不同光质和强度对草莓生长的影响
diy患者 2021-11-17 农业

最近几年我一直在种草莓,但很多观察到的结果不好总结,因为观察到的东西是主观的,再一转述,对大家的参考价值也不大。这次的结果基本都有数据,所以我就总结一下。这次要解决的问题是,网上有很多灯,到底哪种适合植物生长呢?特别是网上很多人用的是红蓝光的植物生长灯,颜色怪怪的,让我联想起路边一些小店里的光,(世界辣么大,我想进去看看)看上去**很高,这种光效果到底如何?如何评价?现实生活中基本都是补充光线用,主要还是靠太阳,无论是直射的还是散射的,这些灯只是补充作用,这样其效果就大大的被太阳光稀释了,不好观察效果。本次实验,我彻底屏蔽了太阳光,排除干扰,测定其效果。说明一下,这个效果是以光合作用为唯一参考指标。实际上,光线对植物的作用比较复杂,光合作用只是其中一种,也是最重要的作用,是基础的作用,但不是唯一的作用。


本次测试用的东西先说一下,先说灯具。某品牌的18wled家庭照明灯,50w家庭照明灯,150w金卤灯(这个东西原理应该和高压钠灯差不多,效率和光的组成也类似)50w的植物生长灯,红蓝光的那种。这些都是我自费从网上或者从实体店里买的。特别说明一下,上面的功率都是铭牌上标注的,我没有测定。

在说本次测试用的工具,光度仪,国内某品牌的,检测光线强度的,单位lux,应该是一二十年的老东西了,从实验室翻出来的。二氧化碳检测仪,这个是高级货,德国进口的,前几年实验室买的,还偶遇了一个高级仪器,我也不知道叫什么名字,就是能检测出lux,PPFD,PAR等数据,最牛的是 能分光,检测个个频率的光线强度,这个仪器是偶然看到的,同事自己组建的实验室,承包商落下的,后来人家又要走了,我想鼓动我同事买个,估计一万左右。我同事是搞藻类研究的,自己刚组建了一个实验室,借了他实验室的角落做了个种植草莓的实验。

培养箱是坏的恒温箱改造的,不能恒温了,温度是室温,大概20度左右。


本次实验用的是水培章姬草莓,在自己改造的培养箱里培养了一个多月了,适应环境了。原来培养时用的是18w的家用led灯。

第一阶段,测定各种等的光照度,单位lux。方法是把各种灯放在我的培养箱里,在一定距离(距离等大概50厘米,这个距离是一般培养条件下,距离草莓叶片的距离)测定。结果如下:18wled,1300LUX,50wled2900LUX,红蓝比的植物灯,300lux,150w金卤灯,10000lux。这个结果在意料之中,led和金卤灯的效率差不多,资料上介绍都是大概100流明每瓦,本次实验不能测总发光度,只能测在一定条件下的光强。红蓝比植物生长灯的非常低,这个也符合资料,只是低的有点超出意料,大概是家用白光的八分之一。

第二阶段,测PPFD与lux的换算关系,光量子通量密度PPFD(Photosynthetic Photon Flux Density)一般定义: PPFD表示单位时间面积上在可见光波长范围的光量子数。单位为μmol/m?2;sPPFD 表示光量子的数量与光合作用间的相关性。(摘自百度)lux其实不能很好的衡量光合作用中有效的光线,而ppfd要好一些,lux符合人眼的感觉,而ppfd符合绿色叶子的感觉,都是衡量光线强度的。

这个结果如下:

18wled:68.25lux/PPFD,太阳光:55.33lux/PPFD,白炽灯:51.63lux/PPFD,金卤灯:
72.39lux/PPFD,76.2lux/PPFD,红蓝比的植物生长灯:25.4lux/PPFD




关于lux和ppfd的换算关系,这个问题以前和不少人争论过,很多人认为完全没有关系,我重申我的观点,同样类型的灯是有一定关系的,比如日光的关系是:55.33lux/PPFD     同样的lux,如果ppfd高,说明这个光线比较适合照射植物,效率要高。红蓝比的灯在这方面确实要高一些,比普通光线要高一倍多。但让我惊奇的是白炽灯居然不是效率明显低。




第三阶段,以上其实都是扯淡,光线到底有没有用,和药物有没有用一样,是靠疗效说话,即用不同的光线照射苗子,最后统计结草莓的数量和品质。但问题在于植物生长周期长,如果从培育苗子到结果算,有半年多,中间的不可控因素太多了,最后的结果很难说是因为不同的光线导致的,而且花钱多,耗时也长,我决定转换思路,间接的去测定。光合作用利用光能,消耗二氧化碳,变成有机质,放出氧气。我们需要的是有机质,但有机质的重量不容易测,我想过好多方法,但都不可行,最后只能退而求其次,检测二氧化碳的减少。这个容易做到。我们单位正好买了一个这种仪器,当时应该是买来测造啤酒的时候产生的二氧化碳的。

