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水草种植所需的补光方法

发布时间:2015-11-26    浏览:3382


1.色温

很多人一说到灯具总是首先对色温问题而产生疑问和纠结

色温就是发热体不同的温度产生的颜色,纯黑色物体加热其颜色经由黑色-红色-橙红-黄白-白-蓝白程色温由低高程,

所以只是对于高温发热体来说的(白炽灯),色温高了会更偏蓝白(暖光到冷光);荧光灯和LED的原理并不是高

温发光而是荧光粉激发光,所以色温对它们来说就是不同颜色的荧光粉配比问题而已,色温对荧光灯和LED来说主

要是指可见光的颜色。对植物来说,这种植物其独特的“可吸收光谱”才是真正能利用来光合作用的,色温不太重要。


2.流明和勒克斯

流明(lm),光通量的单位,指物体发光强度在一个立体角上产生的总发射光通量。一个40瓦的普通白炽灯泡,其最

终发光效率大约400-600流明。


1勒克斯(lux,lx)照度是反映光照强度的单位,等于1流明(lm,lumen)的光通量均匀照在1平方米表面上所产生的

照度。

夏季在阳光直接照射下光照强度可达6万~10万lx,没有太阳的室外1000~1万lx,夏天明朗的室内100~1000lx,

适宜于阅读约为600勒克斯。


植物光合作用速率是由400~700nm中植物所能吸收的光子数目决定,而与各光谱所送出的光子数目并不相关。就是

说,植物只能接收一定量特定波长的光作为光合作用,其他波长和过量的特定波长的光对植物并没有益处。因此,植

物灯不是越强光越好,过强反而会抑制不少阴性水草的生长。不太恰当的比喻就像只有吃自己身体有需要的微量元素

才是有用的,给再多其他的营养品也没啥作用,某些元素过多了反而会成毒害。灯光要根据植物需求适量即可。


3.发光效率:
就是到底多少能量被转换成我们需要(波长)的光,多少变成不需要的光和热损失。

一瓦电在不同灯上发出的人眼感觉到的亮度不同,对于人眼最敏感的555nm的黄绿光,1W = 683lm,也就是1W

功率全部转换成波长为555nm的光,为683流明,这是最大的光转换效率,也是定标值。对于其它颜色的光,比

650nm的红色,1W的光仅相当于73流明,这是因为人眼对红光不敏感的原因。对于白色光则复杂得多,因为不

同的

灯具发光原理和光谱结构不同,是不同颜色和配比的合成光。

白炽灯,10-15 Lx
LED,80-200
日光灯,50
太阳灯,94
高压钠灯,120
节能灯,60-80

要想被照射点看起来更亮,我们不仅要提高光通量,而且要增大会聚的手段(减少面积)。比如同样一个白炽灯或

日光灯或节能灯,其发光面是球形柱形的,如果加上反光灯罩就会把另一半光反射过来,就会感觉亮很多,而对于

LED这类点片状光源来说其发光面积更小更集中,所以会觉得更亮,这也使球光源、柱光源、点光源的能量使用效

率不同。


4.植物需要什么光

绿色植物对红光和蓝紫光的吸收最强。不透明东西的颜色取决于其反射光的颜色,植物绿色是因为反射绿光才显出

绿色,所以可以说绿光对它最没有用。叶绿素a太阳光两吸收高峰是440纳米附近蓝光680纳米附近红光。叶绿素

b吸收高峰是470纳米650纳米,而处500-600纳米绿光较少吸收。而叶绿素c, 吸收高峰460纳米640纳米。


但是水草们却遇到了一个大问题,就是水会吸收掉大部分光谱的光线,最后只有蓝紫色光线能穿透,这就是为什么

水面和水里只能看到蓝色的原因。所以自然界的水草们主要靠吸收蓝紫色光为生,当然对于几十厘米通透的浅水草

缸来说,红光能穿透,可以被水草的叶绿素利用。

另外,植物对于红光光谱和紫外线最为敏感,对绿光较不敏感

光谱范围 对 植物生理的影响
C 级紫外线( 波长 200-280)占3% — 对大多数 植物都有害
B 级紫外线(280-320)占 9% — 对大多数 植物都有害

