菊花生產(chǎn)中不同光源的光照強(qiáng)度和能耗

胡振陽等

摘要[目的]篩選菊花生產(chǎn)中節(jié)能有效的補(bǔ)光方法。[方法]對LED等多種光源進(jìn)行單一和組合處理，測定不同類型燈具和不同組合燈具的照度和能耗。[結(jié)果]單一燈具補(bǔ)光時(shí)，直射型LED燈能耗最小，照度較大，同時(shí)直線上衰減程度較??；組合燈具補(bǔ)光時(shí)，考慮到色燈對植物不同部位的特殊影響，直射型LED燈與節(jié)能燈組合效果最好。[結(jié)論]直射型LED燈在菊花生產(chǎn)中能有效補(bǔ)光，同時(shí)達(dá)到降低生產(chǎn)成本、節(jié)能減排的效果。

關(guān)鍵詞菊花；不同光源；照度；電力消耗

中圖分類號S605文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2015）24-001-04

菊花需要生長到一定的生長量才進(jìn)行花芽分化?；ㄑ糠只暗臓I養(yǎng)狀態(tài)應(yīng)適中、充實(shí)，且必須達(dá)到開花時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。秋菊是典型的短日照植物，在生產(chǎn)中常需要補(bǔ)光以調(diào)控開花時(shí)間。據(jù)研究，菊花補(bǔ)光抑制花芽分化的照度以 5～10 lx為下限照度。在生產(chǎn)實(shí)踐中，為防止電壓不穩(wěn)使照度減弱，要用40 lx以上的光照進(jìn)行補(bǔ)光。關(guān)于照度與園藝植物光合作用的關(guān)系，已有大量報(bào)道。探究不同光源補(bǔ)光時(shí)照度和能耗，對提高菊花生產(chǎn)技術(shù)水平、降低成本、提高產(chǎn)量和質(zhì)量具有十分重要的意義。

人工光源代替或補(bǔ)充自然光源的不足已成為環(huán)境控制農(nóng)業(yè)的重要手段。常見的燈具如白熾燈、熒光燈、LED燈等色彩各異，能耗不同，產(chǎn)生一定的差異。在整個(gè)菊花生長周期中，不同色彩的光照對其不同階段的生長具有不同的影響。筆者就菊花花期調(diào)控補(bǔ)光技術(shù)的光源組合和選擇，通過對單一光源和組合光源照度和能耗的測量，篩選出節(jié)能有效的補(bǔ)光方法。

1材料與方法

1.1材料

供試燈具來自上海誼樂特風(fēng)貿(mào)易有限公司。節(jié)能燈色溫為2 700和4 000 K。熒光燈1種；使用氣體放電的燈具氖燈1種；LED燈9種：紅燈、藍(lán)燈、綠燈、紫燈、黃燈、白燈、暖黃燈、暖白燈、E14直射型白光燈；鎢絲燈1種。其中，兩種節(jié)能燈為掛鉤式，其余全部為螺旋式接口，口徑大小為E14和E27。所有燈具額定功率統(tǒng)一為5 W。試驗(yàn)中燈具配合反光燈罩使用，燈罩為智達(dá)品牌9寸大棚使用型。

照度計(jì)1臺；優(yōu)利德多功能功率計(jì)量插座1臺。

1.2方法

1.2.1單個(gè)燈具測量。

此設(shè)計(jì)為苗床寬100 cm，長300 cm，燈具懸掛于苗床正中間、距離菊花植株上方100 cm處，每100 cm 1個(gè)燈具。這種設(shè)計(jì)最大化地使苗床受光均勻。測定燈具正下方垂直距離分別為50、70 cm處的照度，測定以燈具下方垂直點(diǎn)50、70 cm為中心、在同一平面上4個(gè)方向距離50 cm處8點(diǎn)的照度，同時(shí)測定單個(gè)燈具正常光照1 h后的實(shí)際功率。

