GBZ 44064-2024 植物生长LED人工光环境技术报告.docx

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1、ICS29.140.99CCSK73中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GB/Z440642024植物生长1.ED人工光环境技术报告Technica1.reporton1.EDartificia1.1.ightingenvironmentforp1.antgrowth2024T2-01实施20244)A28发布国家市场监督管理总局&*国家标准化管理委员会发布目次前言I1.1范困2烷范性引用文件3术语和定义4概述5植物生长光环境要素5.1 概要5.2 光谱25.3 光照强度25.4 光周期45.5 光分布46植物光合作用56.1 植物光合作刖概述56.2 植物光合作用对光谱的响应56.3 抗物

2、光合作用速率对光照强度的响应66.4 光合作用对光周期的响应76.5 光合作用日变化76.6 植物种体光分布及其对光合作用的影响7抗物光控生长发育7.1 光形态建成7.2 植物光受体7.3 不同光谱对植物形态建成的影响7.4 植物营养品质光调控7.5 光周期网控植物生长发百8植物生长Jt响应关键评判指标138.1 植株形态138.2 生物量148.3 品精158.4 抗逆性158.5 植物生长光照能效169植物生长对1.ED灯具的要求169.1 光子效率/光合光子效率169.2 寿命169.3 可靠性179.4 灯具构型)79.5 控制功能1710植物生长光环境光照设计要素分析1710.1 光

3、子速必密度1710.2 Jti普分布1810.3 光周期1810.4 辎射方向特性1810.5 1.ED植物生长灯应用模式19参考文献20I1.本文件按照GB1.1-2020标准化工作导则笫1部分：标准化文件的结构和起笔规肌3的规定起草.请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的货任。本文件由中华人民共和国科学技术部提出并归口.本文件起早单位：中关村半导体照明联合创新R点实验室、中国农业科学院农业环境与可持续发展研咒所、福建省中科生物股份有限公司、深圳市程盛电子股份有限公司、梳州华普永明光电股份有限公司、福建信息职业技术学院、深圳爱克莱特科技股份有限公司、浦江三思光电

4、技术有限公司、患州田上光电不“支有限公司、南昌实验室、常州格林照明股份有限公司、东莞职业技术学院、东莞理工学校，本文件主要起电人：锹、徐圆圆、撷、王宗友、黄建明、王洪、张锋弑、文星、熊飞、张玉琪、王光绪、陈建文、爱誉、郭勇、中牌,张玲。I1.1.植物生长1.ED人工光环境技术报告1本文件给出了植物生长人工光环境要素、光合作用、光控生长发育、光即J应关键评判指标、1.ED人工光源的要求及人工光环境光照设计要素的内容.本文件适用于相关利益方开展的1.ED人工光植物生长领域涉及的工作。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规值性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件,仅该日期对应

5、的版本迂用于本文件：不注日期的引用文件其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件.GB/T326552016植物生长用1.ED光照术语和定义3*三11JtXGBT326552016界定的术语和定义适用广本文件。4血光是植物牛.长所需的地m要环境因子之一，它不仅是植物生长发育过程中的能次源，也是植物形态建成的重要信号说.拍物赖以生存的能破来自太阳光，光合作用是拍物摘获光能的更要生物学途径，通过光合作用固定二氧化碳以合成有机物井产生氧气，足地球上生命得以延续的决定因素之一.1.ED作为新型光源，具有节能环保、寿命长、响应时间短等特征，在农业光照领域的优势明显，首先，与传统光源相比，1.ED可以根据

6、需求对光漕、辎射凝度等因素/参数进行调控：其次，1.ED发热量低,可近距离照射植物而不会造成植物的织的伤：再次,1.ED光源体枳小,比较适用于多层立体组合栽培系统,有助于降低栽培层架的层高，增加单位空间栽培数坦。1.HD在设施农业领域已引起国内外广泛关注，被广泛应用于全人工光植物工厂以及温室补光生产领域，以达到提高产后及改进M质的目的.本文件针对植物生K1.ED人工光环境，介绍拍物生长光环境要索、擅物光合作用与光控生长发育以及植物生长涉及的光需求特征等，提出Ifi物生长光响应的关健指标，分析拍物生长对1.EDATM的要求与人工光环境光照设计的理点要素，以引导科学合理地评价植物生K1.ED人工光

7、环境。5&1皿植物时光的需求主要体现在光谱、光照强度、光周期和光分布四个方面，也称之为植物生长的“光环境要素”.光环境通过植株形态、器官发育、细胞内代谢以及基因表达和蛋白质合成等不同层面影响并调节植物生长，理解光对桢物生长的步响是农业牛产人工光源应用的理论据础。MOnm-7(0nm)的光子数.是目前植物生长光环境调控领域国际通用物理S1.光相射能(WH)和光了通砧密度(umo1.m23)为植物光照常用物理G,二者之间可以通过光子的能盘公式来换算：单位光子的能量计算公式见式。(2)式中：E光的能量：h普朗克常数(6.62610-Us):c光速(3X10ms,);S艮因此，各波长下光的能量(WM)

8、与光子通地密度(川M一)换算公式见式.式中:N阿伏仙德罗常数(a022102,)o依据式(3),表1为各波长下光子通量密度与光辐射能的换算系数：图2为换算系数随波长的变化趋姒表1不同波长光子通量密度与光辐射能之间转换的换算系数波长IUI换K系数JMrr!13000.澜73500.34181000.29914500.26585000.2392SsO0.21756000.19916500.18407000.17097500.15958000.1495300.14079000.B29500.125100O0.1196波长r1192光T=化趋娜B自然界中光合有效辎射(100nm-700nm)光子通增密

