植物溫室常用熒光光源的分析及測試

徐大鵬 尹永智

摘 要：在植物溫室中光源是不可或缺的重要組成部分，為此我們對溫室中常用的光源進行了概述，并就溫室中應用較廣的T4熒光燈開展了啟動穩定性、光衰性能和燈座性能的測試分析。結果表明全新T4熒光燈管的光強較高，但光衰性能不佳，而使用過1000小時及以上的T4熒光燈管的光強大幅降低，光衰性能卻表現較好。這為植物溫室光源的使用提供了參考。

關鍵詞：光源;熒光燈;光強

溫室由于具有保溫、控溫等特點，打破了植物隨自然生長的季節性，克服了低溫等氣候條件對作物生產的約束，因此有著廣泛的應用。在溫室中光源是不可或缺的重要組成部分，其研究一直長盛不衰。

1 植物溫室常用光源概述

1.1 植物的光合作用

光合作用是自然界中有機物質的唯一來源，植物是進行光合作用的主要生命體，在植物體內的光合作用過程主要包含兩個階段：光反應和暗反應。在光反應階段，植物葉綠體內的天線色素系統將收集起來的光能傳遞給反應中心色素，該色素受光量子激發而產生電子躍遷，經過電子傳遞鏈就會形成大量的三磷酸腺苷（ATP）能量，在暗反應階段這些能量被利用于合成有機物[1]。所以任何植物對光照期和暗期都有恰當的需求，這也是人工補光的基本原理。因此，就出現了人工光源照射下植物各種發育性狀的研究以明確人工光源的生物效果，如利用人工光源照射烤煙[2]、武夷巖茶[3]和生菜[4]等就是近幾年開展的研究。另外，關于光源基本物理特性和配置的研究也有很多。

1.2 溫室常用光源

溫室中的光環境設置通常有三種方式：第一種是日光投射，適當配置反光幕。這種方式的優點是經濟實惠，缺點是光環境隨地理位置、季節和氣象條件會發生變化，光合有效光量子流密度、光質和光照時間難于調控，該方式主要用于普通的農業生產。第二種方式是對投射的日光利用透光材料進行選擇性調節，同時鋪助人工光源。這種方式的優點是受天氣、地域、氣候的影響相對較小，缺點是費用比第一種方式高，光合有效光量子流密度、光質和光照時間的調節有一定限度，該方式多用于高級農業生產和部分科學研究。第三種方式是完全利用人工光源進行光控。這種方式的優點是完全不受天氣、地域、氣候的影響，缺點是費用偏高，對人工光源需要進行嚴格的測試和選擇，該方式主要用于科學研究。

以上所提到的第二種和第三種溫室光環境設置方式都需要對人工光源進行選擇和合理的配置。在溫室中普遍使用的人工光源有白熾燈、熒光燈、氣體鈉燈、金屬鹵化物燈和LED燈等。最早在溫室中應用的是白熾燈，白熾燈具有連續光譜，其可見光輻射只占總輻射能的10～20%，所以發光效率較低，白熾燈壽命較短，約為1000h。目前在溫室中應用較廣的是熒光燈，其發光光譜基本位于可見光區域，因此發光效率高，約為白熾燈的4倍，壽命可以達到3000h。熒光燈還可通過改變熒光粉來獲得所需的特殊光譜，以滿足不同的需求。熒光燈的缺點是功率因數低，結構復雜故障率相對較高。在一些溫室中還經常配有氣體鈉燈，它的發光效率更高，其輻射光譜集中在黃光區，因此生理輻射較強。溫室中也時常會配有金屬鹵化物燈，其功率大，發光效率也較高，使用壽命一般為4000h。LED作為新型照明光源，既可提供連續光譜又可提供各種單色光，雖然目前在溫室中的應用還不是很普遍，但其應用前景已被發現。另外，還有一些人工光源也可用作溫室光源，如碘鎢燈、水銀燈、氙氣燈等。

1.3 熒光燈的結構和類型

熒光燈由燈管、起輝器、鎮流器和燈座（燈架）等部分組成。燈管：由玻璃管和燈絲及燈絲引出腳等構成，玻璃管內壁涂有熒光材料，管內抽低真空后充入少量汞蒸汽和適量惰性氣體（一般為氬氣）。起輝器：由氖泡、小電容、出線腳和外殼構成，氖泡內裝有動觸片和靜觸片。鎮流器：分電子式和鐵芯電感式，電子式結構輕巧且價格便宜，鐵芯電感式由鐵芯 和電感線圈組成[5]。