1.2.2兩種燈具組合測量。

選取E14直射型白光LED燈，分別與14種燈具組合。該設(shè)計(jì)為苗床寬300 cm，長300 cm，燈具懸掛于距離苗床邊緣75 cm處，直射型白光LED燈與另一種燈具兩兩交替布置。這種設(shè)計(jì)最大化地使苗床受光均勻。分別測定兩燈具中間縱向距離分別為50、70 cm處照度，測定以兩燈具中間縱向距離為50、70 cm處為中心、在同一平面上4個(gè)方向水平距離150 cm處8點(diǎn)的照度，同時(shí)測定兩個(gè)燈具正常光照1 h后的實(shí)際功率。

1.2.3實(shí)際功率測量。

利用優(yōu)利德多功能功率計(jì)量插座測定，并記錄燈具發(fā)光時(shí)的功率，記錄燈具工作時(shí)間，從而計(jì)算得出實(shí)際消耗電量。

2結(jié)果與分析

2.1單個(gè)燈具照度和實(shí)際功率

表1中四周點(diǎn)50、70 cm處的數(shù)據(jù)是東、西、南、北4點(diǎn)照度的平均數(shù)；中心點(diǎn)50、70 cm處的數(shù)值是測定點(diǎn)重復(fù)測量3次，取平均值。

對菊花在單個(gè)燈具照射下所生長立體空間的照度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)鎢絲燈在中心測量點(diǎn)和四周測量點(diǎn)的照度均最小，平均照度（11.0 lx）最小，LED綠燈平均照度（123.0 lx）最大；8種燈具的照度在14種燈具照度平均水平（67.9 lx）之上，依次是LED綠燈（123.0 lx）、LED黃燈（105.1 lx）、LED白燈（104.0 lx）、LED暖白燈（103.2 lx）、直射型LED燈（921 lx）、4 000 K節(jié)能燈（90.9 lx）、2 700 K節(jié)能燈（82.2 lx）、LED紅燈（68.8 lx）；照度變異系數(shù)最低的是熒光燈（013），最高的是LED綠燈（1.02），說明熒光燈的照度在所測量的立體空間內(nèi)變化最小，LED綠燈的照度變化最大；變異系數(shù)>100%屬于強(qiáng)變異，介于10%和100%之間的屬于中等變異，小于10%的屬于弱變異。LED綠燈變異系數(shù)為102，說明在所測量的立體空間內(nèi)，LED綠燈的照度均勻性很差；6種燈具照度的變異程度低于14種燈具的平均變異程度，依次為熒光燈（0.13）、LED暖黃燈（0.15）、LED白燈（021）、直射型LED燈（0.22）、LED藍(lán)燈（0.23）、鎢絲燈（054）；4 000 K節(jié)能燈的平均照度為90.9 lx，高于2 700 K節(jié)能燈的822 lx，，但變異系數(shù)均是0.67，說明色溫影響燈具的照度，但不影響照度的變異程度；不同顏色的9種LED燈具在照度和照度變異系數(shù)上差別很大，LED藍(lán)燈照度（16.4 lx）最小，但其照度變異系數(shù)（0.23）較小，LED綠燈照度（123.0 lx）最大，其照度變異系數(shù)（1.02）也最大；14種燈具中照度和照度的變異程度均優(yōu)于平均水平的燈具為LED白燈和直射型LED燈，表現(xiàn)較好；LED紫燈和氖燈的照度和照度的穩(wěn)定程度都沒有達(dá)到14種燈具的平均水平，表現(xiàn)差。

由表2可知，在14種燈具中，氖燈照度橫向衰減（234%）最小，但其照度縱向衰減（67.9%）最大；熒光燈表現(xiàn)與氖燈相似，照度橫向衰減（28.0%）明顯較小，縱向衰減（613%）較大；LED綠燈照度橫向衰減（59.6%）和縱向衰減（626%）明顯較大，在測量的立體空間內(nèi)照度衰減程度最大；9種LED燈的照度在橫向和縱向方向上的衰減程度相似；2 700 K節(jié)能燈和4 000 K節(jié)能燈照度的衰減程度幾乎相同；不同類型燈具照度橫向衰減程度從小到大依次是氖燈、熒光燈、鎢絲燈、節(jié)能燈、LED燈；不同類型燈具照度縱向衰減程度從小到大依次是節(jié)能燈、鎢絲燈、LED燈、熒光燈、氖燈；LED紫燈、LED暖白燈、LED白燈、鎢絲燈4種燈具的實(shí)際功率高于14種燈具實(shí)際功率的平均值，其中鎢絲燈實(shí)際功率達(dá)到13.9 W，耗電量最大；最省電的燈具是直射型LED燈和氖燈，實(shí)際功率均為3.5 W。

