植物光合作用

光合作用是綠色植物（或者某些細(xì)菌）通過(guò)葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧的過(guò)程。更細(xì)致一點(diǎn)的來(lái)講光合作用主要分為兩個(gè)階段，光反應(yīng)和暗反應(yīng)(也稱卡爾文循環(huán))。

光反應(yīng)依賴于陽(yáng)光的能量來(lái)進(jìn)行，發(fā)生在在葉綠體類(lèi)囊體的薄膜上，將水分解成[H]和O2，同時(shí)促成形成活躍化學(xué)能的ATP。

暗反應(yīng)則發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中，不依賴于陽(yáng)光直接參與，而是依賴于前一階段產(chǎn)生的ATP和[H]來(lái)完成。CO2與植物體內(nèi)的C5結(jié)合，形成C3，CO2被固定。在有關(guān)酶的催化作用下，C3接受ATP水解釋放的能量并且被還原，經(jīng)過(guò)一系列的變化，形成葡萄糖和C5。

為了讓植物更快的生長(zhǎng)，第一個(gè)光反應(yīng)階段尤為重要，這是能量的來(lái)源，是第二暗反應(yīng)階段的前提條件。室內(nèi)的陽(yáng)光不足以讓植物獲得適宜的光照強(qiáng)度，此時(shí)補(bǔ)光燈就能作為太陽(yáng)光的補(bǔ)充，并且可以在夜晚適當(dāng)補(bǔ)充光照，延長(zhǎng)植物光合作用的時(shí)間，植物長(zhǎng)得會(huì)更快。

不同波長(zhǎng)光對(duì)光合作用的影響

太陽(yáng)光譜中380～780nm為可見(jiàn)光，400～700mm波段的光輻射被稱為植物光合有效輻射(PAR, photosynthetically active radiation)，與可見(jiàn)光基本重合。光合有效輻射指植物吸收和利用不同波長(zhǎng)的光合輻射，參與作物光合作用并轉(zhuǎn)化為有機(jī)物儲(chǔ)存起來(lái)的太陽(yáng)輻射，。不同的光譜成分對(duì)植物有不同的影響。植物葉片對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收、反射和透射程度也與輻射的波長(zhǎng)有直接關(guān)系。

紫外光譜（100–400 nm），分為三種UV-A (315-400 nm)、UV-B (280-315 nm) 和 UV-C (100-280 nm)。控制量的紫外線有消毒殺菌作用，可以減少植物病害。

藍(lán)光（450-480nm） 能夠被葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素吸收,可以促進(jìn)發(fā)芽，促進(jìn)葉綠素的生成，對(duì)植株早期生長(zhǎng)很重要，確保其根、莖和葉的生長(zhǎng)，抑制徒長(zhǎng)，縮短節(jié)間距，使植株更健壯。它促進(jìn)氣孔開(kāi)放，允許更多的二氧化碳進(jìn)入葉子，有利于暗反應(yīng)階段。

綠光（500nm-560nm） 色素的吸收率較弱，反射綠光較多，所以葉子呈現(xiàn)綠色。但是也并無(wú)作用，作為重要的環(huán)境信號(hào)促進(jìn)下胚軸伸長(zhǎng)。

紅光（610-730nm） 促進(jìn)光合作用的最有效光譜，被葉綠素吸收，進(jìn)行的光反應(yīng)階段。同時(shí)促進(jìn)葉綠素生成，調(diào)節(jié)植物的莖、葉生長(zhǎng)。

色溫和光譜的關(guān)系

色溫是指光源的色彩品質(zhì)，通常用開(kāi)爾文(K )度數(shù)表示。光源的色溫越高，光線所呈現(xiàn)的顏色就越冷(藍(lán));色溫越低，光線所呈現(xiàn)的顏色就越暖(黃)。在色溫上，光源可以分為三種類(lèi)型:暖光、中性光和冷光。從光譜上來(lái)看，冷光更偏向藍(lán)光，暖光有更多的紅光。

