紫外光的光量子通量密度的比值為1.2~4：0.9~2：1：0.2~0.6：0~0.2；以及在植物的採收前期提供第三光線，該第三光線包括紅光、綠光、藍光、近紅外光及紫外光，且該第三光線的紅光、綠光、藍光、近紅外光及紫外光的光量子通量密度的比值為0.7~4.9：0.5~2.1：1：0.2~0.6：0~2。

Description

植物生長控制方法及植物生長光源裝置
本發明係有關於控制植物生長的技術領域，特別是有關於一種植物生長控制方法及植物生長光源裝置，根據植物生長的各個階段調整照射光線的條件，以配合植物生長的各個階段的需求，使植物收成時可以達到希望的狀態。
現今的農業技術多利用人工建構的栽培設施進行，因為栽培設置可以對植物的生長條進行適當的控制，而且在植物栽種的過程中可以對植物提供適當的保護，達到省工、省力、節約能源等優點。
但是在栽培設施中進行栽種的情況下，會造成植物徒長，導致植株外觀不佳且品質下降。現有對於抑制植物徒長的技術方案是利用化學防治，但是化學防治不僅污染環境，而且會有農藥殘留在作物上的問題。
植物生長所需要的因素主要仰賴光合作用，因此要解決植物徒長或其他栽種的問題，適當地調整光照條件，也可以成為解決方案之一。植物在不同的生長期所需要的光照條件亦不相同，如何依據農作物之栽種特性而控制農作物之受光照的程度，實已成為栽種作物成敗至為關鍵的因素。
目前現有技術的植物生長燈多係由可產生預定光色的光電 元件(如發光二極體)所組成，類似習用植物生長燈多標榜模擬太陽光而設計而成的全光譜或高亮度，其雖可讓用戶依照所栽種植物種類之不同，而進行光源頻率、振幅、週期比率等光照條件之切換控制，但其所能提供的光質並非符合植物各生長階段所需。
因此，如何將調整光照條件之手段引入栽培管理，以達到防止發生徒長，進而能夠培育壯苗，以及提高植物養分、賣相，長久以來一直是學術界及產業界所亟欲解決之課題。
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種植物生長的控制方法，在植物生長的各個階段提供不同的光照條件，在育苗期抑制植物育苗期發生徒長，在成長期可提高光合作用率促進成長，在採收前期給予光照逆境提高二次代謝產物亦或降低硝酸鹽含量等。本發明的植物生長控制方法增加紫外光(UV)與近紅外光(NIR)。紫外光可抑制植物徒長並增加植物的二次代謝，近紅外光因與紅光產生艾默生效應(Emerson effect)促進植物快速成長。利用各種光線形成的不同比例，滿足植物各生長階段的需求，使最終收成的作物符合市場要求。
本發明的植物生長的控制方的一實施例包括：在植物的育苗期提供第一光線，該第一光線包括紅光、綠光、藍光及紫外光，且該第一光線的紅光、綠光、藍光及紫外光的光量子通量密度的比值為1.1~1.5：0.8~1.7：1：0.1~1；在植物的成長期提供第二光線，該第二光線包括紅光、綠光、藍光、近紅外光及紫外光，且該第二光線的紅光、綠光、藍光、近紅外光及紫外光的光量子通量密度的比值為 1.2~4：0.9~2：1：0.2~0.6：0~0.2；以及在植物的採收前期提供第三光線，該第三光線包括紅光、綠光、藍光、近紅外光及紫外光，且該第三光線的紅光、綠光、藍光、近紅外光及紫外光的光量子通量密度的比值為0.7~4.9：0.5~2.1：1：0.2~0.6：0~2。
在另一實施例中，第二光線的近紅外光的光能量係小於該第二光線的整體光能量的10%。
在另一實施例中，第二光線的近紅外光的光能量為該第二光線的整體光能量的7%。
在另一實施例中，第三光線的近紅外光的光能量係小於或等於該第三光線的整體光能量的10%。
在另一實施例中，第三光線的近紅外光的光能量係小於或等於該第三光線的整體光能量的7%。
