情绪照明(mood lighting)通常被误解为人因照明(HCL)。但人因照明则包含更多,因为它包括生物有效光,或有益或危险,这要取决于正确的应用。虽然辐射光谱的相关部分可能不同,但光照对植物和动物都是有效的,可实现明确的效果。
在植物生长和动物养殖方面,业界做了大量的研究。在某些方面甚至比人因照明做的还多。本文详述了相同波长对植物、家畜和人类的各种生物效应,比较了目前关于不同属的相关知识,为人因照明(HCL)提供启发。
园艺照明的现状
使用生物有效光谱照明控制在植物栽培领域已经相当普遍。工业使用正在渗透,研究进一步可能的相关性正在深入。但是,目前可以使用的基础研究结果是植物在不同波长下的行为。
通过用隐花色素、光促素和光敏色素刺激,发现植物会长出更结实的叶子,并且在小于400nm(UV辐射)的波长下变得更加耐受应激。上述植物不仅在受到这种短波辐射时是有效的,而且与波长相结合时也是如此(见下图)。另外,使用少量的紫外线辐射可作为防止真菌感染的一种手段。
图1a和b:(a)叶绿素a和叶绿素b吸收光谱;(b)以及园艺专用COB LED模块的发射光谱 。
400nm和500nm之间的波长范围可产生一系列的效果,但不必大量使用。用蓝光照射可以很大程度上防止植物变干(蒸腾)。在家用电器领域,现代冰箱为蔬菜室提供蓝光,有助于保持水果的新鲜度。
但是,这个波长范围也会导致植物生长迟缓,这可能导致叶子间的断层段(侏儒/矮秆植物),从而产生负面影响。
增加绿色波长范围内(600nm至700nm)的光可抵消蓝光的生长阻碍,并可防止叶层之间的断层段。
红光(700nm至800nm)反过来使植物长出更大的花朵并以更紧凑的形式生长。 700nm-800nm的波长范围对植物产生重大影响,特别是对食用植物的香味。
因此,正确地混合这些不同的波长范围可以产生各种光情景,不仅有利于完善植物栽培,而且在能量消耗和植物品质方面也有优化潜力。通过进行频谱调整,可适应生长阶段,可实现能效。多通道系统可以在任何给定的时间点抑制不需要的生长因子。用长波红光过早照明不会改善根部生的长。但是,在正确的时间提供红光,可使西红柿等水果能够有针对性地成熟。确保水果成熟的同时,最大限度地提高产率。
然而,这种光谱曝光不能通过光源的整数值来定义。单个μmol值,没有区分任何辐射波长的差异,在这里没有意义,只能指示光源输出。对于实际使用,最好将光分成波长范围,并且分配专用照明任务。
畜牧业照明现状
在畜牧业领域,可调光谱的光源尚未达到先进水平。尽管在畜牧业方面已经发现了一些影响,但其潜在的生物学原因还未了解。相比之下,人工照明在牲畜房的使用却变得越来越普遍,现在越来越多的棚舍把家畜关在里面,无日照,因此要依靠人工照明。而且,全球肉类需求量大幅度增加,家禽需求量已经上升到全球第一,甚至超过了猪肉。
家禽价格低廉、养殖速度快。在7周时间内,一只小鸡可以长到1.8公斤。根据目前已有的信息,下面的照明场景是有利的。在生命的最初几周,绿光有助于良好的肌肉生长,而蓝光会增加激素的产生。为了增加食物吸收,使用黄白色的光。如果鸡经常相互啄食,红灯可以降低它们的攻击性,对同类相食的问题和抗生素的使用也可以产生积极的影响,但是涉及到确切波长的试验还没有进行。鸡的视觉光谱比人类的视觉光谱宽得多。因此,使用传统光源(调整为V(λ))难以评估。其他家禽如鸭、鹅和火鸡也是如此。
值得一提的是,480nm的蓝光会使奶牛保持清醒状态,使牛奶产量增加8%。奶牛在640nm以外没有视觉能力。
有关光照对养猪业影响的详细评估尚未进行,但由于目前的市场价格,目前还没有进行。
在这类应用中,操作技术是另一个对照明产生重要影响的因素。照明应具有特别高的抗频闪能力。
家畜和植物比人类能更快地处理视觉刺激。采用恒定电流操作是最好的选择,可对整体家禽和动物健康产生积极影响。
为了调光,不应使用简单的PWM方法,而应该可以配置一个“干净的”脉冲控制因素,在光谱(多通道)照明的情况下也必须同步。如果不能确保,结果给家畜带来压力,反过来又会对产品质量产生负面影响。
图2:“照明均衡器”是一个11通道的系统,允许光谱调谐,以更好地控制植物生长。除了控制生长或开出更大的花,这个系统还可提供其他好处。
图3:气候室内的园艺照明
图4:图片显示鸡场中常见的光谱照明。
植物、动物和人类的简单比较
如果现在将已知的“植物光谱”与目前在畜牧业中使用的光谱进行比较,很容易看出主要波长大致是相同的。在这种情况下,关于光谱组成的幅度,就不能提供明确的结论。
单个光谱对人类生物刺激的影响几乎没有研究。目前知道的是,蓝光(480nm)会抑制褪黑激素的产生,这可以看作是在通用照明领域中使用HCL的第一个相关步骤。
植物和人类对光谱波长的敏感度(接受度)与鸡相似(图5)。
图5:温室、家畜和人因照明的波长及其效应比较
阳光为各种形式的生命和生物提供了基础,只有典型的环境会影响着各自的光谱:森林和沙漠,丘陵和山谷,土地和水。
根据在所有三个领域(植物、家畜和人类)的研究、分析和测试得出的结论,可以发现波长依赖效应之间存在相似性。例如,在鸡中,应激激素皮质醇可以用“红色”波长来减少。
潜在的后果
总的来说,这些过程和可衡量因素的正确命名仍然存在问题。勒克斯和流明就不能扩展到红外和紫外波段。 V(λ)曲线不能有效地表示480nm处的褪黑素抑制。 HCL不适合传统的照明配置规格。在招标中,与HCL兼容的灯具在流明/瓦的效率方面将会损失。
由于HCL对人类的影响应该通过曝光程度来描述,对于所有其他生命形式和生物,这个光谱范围的测量单位应该是μmol。
但是,使用相应物种的灵敏度曲线来评估同类物种的接触程度,这在鸡养殖中已经是常见的做法。但是,“鸡勒克斯”能适用于所有的鸟类?
频闪对家畜的影响是众所周知的。操作频率高达1 kHz会对家畜的健康产生负面影响。具有快速“视觉”反应的其他生物包括浮游生物和藻类。一般照明领域,这个情况不容小觑。恒定电流驱动的多通道驱动器可以对所需的结果产生积极的影响,因为光线将永久可用。
结论
未来,畜牧业领域的标准照明实践也将在普通照明领域建立起来。这也将有利于HCL,因为技术规格在很大程度上可以转移。为了确保规划的安全性,有必要明确产品功能。
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原文标题:植物与家畜照明现状及潜在后果分析
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