燈珠選擇

植物中的葉綠素吸收光譜的最強(qiáng)區(qū)域有兩個(gè)：一個(gè)是在波長(zhǎng)為660nm左右的紅光部分，另一個(gè)在波長(zhǎng)為450nm左右的藍(lán)光部分。所以為了促進(jìn)植物的光合作用，藍(lán)光和紅光是最主要也最有效的波長(zhǎng)，紅藍(lán)混合的光會(huì)出現(xiàn)品紅色，這個(gè)顏色對(duì)于在家庭中養(yǎng)植物補(bǔ)光來(lái)講，對(duì)眼睛不太友好，另外其它的波長(zhǎng)成分也是有其作用的，因此實(shí)際選用全光譜的燈珠加入少量紅光燈珠。分別為燈珠大小選用3030的3000K（暖白）5000K（正白）660nm紅光的燈珠。

電源的選擇

選擇240W可調(diào)光明緯電源，XLG-240-H-AB, 輸出電壓范圍27~ 56V，效率可達(dá)93%，AB為可調(diào)光版本，可通過(guò)PWM信號(hào)或者可調(diào)電阻進(jìn)行輸出電壓調(diào)節(jié)，可以按照植物的多少以及懸掛的高度靈活地控制光強(qiáng)。

燈珠排版的選擇

串聯(lián)式：

采用收尾相接的形式，一條線上的所有燈珠電流相同，相同色溫的LED燈珠的亮度一樣，，但是當(dāng)有一個(gè)燈珠斷路之后，一整條線上的燈珠都會(huì)收到影響。

并聯(lián)式：

采用正接正，負(fù)接負(fù)的形式。LED燈珠的電壓相同，即使同一批次的，電流也不完全相同。當(dāng)一個(gè)燈珠斷路之后不影響其他的燈珠使用。

串并聯(lián)混合式：

如果將所有LED串聯(lián)，將需要LED驅(qū)動(dòng)器輸出較高的電壓。如果將所有LED并聯(lián)，則需要LED驅(qū)動(dòng)器輸出較大的電流。我們選用的輸出電壓穩(wěn)定的電源，需要多個(gè)燈珠串聯(lián)來(lái)降低電壓。但是不希望因?yàn)閭€(gè)別的燈珠損壞，導(dǎo)致整條燈珠全都不亮，采用串并聯(lián)混合式可以增加容錯(cuò)率。

PPFD和LUX

PPFD：光合光子通量密度（Photosynthetic Photon Flux Density）,是每平方米每秒光源輻射出的微摩爾數(shù)量，單位umol/m2s, 常用光合有效光量子通量(PPF)和光合有效光量子通量密度(PPFD)作為衡量光照強(qiáng)度的單位。PPFD是表示在一平方米范圍里的PPF1 PPFD 表示每秒1微摩爾的光子數(shù)量輻射在1平方米的表面。。它和距離光源的距離成反比。

流明（lm）是描述光通量的物理單位。勒克斯（lux，法定符號(hào)lx）由流明(lm)引出的單位，是照度單位。被光均勻照射的物體，在1平方米面積上所得的光通量是1流明時(shí)，它的照度是1勒克斯，單位為lm/m(LX)。

在400-700nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，當(dāng)光譜形態(tài)確定后，輻射源可以通過(guò)測(cè)量被輻射面的照度值(LX)換算出PPFD，這個(gè)換算常數(shù)就是XD因子。

換算公式:PPFD=照度值(LUX)/XD因子

LUX與PPFD成正比，可以用LUX大致表示PPFD的強(qiáng)度，作為參考。

對(duì)于植株健康生長(zhǎng)，光強(qiáng)不能太弱，太弱達(dá)不到光補(bǔ)償點(diǎn)，呼吸作用大于光合作用，長(zhǎng)得太慢。植株也不能太強(qiáng)，強(qiáng)光會(huì)讓植株出現(xiàn)光抑制，大多數(shù)的植物在正午陽(yáng)光直射時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生光抑制影響光合階段光系統(tǒng)II。不同的植物對(duì)光強(qiáng)的需求有差異，10000lux對(duì)于大多數(shù)植物來(lái)講是比較適宜的。

散熱

使用鋁基板加散熱鋁板的方式，鋁基板和散熱鋁板之間涂抹散熱硅脂，更好的貼合散熱。

通過(guò)熱成像儀可以實(shí)測(cè)看到，100W輸出時(shí)，燈珠的溫度在39度，電源的溫度在43度；220W輸出時(shí)，燈珠的溫度在51度，電源的溫度在48度。溫度控制在合適的溫度，散熱條件良好，燈珠的使用壽命在50000小時(shí)，良好的散熱對(duì)于延長(zhǎng)燈珠的壽命非常有利。