在另一實施例中，第一光線的紫外光的光能量係大於或等於該第一光線的整體光能量的6%。
在另一實施例中，第一光線的紫外光的光能量為第一光線的整體光能量的9%。
在另一實施例中，第三光線的紫外光的光能量為該第三光線的整體光能量的6%~15%。
在另一實施例中，第三光線的紫外光的光能量為該第三光線的整體光能量的12%。
在另一實施例中，第一光線的光量子通量密度係大於200μ-mol/m2/s。
在另一實施例中，第二光線的光量子通量密度係大於200μ-mol/m2/s。
在另一實施例中，該第二光線的光量子通量密度係大於250μ-mol/m2/s。
本發明的另一目的在於提供一種植物生長光源裝置，其用於產生上述之第一光線、第二光線以及第三光線。在育苗期抑制植物育苗期發生徒長，在成長期可提高光合作用率促進成長，在採收前期給予光照逆境提高二次代謝產物亦或降低硝酸鹽含量等。
本發明的植物生長光源裝置的一實施例包括一第一光源、一第二光源以及一第三光源。第一光源發出可見光的紅光、綠光及藍光。第二光源發出近紅外光。第三光源發出紫外光。第一光源發出的紅光、綠光及藍光、第二光源發出的近紅外光以及第三光源發出的紫外光混合形成上述之第一光線、第二光線以及第三光線。
在另一實施例中，第一光源包括發出白光的發光二極體。
在另一實施例中，第一光源包括各自發出紅光、綠光及藍光的複數個單色發光二極體。
在另一實施例中，第二光源包括發出近紅外光的發光二極體。
在另一實施例中，第三光源包括發出紫外光的發光二極體。
在另一實施例中，第三光源包括發出紫外光的紫外光燈管。
本發明的植物生長控制方法以及植物生長光源裝置，藉由提供第一光線、第二光線以及第三光線，可有效抑制植物於育苗期發生徒長 的現象，以及有助於植物成為健康的種苗；在成長期所需之光照條件提高光合作用率快速成長；在採收前期所需之光照條件增加逆境環境提高二次代謝產物或降低硝酸鹽等有害物質含量來增加產品價值。
本發明的植物生長控制方法，除可在植物之育苗期有效抑制植物徒長，有助於植物成為健康的種苗之外，在植物之定植期可讓植物的根部發展更為健全；於植物之定植初期時，可讓植物之根部發展更為健全，促進植物之根系發達，可吸收較多的營養相對長得較好；於植物之成長期時，可加快植物成長速度，增加植物之光合作用，外觀相對較好；於植物之採收前期時，可降低硝酸鹽含量，增加二次代謝量，增加植物營養成分之生成，能夠以相對更為積極、可靠之手段提升植物之產能及品質。
20:晶片
21:混合螢光粉
30:燈組模板
301:白光LED
302:UV LED
303:UV螢光燈管
304:NIR LED
305:紅光LED
S1~S3:步驟
第1圖為本發明之植物生長控制方法的流程圖。
第2圖係為本發明之植物生長控制方法的育苗期光譜示意圖。
第3圖係為本發明之植物生長控制方法的成長期光譜示意圖。
第4圖系為本發明之植物生長控制方法的採收前期光譜示意圖。
第5圖係為本發明之植物生長光源裝置的全光譜LED晶粒建構示意圖。
第6圖係為本發明之植物生長光源裝置的植物生長燈使用配置示意圖。
請參閱第1圖，其表示本發明的植物生長控制方法的一實施例。在步驟S1中，在植物的育苗期提供第一光線，第一光線包括紅光、綠 光、藍光、近紅外光及紫外光，且該第一光線的紅光、綠光、藍光、近紅外光及紫外光的光量子通量密度的比值為1.1~1.5：0.8~1.7：1：0：0.1~1。