9、度与光轴射能之间的换算系数通常默认为0.216Jgmo!.以太阳光为例.光照黑度为600Wm?的太阳光,其PPFD的计JJ方法U1.下：因太阳辐射中约50%(系数：0.5)的能附来白可见光波段SOOnm-700nm故：PPFD太阳=(600WmJXo.0.216Jmo1.F388.9Mnw1.in-iS-若已知太阳光中PPFD为100omo1.mJ-S-.则可见光波段部分光辐射能的计算方法为：EPAR=100omo1.m-,-,021.6Jpmo1.-,=26WnP则太阳总辐射能约为：216Wm-4U5=432Wnb25.12如MMf日植物光合有效堀射日米枳Ift(D1.D是指单位面积上每天被

10、获到的光合作用光子通量密质(PPFD.11o1.-m2s-1)的总量部位为mohmT,也是光照强度的一种通用表述方式，植物光合有效辎射日累积量与植物的光合产物、干物质的积累业以及品质总体上呈正相关关系。以Pi1)为200mo1.nP-s-,光周期16h为例,犬Du计算加式所示，式中3600为Sf小时的总秒数,D1.I=(PPFD16S6yIO(XX)OO(4)例如，番茄正常生长的最低光合有效辐时H累积口为10n0m-yj12mo1.nPd保证产品品质的光合有效辐射日密积量为Mmo1.-mJ-d-20m1.m-1.1.84AJVM光周期是指昼夜周期中光期和暗期长短的交替变化。光期是指植物受光照射

11、的时间段：暗期指擅物处于出暗的时间段.植物在光期进行光合作用，暗期完成光合产物转运：光周期在询控桢物开花、休眠、落叶等生理过程中具有里要作用。花人工光植物I：厂生产中,合理安排光、暗期对保证植物正常生长发育至关重要.&5先分布光分布分为光的空间分布和时间分布.光的空间分布是指植物受光面区域内光照强度和色温的分布以及光线相对于植物受光面的空间照射角度，值物生长致性是工厂化生产和高效管理的暴础，光的空间分布均匀性是影响同栽培面作物生长一致性的重要因索，此外,光空间分布的均匀性也在一定程度上影响种植者的视觉感官.光的时间分布是折同一种光谱、光照强度的组合在一个光周期时间轴上的分布主要体现在供光模式的

12、差异，根据几种人工光型植物匚厂中常见的供光模式,可将光的时间分布分为连续供光型、交替供光型、间歇供光型等。连续供光型是指在一个光周期内，同一种光谙、光照强度的姐会连续不变，即光在时间轴上的分布是连续、均匀的；交性供光型是指在一个光周期内，两种或多种光照强度、光谱的组合以一定的赎奉交替出现、规律分布：间歇供光型指在个光周期内，种光照强度、光谱的组合以定的嫉率间歌出现、规律分布.6彼修光合作用&1检的舒刖K述植物光合作用指植物利用光能将二氧化碳(COZ)和水转化为储存能G的有机物，并择放出氧气的生化过程见式(5)。MUSH(-()M1.光令作用发生部位为细胞中的叶绿体，光合系统在单位面枳单位时间固

13、定CO2的量(或和放氧气的量)即光合速率，光合速率是判断植物合成麋水化合物速率的重要指标.理论上来讲，植物在光合作用中吸收的CQZ越多,生成的碳水化合物越多植物干物质产殳越高.光合作用不仅受其生长环境中光照条件的影响，还受其他环境因子的影响。光照为光合作用提供能量，其他环境因子如温度、水分、湿度以及环境8?浓度也会影响植物光合作用。岛温胁迫下，叶绿素生物含成的中间产物令成受阳，叶绿泰含城降低；此外，高温还会使细胞内态氧含好增加活性氧动态平衡被打破，加速叶绿素降解.低温情况下植物为保持温度会关闭气孔，然少热G交换，进而阻得CO2诳入叶片，降低光合速;礼干旱胁迫与社胁迫也会引起气孔关闭，减少水分散

14、失，进而阻码CQ2进入叶片，肾低光合速率，过高空气湿度会导致病弭但过低空气湿度也会肾低植物气孔导度,进而影响植物光合速率.总的来说，适宜的光照条件是植物光合作用的直接能fit来源，井受光照强我、光谱、光周期以及光分布的影晌.同时适宜的温度、湿度、C02浓度等环境因子是保证光合系统高效率运行的必要条件.6 2柳酗沿作用对光谱的响应光合色素对光能的吸收和利用效率是植物光合能力的决定因素。在叶绿素的吸收光谱中,有两个最强的吸收区域，即红光区及蓝光区，光合作用在拓光与红光波段的光子效率较高(图3),其中红光波以光合作用效率最高，残次为蓝光.因此，红蓝光通常作为植物生长1.ED光源的核心光谱.S31M叶片光合作用在不PW眼的相对光量子效率气孔是植物叶片与外界进行气体交换的主要通道,调捽CO?进入叫片和植物水分蒸腾.蓝光不仅可以宜按期动植物光合作用,还可作为重要的信号因子诱导气孔开张，从而提而CO,进入叶片的扩散速率，降低光合作用过程中的气孔限制，有助于提高光合速率。但在实际生产应用中，如在全人工光植物工厂条件下由于植物生长光照强度远低于自然光，对于绝大部分植物来说气孔并不是光合速率的主要限制因子。因此蓝光是否能膨通过气孔四节因素提高光合速率需要结合光照强度与其他环境因子进行铳合分析.植物叶片对远红光(700nm)的吸收能力远低于可见光波段，因此，远红光(70