目前，熒光燈主要有三類：直管型熒光燈、高光通單端熒光燈、緊湊型節能熒光燈[6]。其中直管型熒光燈是溫室中主要用到的類型，該類熒光燈按直徑的大小常見的有三種：T4（12.7mm）、T5（16mm）和T8（25.4mm），市場上銷售的長度從120mm到2400mm，功率類型從4W到125W等多種規格。溫室中，常用的直管熒光燈一般以24W及以上發射白色光的居多。

2 T4熒光燈管的性能測試分析

2.1 實驗方法

本研究選用市售28W同一批次全新、用過1000小時和用過2000小時的三種T4燈管進行性能測試，所用測試實驗室做了遮光處理，實驗區域的本底光強均為4.5勒克斯（lux）。使用正泰交流穩壓器將市電穩壓后供所測試的燈管使用，選擇燈管中央位置正下方500mm處，利用泰仕TES-1334A光照度計進行光強測量。

2.2 啟動穩定性測試分析

對三種處理的T4燈管，我們首先進行了啟動穩定性測試，從啟動開始每隔2分鐘測量一次光強，共測量6次，結果如圖1所示。由該圖可見T4燈管的光強在啟動之初迅速上升，到最大值后略有下降，將上升到最大值的時間稱為啟動穩定時間。由圖1可以發現全新燈管的啟動穩定時間為2分鐘，用過1000小時和用過2000小時的兩種燈管的啟動穩定時間為4分鐘。另外，0～2分鐘之間的直線斜率也是全新燈管最大，用過2000小時的燈管最小。這些現象說明隨著T4燈管的使用，其啟動穩定性在推遲和減慢。

2.3 光衰性能測試分析

接著，我們對三種處理的T4燈管進行了290分鐘的光衰減測試，從啟動10分鐘開始每隔10分鐘測量一次光強，直到第300分鐘時為止，共測量30次，結果如圖2所示。由該圖發現全新燈管的光衰減明顯，300分鐘共下降了8.5%，而“用過1000小時”和“用過2000小時”的燈管的光衰減并不明顯，300分鐘分別下降了1.1%和0.7%。同時，我們還發現全新燈管在前200分鐘的光衰減更加顯著，下降了7.4%，后100分鐘的光強只衰減了1.1%。另外，全新燈管的平均光強為444.7lux，明顯高于“用過1000小時”和“用過2000小時”燈管的平均光強（分別為362.3lux和286.8lux）。這些結果表明，T4新燈管具有較高的光強，但在使用時的光衰性能較差，而使用越久的T4燈管的光強越小，但其光衰性能較好。

2.4 燈座性能測試分析

我們還將同一根全新T4燈管裝入三個不同廠家的燈座上，測量了300分鐘內燈管中央位置正下方500mm處的光強，計算平均值并作圖3?？梢钥闯?，不同廠家的燈座的性能存在差異，且差異之間具有顯著性。這應該是由于各廠家燈座中起輝器和鎮流器等電子元件制作材料和工藝的不同所引起的。

3 討論

溫室光源的性能會直接影響到植物的生長發育，進而對作物的生產和科學研究造成影響。因此，有必要研究溫室光源的各項重要性能指標。以上研究表明，T4熒光燈管的啟動穩定性能較高，雖然使用過一定時間后會有所下降，但在一般植物培育過程中不會產生影響。全新T4熒光燈管的光強較高，但在使用過程中的光衰性能不佳，因此在生產和實驗中應增強監測或提前對其進行光強測試。使用過1000小時后的T4熒光燈管的光衰性能較好，一般不需要保持監測，但其光強卻大幅降低，因此還應當考慮補充光源。關于影響熒光燈光衰的因素較多，既與玻璃管、燈絲、電子粉和發光熒光粉等材料的性能有關，也與熒光燈管生產工藝和燈絲的分解處理有關[7]。另外，在選擇配置T4熒光燈時，如果對光強的要求較高，還應該多比較不同廠家的燈座性能。

參考文獻

[1] 周國泉，徐一清，付順華，等.溫室植物生產用人工光源研究進展[J].浙江林學院學報，2008，25（6）：798-802.

[2] 馬寧，李玉榮，鮑順淑，等.不同人工光源下烤煙育苗研究[J].安徽農業科學，2014，42（28）：9689-9692.

[3] 鄭淑琳，鄢行煒，李遠華，等.不同人工光源萎凋對武夷巖茶品質的影響[J].現代農業科技，2017（21）：256-257+259.

[4] 吳晨奇，江熙紫，徐良，等.人工光源對水培生菜品質的影響研究[J].中國食品，2018（11）：139-140.

[5] 柳小紅.溫室常用人工補光光源的選用與配置[J].農業開發與裝備，2013（11）：58-61.

[6] 王嘉磊.熒光燈的原理特性及選型[J].裝飾裝修天地，2016（15）：458.

[7] 韓儉榮.淺析熒光燈管光衰現象及技術機理[J].中國照明，2008（1）：72-77.