作為 Kas Als Energiebron HNT 課程的老師，我經(jīng)常收到有關(guān) LED 燈的問(wèn)題。對植物生長(cháng)的影響是什么以及如何最好地將 LED 集成到氣候控制中等等。自從引入 LED 照明以來(lái)，人們觀(guān)察到植物表現出與在陽(yáng)光下或通常的 Son-T 燈下不同的反應。

這本身并不奇怪，因為畢竟植物通常在自然太陽(yáng)輻射下生長(cháng)，這與人造光具有截然不同的特性。
很久以前，當人們開(kāi)始在低壓鈉燈或路燈下種植植物時(shí)，這種情況就已經(jīng)出現了。解決方案是改用高壓鈉 (HPS)，其光譜包含更多藍色。植物顯然需要它來(lái)進(jìn)行自然發(fā)育。出于同樣的原因，紅色 LED 燈目前以標準方式與大約 5% 的藍色混合，形成了特有的紫色 LED 燈。

LED 光譜提供新的可能性
近年來(lái)，人們對 LED 光的光譜成分的影響進(jìn)行了大量研究。這個(gè)想法是特定的淺色可以促進(jìn)某些期望的發(fā)展并減慢其他人的發(fā)展。一個(gè)例子是遠紅光會(huì )導致更多的拉伸，這有利于作物中良好的光分布等。更多的藍光 (UV) 光會(huì )產(chǎn)生更緊湊的生長(cháng)。也正在用綠色和白色 LED 燈進(jìn)行實(shí)驗。毫無(wú)疑問(wèn)，那里仍然有很多有趣的發(fā)現。

LED 生長(cháng)燈耗電更少
現在大規模使用 LED 的主要原因是它們可以非常有效地產(chǎn)生 PAR 光。LED 提供更多的 PAR，因此在相同的電費下，每平方米可以生產(chǎn)更多的水果公斤數或更多的花枝和盆栽植物。LED 還可以在關(guān)閉光發(fā)射的變暗屏幕下實(shí)現更高的光照水平，而不會(huì )使溫度升高太多。以前使用 Son-T 時(shí) 200 微摩爾/平方米的 PAR 水平很常見(jiàn)，而現在 300 微摩爾正在成為某些作物的新標準。理論上，這可以將產(chǎn)量提高 50%。
簡(jiǎn)而言之，LED 似乎是未來(lái)可持續溫室園藝的理想光源。前提是有足夠的綠色電力可用。

植物如何看待 LED 燈？
不幸的是，越來(lái)越明顯的是，在密集的 LED 照明下也會(huì )出現問(wèn)題。僅舉幾例：葉子和花朵的紫色著(zhù)色、凹凸不平的葉子和較短的瓶插壽命。還發(fā)現光合作用不會(huì )隨著(zhù)較高的 PAR 水平成比例地增加，而是會(huì )因花青素的形成而減慢。懷疑的原因是光譜，還有植物的荷爾蒙平衡、溫度影響和可能的營(yíng)養缺乏。最后兩個(gè)因素使觀(guān)察光源的物理特性以及它們如何在溫度和蒸發(fā)方面影響植物變得有趣。

LED 對養分吸收和作物溫度有何影響？
光源的特征在于它們的光譜組成。PAR 光 (400 – 700 nm) 決定了潛在的光合作用。輻射中具有更短或更長(cháng)波長(cháng)的其他成分包含可以加熱植物部件并驅動(dòng)蒸發(fā)的能量。此外，人造光源產(chǎn)生的對流熱可以通過(guò)空氣流動(dòng)促成這一點(diǎn)。
在相同的 PAR 強度 (micromol/m2.s) 下，與太陽(yáng)光和 HPS 光相比，LED 向作物發(fā)射的能量大約不到一半。這也意味著(zhù)一半的蒸發(fā)和養分供應。但當然也減少了植物頂部、葉子、芽、果實(shí)等的加熱。加熱實(shí)際上有利于加速光合作用的過(guò)程，并使形成的糖的運輸和消耗與生產(chǎn)保持平衡。
數百萬(wàn)年來(lái)，植物已經(jīng)適應了陽(yáng)光的光譜組成。如果這些植物主要或什至完全接收 LED 光，同化產(chǎn)物和養分有效性之間的正常關(guān)系就會(huì )失去平衡。并且由于植物溫度較低，源匯活動(dòng)也會(huì )減少。

LED如何才能真正走向成功？
因此，就 PAR 光而言，LED 燈非常高效，但同時(shí)會(huì )扭曲天然植物在能量、水、同化物和養分攝入方面的平衡。為了讓這些余額恢復正常，必須采取額外的措施。例如，在栽培單元和多層栽培（垂直農業(yè)）中，通常會(huì )提供密集的空氣循環(huán)，以獲得均勻的水平和垂直溫度和水分分布。這也大大增加了蒸發(fā)，從而增加了養分吸收。
目前還不完全清楚這應該如何在普通溫室中完成。加熱程度高于正常溫度，還是在作物頂部或花蕾處（額外的）生長(cháng)管？也許是營(yíng)養液的不同成分，或者更多的（垂直）空氣流動(dòng)？或者混合照明畢竟不是那么糟糕嗎？無(wú)論如何，屏蔽輻射以防止作物降溫是非常明顯的。
無(wú)論如何，有一件事是清楚的；要使 LED 的大規模應用真正取得成功，我們必須更多地考慮植物的自然需求和特性，而不僅僅是關(guān)注技術(shù)。在可持續發(fā)展的背景下，除了光的利用，熱的利用也是必不可少的。

更快、更高效
幸運的是，我們現在擁有現代傳感器，例如凈輻射計和熱像儀。這允許直接測量工廠(chǎng)的能源供應和（垂直）溫度分布。因此，這比老式的試錯研究方法更快、更有效。