持续时间
24小时内的光照持续时间称为白天或光周期。全年都会发生光周期变化,变化幅度取决于纬度。在赤道地区,从冬季到夏季,光周期变化不到30或40分钟。随着人们离赤道的距离越来越远,一年中的光周期变化会增加。例如,佛罗里达州北部(北纬30°)的自然光周期(植物从日出前首次感知光到日落后不再感知光的持续时间)的范围从12月下旬的大约11小时到6月下旬的14.5小时。在俄勒冈州北部,明尼苏达州南部和纽约中部(北纬45°),光周期从9½小时到刚好超过16小时。
光周期是每年为数不多的一致的环境参数之一。因此,不足为奇的是,有些植物将光周期的变化用作在一年中的有利时间诱导开花的信号。仅当白天足够短时(或更准确地说,当夜晚足够长时),许多花艺作物才会开花。一品红和菊花是一些常见的例子。一些兰花也响应短日开花,包括卡特兰,蝴蝶兰的某些物种和杂种。
然而,关于光周期对大多数兰花属及其杂种开花的影响的基于研究的信息相对较少。业余爱好者和商业种植者很容易操纵光周期。当光周期自然较长时(在北美温带地区,从三月到九月),可以用不透明的黑布或塑料覆盖植物,从而形成短暂的日子。当植物不暴露在自然光下时,可以将灯设置为每天开启少于12小时。在过低的光线下生长的蝴蝶兰会形成薄而狭窄的叶子。
通过提供人造照明,可以更容易地延长光周期。为了创造一个漫长的一天,需要少量的光线(10英尺烛光或更多)。每隔5至6英尺(1.5至1.8 m),可以用一个60瓦的白炽灯或一个15瓦的紧凑型荧光灯发出这种强度。该量不足以维持植物生长,但如果需要的话,足以产生长的光周期。应该提供哪种光周期的兰花?没有一个正确的答案,因为这取决于所种植的兰花的类型。
例如,如果种植的某些植物在自然天短的冬季正常开花,那么如果提供了漫长的一天,则可以抑制开花。主要对非开花期生长发育感兴趣的种植者可能希望提供漫长的一天(例如16小时的光照)。连续照明可能会在某些工厂中引起不良反应,因此建议每天至少要休息六小时。
光由称为光子的单个能量粒子组成。可见光谱内的每个光子都有驱动光合作用的潜力。光线质量是指光的光谱分布,或者是指从光源发出的光谱的蓝色,绿色,红色,远红色和其他部分的光子的相对数量。这些部分中的一些可见,而其他部分则不可见。每个光子的能量取决于其波长。波长较短的光子(例如紫外线(UV))比波长较长的光子(例如红光)具有更多的能量。光的波长最通常以纳米(nm)度量,即十亿分之一米。通常认为蓝光是波长在400到500 nm之间的光的一部分。蓝光,绿光(500至600 nm)和红光(600至700 nm)组成了主要用于光合作用(400至700 nm)的光谱。
来自太阳的能量大约有一半属于光合作用波段。剩余的能量具有较短的波长(例如,紫外线)或较长的波长(例如,红外辐射)。蝴蝶兰上的叶子焦烧,当直接光束大于约1,500英尺烛光时会发生。
红光相对于远红光的比例(红与远红之比)会影响茎伸长,特别是在强光下生长的兰花中。相对于红光发出大量远红光的灯(例如白炽灯)会促进植物的伸长。此外,植物是有效的红光过滤器,但可以透射或反射大多数远红光。因此,在植物遮蔽的环境中(例如在森林冠层下),红与远红之比降低,并且促进了下面农作物的扩展生长。用来测量光质量的精密仪器称为分光辐射计,价格昂贵(4,000美元或更多)。
兰花爱好者经常使用LED灯为植物提供光。之所以使用这种类型的灯,主要是因为它比白炽灯更有效地将电能转换为可用于植物生长的光。它们的频谱也更加平衡。另外,LED灯是理想的,因为它们可以比点光源的灯更均匀地分布光。通常,LED灯的位置应使其在植物冠层上方1到3英尺(30到90厘米),因为它们的光输出相对较低。
金属卤化物灯和高压钠(HPS)灯(也称为高强度放电(HID)灯)可用于为植物提供更多的光。HPS灯效率更高,因此是温室中使用的主要灯类型。但是,与金属卤化物灯相比,HPS灯发出的蓝光量相对较少。因此,当没有其他用于植物的光源时,单独或与HPS灯组合使用的金属卤化物灯是理想的。HPS灯通常用于补充阳光。这两盏灯应至少在植物冠层上方5英尺(1.5 m)以上,以避免对植物进行过多的光照,并有助于提高植物照明的均匀性。
业余爱好者通常应使用400瓦或600瓦灯具。目前私营公司和研究人员继续提高LED(发光二极管)的效用、性能和价格。LED通常提供单色光,但目前已经可以成熟的将它们混合在一起形成阵列——也就是400-780nm全光谱植物生长灯,以提供更加平衡的光谱。LED是目前大的趋势,因为它们具有长寿命和节能的巨大优势。目前LED的成本在不断的下降,长期来看经济性要优于普通灯类型。
光量
光量是指可以立即或作为每日总和测量的光强度。植物的生长主要受每天平均光接收量的影响。换句话说,植物的生长受光照的时长和白天的光强度影响。我们将此值称为每日光积分。
说到光,研究人员通常使用umol·m-2·s-1,而欧洲人则经常使用勒克斯。umol·m-2·s-1单位是指在1平方米面积内每秒接收的光合作用波段内光的光子(或粒子)数。温室工程师和科学家在讨论能量单位时使用的是每平方米瓦数(W·m-2)。umol·m-2·s-1和勒克斯都描述了在任何一个时间点接收到的光量。可以使用光度计即时测量这些值,即便是一秒之间的变化。
为什么我们要关心不同的照明单元?不同的照明单元类似于外语。如果我们不知道如何翻译单元,那么它们可能毫无意义。每个兰花种植者都知道需要对光强度进行精心管理,以使植物生长和开花。如果光线太低,则植物可能不会开花,因为没有足够的能量来刺激开花过程。另外,发育中的新叶可能会变薄,生长可能会变弱。相反,如果某些兰花的光照水平太高,则叶子会烧焦,造成难看的褐色斑点,并降低其光合作用的能力。过多的光线还会在花蕾上引起斑点,并导致花朵异常。
可以使用两种通用策略为温室提供遮蔽效果:(1)使用遮蔽物(如粉饰);(2)使用遮蔽织物反射光。通常使用遮光剂,因为它们的使用成本相对较低,可用于任何玻璃材料和结构,并在光线进入和升高温度之前反射温室外的光线。阴影化合物的主要缺点是阴影有些恒定,并且在不需要阴影时(例如在阴天)存在。
此外,由于传统的粉饰产品会随着降雨而缓慢溶解,因此在一年中其遮荫百分比会降低。遮光织物可以手动放置在植物上方的环形结构上,也可以在更复杂的温室中与自动伸缩系统一起使用。尽管可伸缩遮阳帘的安装成本相对较高,但它们可以更好地控制光线,从而可以改善工厂植物的质量,以及在光线不足(多云)期间缩回屏幕的能力是此技术的重要属性。遮阳帘也可以在晚上用作能量帘。好的节能窗帘具有封闭的结构,这意味着空气不容易通过。但是,当用作遮阳帘时,可能是不希望具有封闭设计的帘的,因为它不允许夏天帘下的热空气逸出。温室中窗帘的常见遮光系数为40%至50%。
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