思路是这样的,在一个密闭空间内,二氧化碳的减少量和光合作用固定的有机质成正比。固定的有机质越多,草莓产量肯定也越高,说明这种光线比较好。

用亚克力板做一个密闭的箱子,放进去二氧化碳测定仪探头,每隔固定的时间读数,二氧化碳浓度下降的越快,说明光照效果越好。


结果显示,150w的高压钠灯大于50w的led大于18瓦的led大于50w的植物生长灯。具体数据如下,150W金卤灯:3ppm/min,50w照明用led灯:7ppm/min,照明用18瓦led灯:2ppm/min,50w红蓝比植物生长灯:0.3ppm/min。
这个都是经过我统计过加估计的数据,原始数据比较复杂,因为时间和精力,我没有做非常详细的记录,比如,应该每隔固定时间去读取数据,实际情况是,我啥时候有空啥时候读数据,因为我的办公室在1楼,实验室在4楼,上下楼不方便,我基本都是顺便去读。还有每次起始二氧化碳浓度都不同,原因是当我把亚克力玻璃罩罩到草莓植株过程中我会呼吸,这个就会影响环境二氧化碳的浓度,我的方法是大概有个范围就ok,大概初始二氧化碳浓度在900ppm-500ppm,但我认为这个问题不大影响后面的实验。当然还有其他的影响因素,比如这个实验持续大概一周,这一周这株草莓植株的生长问题,我也认为这个影响很小。如果想把实验做的更加精确,当然可以继续下去,但我认为现在的数据已经很清晰的表明,同功率的植物生长灯在固定二氧化碳方面比普通家用led低很多,光能效率确实比白光高,但从电能到光能的转化效率太低,综合比较,比家用白光led还是低很多。但这个结果还是有值得商榷的地方的,用PPFD和二氧化碳的降低同时测得数据之间是有些矛盾的,细心的朋友可以仔细研究。

顺便说一个数据,在10000lux的白光LED光照情况下,草莓最终可以将周围的二氧化碳浓度降低到大约120ppm。

强调这个实验是测得完全遮光的效率,大家最常见的使用方法是补光,也就是用灯光补充太阳的光,这种使用灯光的效率可能和我测得差别较大。

后记:这个实验已经完成了将近一年,记录也已经写了半年多,但一直没有写完,现在才有时间去完成,很多事情已经记得不是很清楚了。而且设宴本身从设计到实施都是很不也严谨的,数据也仅供参考。我这里更想说明我的思路和方法,大家如果有时间可以去自己测定,如果你们有仪器的话。不一定非要用我文中的仪器,我文中的仪器统统都是凑合的,都是从其他项目借来用的。大家可以用自己手里的设备 一起研究。

按照这个方法估算的产量和实际相差比较大,一亩地大概五六百斤,和我用水培的实际差差不多,所以我的数据很可能不能代表大田的情况。


补充,上面是我去年的,21年上半年又做了一次,这次的实验要稍微精确那么一点。

最新的数据来了,这次我找人给我记录的,比以前仔细多了。
用了50W的家用LED灯,和2根24瓦的植物生长灯,粉白光谱的。
三条曲线,降的最慢的是家用LED,其次是植物生长灯,最快的是两者加起来。
大家看图吧。最后的图是21年上半年的数据,证明,两个灯比一个灯好(这不是废话吗.)


来自:农林牧渔 / 农业动手实践:实验报导
diy患者 作者
12天23时前
1楼

不大会用新系统,居然没有把图放在主贴上,那就放回复里吧。

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diy患者作者
12天23时前
2楼
用二氧化碳浓度检测光合效率,我搜了一下知网,居然没有一篇文章。难道大家都没想到吗?
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评论(1)
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虎哥
12天19时前
3楼

照度计的光谱响应不好,测得照度低不见得真的光功率通量密度小,最好用光谱仪积分表示。

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diy患者作者
12天19时前
4楼
引用虎哥发表于3楼的内容
照度计的光谱响应不好,测得照度低不见得真的光功率通量密度小,最好用光谱仪积分表示。

没有那么高级的,我就一个照度计,图上能分光的东西都是借的。

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diy患者作者
12天19时前
5楼
没有发最后一次实验的结果,三个曲线,红色的为网上买的植物专用灯,白色led为主,里面还有一些红色和蓝色的led,蓝色曲线为家用的白色LED,淡绿色的曲线是两个灯一起照的结果。两个灯的瓦数好像差不多。具体瓦数可以找到等看看标识。 5407cbf81a4c510fa38f1d597759252dd52aa5ea.jpg
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diy患者作者
12天18时前
6楼

计划进行更细致的工作,找到水培草莓的饱和点和补偿点。前面发的都是预实验,很粗糙。终极目的是不靠太阳光种草莓,成本要低。

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