請參閱第2圖，其表示本發明之植物生長控制方法的育苗期光譜。其中可見光的紅光、綠光及藍光提供植物生長的光合作用所需，紫外光可以抑制植物徒長，在植物的育苗期提供第一光線有效抑制植物於育苗期發生徒長的現象，以及有助於植物成為健康的種苗。第一光線的紫外光的光能量係大於或等於第一光線的整體光能量的6%，第一光線的紫外光的光能量較佳值為第一光線的整體光能量的9%。另外，第一光線的光量子通量密度的數值為大於200μ-mol/m2/s。光量子通量密度(Photosynthetic Photon Flux Density，PPFD)表示單位時間面積上在可見光波長範圍的光量子數，也就是紅光、綠光及藍光等波長範圍在400至700nm的可見光，其表示對植物光合作用有效的光量。在育苗期，紅光的光量子通量密度為58至73；綠光的光量子通量密度為53至66；藍光的光量子通量密度為38至67；紫外光的光量子通量密度為7至38。另外，為了避免植物徒長，在育苗期不提供近紅外光。在育苗期，可見光與紫外光每天都照射10至12小時。
R：G：B：NIR：UV光量子流量配比計算方式為，同一光源下量測其R：G：B：NIR：UV各別光合作用光量子通量密度PPFD，若量測R(紅光)(600~699nm)光合作用光量子通量密度PPFD(u-mol/m2/s)為170，G(綠光)(500~599nm)光合作用光量子通量密度PPFD(u-mol/m2/s)為150，B(藍光)(400~499nm)光合作用光量子通量密度PPFD(u-mol/m2/s)為100，NIR(近紅外光)(701~780nm)光合作用光量子通量密度PPFD(u-mol/m2/s)為50，UV(紫外光)(~400nm)光合作用光量子通量密度PPFD(u-mol/m2/s) 為80，分別除以B(400~499nm)光合作用光量子通量密度PPFD(u-mol/m2/s)值(此例值為100)，則稱此光源R：G：B：NIR：UV光量子流量配比為1.7：1.5：1：0.5：0.8。
另外，在植物育苗期的養液濃度EC值控制在0.4~1.5mS/cm。在以上之配比下可有效抑制植物於育苗期發生徒長的現象，以及有助於植物成為健康的種苗。
當植物的育苗期結束後，植物開始進入生長期，此時本發明的植物生長控制方法進入步驟S2。
請回到第1圖，在步驟S2中，在植物的成長期提供第二光線，第二光線包括紅光、綠光、藍光、近紅外光及紫外光，且該第二光線的紅光、綠光、藍光、近紅外光及紫外光的光量子通量密度的比值為1.2~4：0.9~2：1：0.2~0.6：0~0.2。在植物的成長期提供例如波長701nm~780nm的近紅外光，可以加速植物生長。
請參閱第3圖，其表示本發明之植物生長控制方法的成長期光譜。第二光線的近紅外光的光能量係小於第二光線的整體光能量的10%，第二光線的近紅外光的光能量較佳值為第二光線的整體光能量的7%。第二光線的紫外光的光能量係小於或等於該第一光線的整體光能量的6%。第二光線的光量子通量密度的數值為大於200μ-mol/m2/s。在成長期，紅光的光量子通量密度為73至103；綠光的光量子通量密度為51至55；藍光的光量子通量密度為26至60；近紅外光的光量子通量密度為12至15；紫外光的光量子通量密度為0至5。在成長期的養液濃度EC值控制在1.5~2.0mS/cm。在以上之配比下可有效促進植物光合作用率的現象，以及 有助於植物快速長。在成長期，可見光、近紅外光及紫外光每天都照射10至12小時。
當植物的成長期結束後，植物開始進入採收前期，此時本發明的植物生長控制方法進入步驟S3。
請回到第1圖，在步驟S3中，在植物的採收前期提供第三光線，第三光線包括紅光、綠光、藍光、近紅外光及紫外光，且該第三光線的紅光、綠光、藍光、近紅外光及紫外光的光量子通量密度的比值為0.7~4.9：0.5~2.1：1：0.2~0.6：0~2。
