当我们走进爱盛生物科技(AEssense Corp.)公司的一楼,即被各种白光、红光、蓝光等不同颜色的炫目光彩所吸引；在此同时,也能看到各种光彩底下种植着各种不同种类的植物,有生菜、西红柿、黄瓜、葫芦等各式各样的农作物,不免令人好奇这些农作物是怎么不在阳光底下也能生长得如此茁壮茂密?首先,根据植物体内的光合作用原理(图一),可分为光反应与暗反应二种分类,光反应需要提供外在光源能量,经由光反应产生的ATP分子,可为暗反应提供合成各种物质的能量来源,那么外在光源能量的定义到底为何?我们可以由图二来做解释。

图一、光合作用原理

图二中,阳光照射于植物叶片,叶片内的叶绿体可吸收各种颜色的光源,其中大部分绿色光源经由反射与穿透而不吸收,其他颜色波段如400nm-500nm的蓝光,600nm-700nm的红光为主要吸收波段,其他波段如390nm-410nm的紫光、730nm-750nm的红外光皆为叶绿体内各种不同色素进行反应所需要的光能量,400nm-500nm为叶绿素内光合作用主要光能量来源,在植物早期生长需求最大,600nm-700nm为植物生长后其所需要的主要光能量,如开花、结果采收。

图二、植物吸收光源特性

图三为植物体内各种作用与反应所需要的光能量光谱,包括总叶绿素(各种叶绿素总合)、胡萝卜素等各种色素吸收后的光谱,红色光谱线可作为大部分植物所需要光源的光谱参考。

图三、植物吸收光源光谱

根据植物在不同时期、不同品种条件下,所需要的光源也不尽相同,爱盛农业照明目前在植物生长照明上做了许多改良,也开发了许多产品,包括高功率LED灯(HP-LED,High Power LED),小功率LED灯(LP-LED,Low Power LED)、高压钠灯(HPS,HighPressureSodium)、金属卤素灯(HID,Metal Halid Lamps)等。

图四为爱盛生物科技植物生长系统展示样机(AEtrium-4),上方放置二台红、蓝、白光配比的HP-LED设备,展现颜色接近紫色光源,其光源配比主要符合植物在蓝光、红光的需求,图五为图四中HP-LED光源光谱,配比为450nm/620nm/6500K(4/16/2),其平均光强度最高可达15000 lux、800-1000 ppfd,光强均匀度>90%。

图四、爱盛生物科技植物生长系统展示样机

图五、展示样机HP-LED光谱

图六为白光光源HP-LED设备,主要为了模拟太阳光源,经由微调白光光谱中的红蓝光配比,可适用于大部分不同品种植物与生长期所需要的光源能量。图七为白光光源HP-LED光谱图,白光与红光配比为6500K/660nm(22/4),平均光强度可达22,000-25,000 lux、>1,000 ppfd,光强均匀度>90%,

图六、白光光源HP-LED设备

图七、展示样机HP-LED白光光谱

图七为使用1,000W HPS高压钠灯于西红柿种植测试,高压钠灯具有高亮度、宽带光谱、大面积种植等特性,适合于中大型植物的种植,但其高耗能、高温的缺点,必须保持一定的植冠与灯具距离,避免因高温使植物坏死。图七右为HPS光谱图,暖白色,红光强度较强,适合植物后期开花结果光源。

图七、HPS高压钠灯种植西红柿

综观市面上的贩卖光源,表格一为不同光源的特性比较,包括其光效、显色指数、色温、光源寿命等。以各种特性而言,LED具有节能、高显色指数、色温可调、寿命长等优点,相较于HPS、HID等传统光源,HPS、HID为高耗能、高温工作的光源,对于植物栽种方面的应用,LED为最佳选项,唯独目前LED在植物栽培种植方面仍然为一未开发完全的领域,需要经由更多的栽种验证与测试,才能让LED在农业照明方面更上一层楼。

光源种类	光效(lm/W)	显色指数(Ra)	色温(K)	光源寿命(h)
白炽灯	15	100	2800	1000
普通荧光灯	70	70	All	10000
金属卤化物灯	75-95	65-92	All	6000-20000
高压钠灯	100-120	23/60/85	2000-2500	18000-32000
LED光源	80-139	70-90	3000-6500	30000-50000

表格一、为市面上不同光源特性比较