研究:LED 灯光在受控条件下对草莓产量的优化。
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研究:LED 灯光在受控条件下对草莓产量的优化。

上海的科学家们开发了一种LED照明系统,用于草莓种植,可以将产量提高达36%。该系统使用PSO算法来优化和均匀照明,仅消耗160瓦的能量。

17 May 2025 17 May 2025

要达到最高的产量,不仅需要考虑光照强度和光谱多样性,还需要实现光合有效辐射(PAR)在植物区域的均匀分布。

光照的均匀性直接影响光合作用、生长顺序,最终影响种植作物(如草莓)的经济效益。

不均匀的光分布经常会导致局部遮阴或过度照射,这会导致不均匀生长和能源资源利用低效。

尽管针对植物生长刺激的光谱调节受到极大关注,但针对光源空间分布的节能研究相对较少,以减少能源消耗同时不影响作物产量。

优化LED照明系统的布局是一种有前景的方法,可以减少灯具数量或总光通量的同时保持必要的均匀性。通过提供更加均匀的照明,生产者可以实现等效或甚至更高的生理产量,同时消耗更少能源。这种方法符合可持续农业的总体目标 - 在最大程度减少对环境和运营成本的影响的情况下最大化生产力。

LED照明领域的现代发展对农业作物的生产流程优化产生关键影响,特别是在受控环境条件下,例如温室和植物工厂。

研究表明,改变光谱,特别是通过使用红光和蓝光长波,可以显著改善种植草莓的生理过程。

同时使用红光和蓝光不仅提高了光合效率,还有助于实现期望的形态特征,包括叶绿素含量的增加和生物量的积累。

已知红光促进茎的延长并有助于多样的生长途径,而蓝光有助于紧凑生长并刺激光形态发生,这些都是实现高密度种植系统的最大产量所必需的。

此外,光质的重要性远不止于光合作用,它还在调控开花和整体植物结构方面起着关键作用。研究表明,特定的光谱组合通过调节植物生殖发育的植物激素信号通路促进草莓的开花。考虑到光质对关键代谢过程(如色素合成和营养物质吸收)的直接影响,旨在提供优化光谱特性的LED系统是改善草莓生产的有效工具。除了光谱方面,对照明系统的空间配置也越来越受到关注。

不合理的光分布经常导致能源消耗增加,但未能实现植物生长或产量的相应增加。这不仅会增加运营成本,还会限制垂直农业系统的经济稳定性。

光的均匀分布在密集种植中起着至关重要的作用,其中区域内的阴影可能导致不均匀生长和光合效率降低。

研究人员正在研究先进的照明设计,如可移动或高度可调的LED阵列,这些设计可以提高光透射并确保下层植被获得足够的光照。这些系统有助于提高光吸收效率和整体作物产量,同时消除固定光源的限制,这些光源并不总是考虑到植物高度、密度或结构的变化。

与此同时,功能-结构植物模型(FSPM)的应用正成为模拟光与植物相互作用、优化照明策略的有前途方法,无论是在器官水平还是在区域水平上。

FSPM是一种计算模型,模拟植物的生长和发育,涵盖生理和结构方面。这些模型在改进农业系统方面发挥着重要作用,可以模拟植物对各种环境条件的反应,如光照,这对于在受控环境中(包括垂直农业)提高产量至关重要。

优化LED照明系统中的光谱质量和均匀分布的整合代表着改善受控条件下草莓种植的有前景方向。借助这些进步,生产者可以提高资源利用效率,改善产量和果实品质。

这项研究是在上海进行的,该

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