請參閱第4圖，其表示本發明之植物生長控制方法的採收前期光譜。第三光線的近紅外光的光能量係小於或等於第三光線的整體光能量的10%。第三光線的近紅外光的光能量占比的最佳值為第三光線的整體光能量的7%。第三光線的紫外光的光能量為第三光線的整體光能量的6%~15%。第三光線的紫外光的光能量占比的最佳值為第三光線的整體光能量的12%。第三光線的光量子通量密度的數值為大於200μ-mol/m2/s。在育苗期，紅光的光量子通量密度為73至115；綠光的光量子通量密度為50至52；藍光的光量子通量密度為24至104；近紅外光的光量子通量密度為14至21；紫外光的光量子通量密度為0至47。在採收前期的養液濃度EC值控制在0~1.5mS/cm。在以上配比下可有效促進二次代謝物的生成現象，亦或有助於植物降低有害物質之積累如硝酸鹽含量。在採收前期，可見光、近紅外光及紫外光每天都照射18至24小時。
以下表1表示上述步驟S1至步驟S3針對植物生長的育苗期、成長期以及採收前期所提供的技術手段及所解決的問題的列表。
Figure 109108676-A0305-02-0011-1
另外，以下表2表示現有技術的植物生長控制方法與本發明的植物生長控制方法所栽種的作物的比較。
Figure 109108676-A0305-02-0011-2
如表2所示，本發明的植物生長控制方法所栽種的作物具有較高的壯苗指數而且具有較大的重量。
本發明的植物生長光源裝置的一實施例包括一第一光源、一第二光源以及一第三光源。第一光源發出可見光的紅光、綠光及藍光。第二光源發出近紅外光。第三光源發出紫外光。第一光源發出的紅光、綠光及藍光、第二光源發出的近紅外光以及第三光源發出的紫外光混合形成上述之第一光線、第二光線以及第三光線。
在另一實施例中，第一光源包括發出白光的發光二極體。
在另一實施例中，第一光源包括各自發出紅光、綠光及藍光的複數個單色發光二極體。
在另一實施例中，第二光源包括發出近紅外光的發光二極體。
在另一實施例中，第三光源包括發出紫外光的發光二極體。
在另一實施例中，第三光源包括發出紫外光的紫外光燈管。
請參閱第5圖及第6圖。如第6圖所示，本發明的植物生長光源裝置30包括第一光源301、第二光源304以及第三光源302、303。第一光源301為發出白光的發光二極體。第二光源304為發出近紅外光的發光二極體。第三光源302為發出紫外光的發光二極體。第三光源303設置於植物生長光源裝置30中央，其為發出紫外光的紫外光燈管。本發明的植物生長光源裝置30還包括發出紅光的發光二極體305。白光LED 301與額外添加UV LED 302或UV螢光燈管303或NIR LED 304或是添加單色紅光LED305來達到所需比例。
另外，除了第6圖所示的設置各種發出單色光的發光二極體，如第5圖所示，可採用單色發光晶片20激發混合螢光粉21發出所需R：G：B：NIR：UV比例。
本發明所揭露之植物生長控制方法，除可在植物之育苗期有效抑制植物徒長，有助於植物成為健康的種苗之外，在植物之定植期可讓植物的根部發展更為健全；於植物之定植初期時，可讓植物之根部發展更為健全，促進植物之根系發達，可吸收較多的營養相對長得較好；於植物之成長期時，可加快植物成長速度，增加植物之光合作用，外觀相對較好；於植物之採收前期時，可降低硝酸鹽含量，增加二次代謝量，增加植物營養成分之生成。俾能夠以相對更為積極、可靠之手段提升植物之產能及品質。
惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，當不能以此限定本創作實施之範圍，即大凡依本創作申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本創作專利涵蓋之範圍內。另外，本創作的任一實施例或申請專利範圍不須達成本創作所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本創作之權利範圍。此外，本說明書或申請專利範圍中提及的”第一”、”第二”等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限。