綜合表1、表2，得出8種照度較好的燈具依次是LED綠燈、LED黃燈、LED白燈、LED暖白燈、直射型LED燈、4 000 K節(jié)能燈、2 700 K節(jié)能燈、LED紅燈；

6種照度衰減程度較小的燈具依次是熒光燈、LED暖黃燈、LED白燈、直射型LED燈、LED藍(lán)燈、鎢絲燈；

10種能耗較少的燈具依次是直射型LED燈、氖燈、熒光燈、LED紅燈、LED綠燈、LED藍(lán)燈、LED黃燈、LED暖黃燈、2 700 K節(jié)能燈、4 000 K節(jié)能燈。

可見，直射型LED燈在照度、照度衰減程度和節(jié)能環(huán)保3個(gè)方面均優(yōu)于14種燈具的平均水平，表現(xiàn)最優(yōu)。

2.2組合燈具照度和實(shí)際功率

由表3可知，對比50 cm處各測量點(diǎn)的照度，70 cm處對應(yīng)測量點(diǎn)的照度均不同程度的增大，這可能是由于遮光罩控制了光線照射角度，70 cm處光線疊加程度較50 cm處更大；直射型LED燈+鎢絲燈組合的平均照度（21.6 lx）最小，直射型LED燈+4 000 K節(jié)能燈組合的平均照度（57.8 lx）最大，有8種組合燈具的照度在14種組合燈具照度平均水平（43.8 lx）之上；直射型LED燈+LED綠燈組合的照度變異系數(shù)（0.28）最小，說明該組合燈具在測量的立體空間內(nèi)照度變化程度最??；直射型LED燈+直射型LED燈組合的照度變異系數(shù)（0.76）最大，說明該組合燈具在所測立體空間內(nèi)照度變化程度最大；有9種組合

燈具的照度變異程度小于組合燈具照度的平均變異程度。

由表4可知，在14種組合燈具中直射型LED燈+直射型LED燈組合燈具照度在50 cm處橫向衰減（58.8%）程度最大，70 cm處橫向衰減（69.5%）程度最大，同時(shí)中心點(diǎn)垂直增長（132.0%）程度最大，這與表3分析中該組合照度變異系數(shù)最大相符合；直射型LED燈+LED綠燈組合燈具照度橫向衰減平均值（32.3%）最小，直射型LED燈+LED白燈組合燈具垂直增長平均值（7.4%）最小，這與表3中這兩種組合較低的照度變異系數(shù)相符合；在14種組合燈具中，直射型LED燈+鎢絲燈組合燈具的實(shí)際功率（17.6 W）最大，最耗電；直射型LED燈+直射型LED燈組合燈具實(shí)際功率（71 W）最小，最節(jié)能。

綜合表3、表4，得出8種照度較強(qiáng)的組合燈具依次是直射型LED燈+4 000 K節(jié)能燈、直射型LED燈+LED白燈、直射型LED燈+2 700 K節(jié)能燈、直射型LED燈+LED暖白燈、直射型LED燈+LED黃燈、直射型LED燈+LED紅燈、直射型LED燈+直射型LED燈、直射型LED燈+LED綠燈；

8種照度變化程度較小的組合燈具依次是直射型LED燈+4 000 K節(jié)能燈、直射型LED燈+LED白燈、直射型LED燈+2 700 K節(jié)能燈、直射型LED燈+LED黃燈、直射型LED燈+LED綠燈、直射型LED燈+直射型LED燈、直射型LED燈+LED紅燈、直射型LED燈+LED暖白燈；