A 级紫外线(320-380)占 88% — 对植物有益,叶绿素吸收少,使 叶片加厚具有杀菌作用,对植物的花叶产生

着色的作用,但也可能影响光周期效应,阻止茎伸长。

400 ~ 520nm(蓝)—>叶绿素与类胡萝卜素吸收比例最大,对光合作用影响最大
520 ~ 610nm(绿)—>色素的吸收率不高
610 ~ 720nm(红)—>叶绿素吸收率低,对光合作用与光周期效应有显著影响 
780 ~ 1000nm (红外)——>吸收率低,刺激细胞延长,影响开花与种子发芽 
>3000nm(远红外) ——> 转换成为热量

小常识:
紫外线杀菌灯

低压汞灯的辐射峰值波长为253.7nm,是理想的杀菌灯。因为细菌体的核蛋白和脱氧核糖酸(DNA)的吸收光谱

峰值也在254nm左右,当细菌吸收了200-300nm的紫外线能量以后,引起DNA分子间的交联破裂,使细菌的核

蛋白和核酸之间的链断裂,造成细菌的死亡。短波紫外线在有色液体中的穿透力很弱,杀菌作用只发生在表层,所

以远紫外线主要用于空气、水和物体表面的灭菌。在蒸馏水中,紫外线杀死90%细菌的有效穿透深度是3m,而在

一般饮用水中则减少到0.12m,在葡萄酒、糖汁、果汁中有效穿透深度只有2.5mm。


红叶水草的显色问题:

大多数草友都会遇到过的问题就是红色水草的红色逐渐褪去变成绿色,这主要涉及到光谱和光照强度,一般认为蓝

紫光多和高强度照射会刺激红草发红,可能还有铁等微量元素,以及低水温等等因素,但是具体原因仍在争论中。


叶绿素并非唯一的光合作用色素,光能量由叶片中的叶绿素与胡萝卜素所吸收。能量藉由两种光合系统以固定水分

与二氧化碳转变成为葡萄糖与氧气。

植物的颜色是由体内叶绿素、胡萝卜素、花青素类黄酮等色素同比例组合而显现,红色植物红色胡萝卜素含量高,

叶绿素被抑制或盖过。


根据上面所述的各种原理,我觉得可以加强提供胡萝卜素的吸收光谱,提高红草的胡萝卜素合成水平,达到显色目

的。胡萝卜素的最强吸收波长是449nm(蓝紫色),那么我们尽量多加450nm左右的LED光源,可能就会提高红

草显色水平。而叶绿素是在450nm和650nm处各有两个吸收峰,理论上我们可以少提供红光或降低红光的比例,

可通过LED的调色功能实现平时紫光照射,观赏时白光照射。

其次,了解LED灯的利弊
优点:低能耗,低发热,高亮度,体积小,可调色,可异形,美观;
缺点:光谱单一的白光不适合红草,植物蓝光红光灯珠出来是紫色光线影响观赏。

小常识:

1.白光LED灯,最普遍的是使用蓝色核心,激发黄色荧光粉,由此复合产生视觉上的白光效果。能量分布上,在

445nm的蓝色区和550nm的黄绿色区存在两个峰值。而植物所需的610 ~ 720nm红光,则非常缺乏。这就解

释了为什么在白光LED照射下,植物生长不如其他灯照射。

2.植物灯的红蓝灯色谱比例一般在5:1 ~ 10:1之间为宜,通常可选7~ 9:1的比例。一般显示紫红或粉红色。

3.三基色LED,就是使用红绿蓝三种颜色的LED组合出白光,并通过调光器实现上百万种颜色,还可以遥控和

手机app调光。

最后就是针对植物需求和LED的利弊和方便制作低成本的角度综合来设计制作DIY灯具:
1.LED光效较高,只要超过0.5-1瓦每升水的照度就足够普通水草的日常需要,并不需要太高亮度太大功率。

2.主要材料是三基色led,兼顾了蓝光、红光,又显示出白光不影响观赏。

3.选用尽量成品或半成品LED套件。
4.要使用直接防水(滴胶)或套装防水的LED灯。
5.尽量使用小功率(小于0.5w)的LED灯珠,数量多面积大,使得光源平均,减少追光和光死角。

6.使用三基色LED调色功能模块实现遥控或手机app远程调色,可通过LED的调色功能实现平时紫光照射,观赏时

白光照射。

7.极低的成本,原料采购基本完成,计划60缸的灯具成本可以控制在50元以内。
8.用不同的三基色LED及不同调色光对红草进行显色比对实验。使用生长迅速的红草和紫草进行照射实验。