S1~S3:步驟

Claims (19)

  1. 一種植物生長控制方法，其包括：在植物的育苗期提供第一光線，該第一光線包括紅光、綠光、藍光、近紅外光及紫外光，且該第一光線的紅光、綠光、藍光及紫外光的光量子通量密度的比值為1.1~1.5：0.8~1.7：1：0：0.1~1；在植物的成長期提供第二光線，該第二光線包括紅光、綠光、藍光、近紅外光及紫外光，且該第二光線的紅光、綠光、藍光、近紅外光及紫外光的光量子通量密度的比值為1.2~4：0.9~2：1：0.2~0.6：0~0.2；以及在植物的採收前期提供第三光線，該第三光線包括紅光、綠光、藍光、近紅外光及紫外光，且該第三光線的紅光、綠光、藍光、近紅外光及紫外光的光量子通量密度的比值為0.7~4.9：0.5~2.1：1：0.2~0.6：0~2。
  2. 如請求項1所述之植物生長控制方法，其中該第二光線的近紅外光的光能量係小於該第二光線的整體光能量的10%。
  3. 如請求項2所述之植物生長控制方法，其中該第二光線的近紅外光的光能量為該第二光線的整體光能量的7%。
  4. 如請求項1所述之植物生長控制方法，其中該第三光線的近紅外光的光能量係小於或等於該第三光線的整體光能量的10%。
  5. 如請求項4所述之植物生長控制方法，其中該第三光線的近紅外光的光能量為該第三光線的整體光能量的7%。
  6. 如請求項1所述之植物生長控制方法，其中該第一光線的紫外光的光能量係大於或等於該第一光線的整體光能量的6%。
  7. 如請求項6所述之植物生長控制方法，其中該第一光線的紫外光的光能量為該第一光線的整體光能量的9%。
  8. 如請求項1所述之植物生長控制方法，其中該第二光線的紫外光的光能量係小於或等於該第一光線的整體光能量的6%。
  9. 如請求項1所述之植物生長控制方法，其中該第三光線的紫外光的光能量為該第三光線的整體光能量的6%~15%。
  10. 如請求項9所述之植物生長控制方法，其中該第三光線的紫外光的光能量為該第三光線的整體光能量的12%。
  11. 如請求項1所述之植物生長控制方法，其中該第一光線的光量子通量密度係大於200μ-mol/m2/s。
  12. 如請求項1所述之植物生長控制方法，其中該第二光線的光量子通量密度係大於200μ-mol/m2/s。
  13. 如請求項1所述之植物生長控制方法，其中該第二光線的光量子通量密度係大於200μ-mol/m2/s。
  14. 一種植物生長光源裝置，其包括：一第一光源，其發出可見光的紅光、綠光及藍光；一第二光源，其發出近紅外光；以及一第三光源，其發出紫外光；其中該第一光源發出的紅光、綠光及藍光、該第二光源發出的近紅外光以及該第三光源發出的紫外光混合形成如請求項1所述之該第一光線、該第二光線以及該第三光線。
  15. 如請求項14所述之植物生長光源裝置，其中該第一光源包括發出白光的發光二極體。
  16. 如請求項14所述之植物生長光源裝置，其中該第一光源包括各自發出紅光、綠光及藍光的複數個單色發光二極體。
  17. 如請求項14所述之植物生長光源裝置，其中該第二光源包括發出近紅外光的發光二極體。
  18. 如請求項14所述之植物生長光源裝置，其中該第三光源包括發出紫外光的發光二極體。
  19. 如請求項14所述之植物生長光源裝置，其中該第三光源包括發出紫外光的紫外光燈管。
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