10種能耗較低的組合燈具依次是直射型LED燈+直射型LED燈、直射型LED燈+熒光燈、直射型LED燈+LED綠燈、直射型LED燈+氖燈、直射型LED燈+LED藍(lán)燈、直射型LED燈+LED暖黃燈、直射型LED燈+LED黃燈、直射型LED燈+2 700 K節(jié)能燈、直射型LED燈+LED紅燈、直射型LED燈+4 000 K節(jié)能燈；

直射型LED燈+2 700K節(jié)能燈、直射型LED燈+4 000 K節(jié)能燈、直射型LED燈+LED黃燈、直射型LED燈+LED綠燈在照度、照度衰減程度和節(jié)能環(huán)保3個(gè)方面均優(yōu)于14種燈具平均水平。由于色燈照射對植物不同部位生長發(fā)育的影響不同，組合色燈在該試驗(yàn)中為對照組合，因此，直射型LED燈+2 700 K節(jié)能燈、直射型LED燈+4 000 K節(jié)能燈為最優(yōu)的組合燈具。

3結(jié)論與討論

由于植物在光補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)不能積累干物質(zhì)，在低光強(qiáng)度的情況下光源是否充足對于植物能否茂盛生長有著重要意義。一般，陽性植物在光照占全光照的3%～5%時(shí)達(dá)到光補(bǔ)償點(diǎn)，而陰性植物由于呼吸弱，在很低的光照下即達(dá)到光補(bǔ)償點(diǎn)，一般為全光照的0.5%～1%。但是，隨著季節(jié)變換，有些時(shí)段植物會因?yàn)楣庹詹蛔愣馐苋豕饷{迫，一般光合速率都明顯降低。弱光時(shí)，有些植物降低光補(bǔ)償點(diǎn)。這有利于它們在弱光下維持碳平衡，但減緩了植物正常的代謝，所以采取光補(bǔ)償植物是一種有效的方法。

以菊花為試材，該試驗(yàn)探討了不同單一燈具和組合燈具的照度和能耗。試驗(yàn)結(jié)果表明，在單一燈具光照下，直射型LED燈在照度、照度衰減程度和節(jié)能環(huán)保3個(gè)方面表現(xiàn)最優(yōu)；在組合燈具光照下，直射型LED燈+2 700 K節(jié)能燈、直射型LED燈+4 000 K節(jié)能燈組合為最優(yōu)的組合燈具，但何種色溫節(jié)能燈效果更好仍需進(jìn)一步研究；在正常工作中，無論是橫向或縱向，在光的直線衰減中，不同燈具光的衰減程度都是不相同的。

在菊花生產(chǎn)中，可以根據(jù)不同場地、菊花品種、生長階段選擇不同的補(bǔ)光方法。當(dāng)照度要求較高時(shí)，單個(gè)燈具可以選擇LED白燈、直射型LED燈和節(jié)能燈，組合燈具可以選擇直射型LED燈+2 700 K節(jié)能燈、直射型LED燈+4 000 K節(jié)能燈和直射型LED燈+LED白燈。當(dāng)生產(chǎn)中要求能耗較低時(shí)，單個(gè)燈具可以選擇氖燈、直射型LED燈和熒光燈，組合燈具可以選擇直射型LED燈+直射型LED燈、直射型LED燈+熒光燈和直射型LED燈+氖燈。不同光質(zhì)對菊花營養(yǎng)生長生理和開花生理機(jī)制的作用不同，色燈在該試驗(yàn)中為對照。

關(guān)于能耗，對于照度在一定值下能夠打破光周期的燈具，為滿足照度，需要加大燈泡的額定功率，相應(yīng)的實(shí)際功率也會增大，導(dǎo)致能耗量增大，成本增加。對比額定功率均為5 W的補(bǔ)光燈，直射型LED燈的實(shí)際功率最低為3.5 W，其用電量較鎢絲燈節(jié)能75%，較4 000 K節(jié)能燈節(jié)能31%，較熒光燈節(jié)能8%。直射型LED燈在菊花生產(chǎn)中的應(yīng)用能夠有效地降低能耗，切實(shí)達(dá)到降低生產(chǎn)成本、節(jié)能減排的效果。

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