一种快速确定植物吸收光谱的方法以及植物光照光谱区间与流程

本发明涉及光环境领域，尤其涉及一种快速确定植物吸收光谱以及依据该方法测得的植物光照光谱区间。

背景技术：

世界上温室大棚面积达283.5万公顷，其中中国约占世界总面积的86％，每公顷需要高压钠灯200kW，预计潜在市场大小在2830亿瓦的LED需求。植物组培面积在2000万平方米，年产值200亿元。测量植物的吸收光谱对于整个生物光照市场影响非常巨大，为了确定植物光源的光谱条件，目前业内主要采用以下三种方法：(1)测量其反射光谱；(2)测量其透射光谱；(3)全周期种植植物确定光源光谱条件。

众所周知，光源发出来的光与植物作用后分为三部分：反射部分、吸收部分和透射部分。目前公布号为CN104237140A的专利申请只考虑反射时缺少植物的透射光谱，不能准确的反映植物对光的吸收，这样得到的数据不是植物的吸收光谱，存在不准确的问题。同样当只考虑透射时，没有考虑植物的反射光谱，这样得到的数据也不能准确的反映植物对光的吸收，存在不准确的问题。目前公布号为CN104884938A的专利申请考虑的是通过测定对象的透射光或漫反射光来获得吸收光谱，没有同时考虑透射光和反射光。全周期种植植物确定光源光谱条件时，由于需要的时间成本，人力和物力成本巨大，效率极其低下。

因此研究一种快速、便捷且低成本的测量植物吸收光谱的方法显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是设计一种快速确定植物吸收光谱的方法以及植物光照光谱区间，解决现有技术存在的测量时间长、测量不准确以及测量成本高昂的问题。

为解决上述技术问题，本发明的快速确定植物吸收光谱的方法通过测定叶片反射和透射光谱来确定植物吸收光谱的主要光谱波段和光谱范围，包括如下步骤：

步骤一：控制光源在发出光束，测量入射光束光谱图；

步骤二：在光路中放入目标植物，控制光源在与步骤一中相同条件下发出光束，测量此时入射光束的光谱图以及此时目标植物的反射光束光谱图和透射光束光谱图；

步骤三：根据步骤一和步骤二测得的数据计算目标植物的特定波段吸收光谱图。

进一步的，所述目标植物的特定波段吸收光谱图的计算公式为：

P_λ(122)＝P_λ(11)-P_λ(121)-P_λ(123)，其中，P_λ(122)是指植物光吸收数值，P_λ(11)是指光源数值，P_λ(121)是指反射光束数值，P_λ(123)是指透射光束数值。

进一步的，目标植物的特定波段吸收光谱图的计算公式中的数值为光子数目或光能量或光能量密度，但也不限于光子数目或光能量或光能量密度。

进一步的，步骤二中所述控制光源在与步骤一中相同条件下发出光束的控制条件为：相同的电压、电流和电功率等条件，相同的温度、湿度、噪声、气压、空气等环境条件。

本发明还提供了一种依据上述方法测得的植物光照光谱区间，所述植物光照光谱区间为300-800nm。

优选的，所述植物为经济类植物，具体为蔬菜类植物、瓜果类植物、中草药植物、花卉类植物、藻类植物、树木类植物、根茎类植物、粮食类植物中的至少一种。

本发明的有益效果：本发明考虑了植物的吸收光谱，能够很好的反映植物对光的需求，能够提高测量的准确性。同时，由于此种方法测量的快速性，便捷性，避免了传统种植验证的而带来的时间成本和巨大的人力和物力成本，提高了效率。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。

图1为本发明的快速确定植物吸收光谱方法的步骤示意图；

图2为本发明的快速确定植物吸收光谱方法步骤一中不放入目标植物测量时的光路图；

图3为本发明的快速确定植物吸收光谱方法步骤二中放入目标植物测量时的光路图；

图4为多种植物的吸收光谱图。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图单个回合光参数的变化有急有缓，并不代表实际的回合时间；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

具体实施方式

结合图1、图2和图3，本发明的快速确定植物吸收光谱的方法通过测定叶片反射和透射光谱来确定植物吸收光谱的主要光谱波段和光谱范围，包括如下步骤：

步骤一：控制光源在发出光束1，测量入射光束光谱图11；

步骤二：在光路中放入目标植物2，控制光源在与步骤一中相同条件下发出光束1，测量此时入射光束1的光谱图12以及此时目标植物2的反射光束光谱图121和透射光束光谱图123；

步骤三：根据步骤一和步骤二测得的数据计算目标植物2的特定波段吸收光谱图122。

进一步的，所述目标植物2的特定波段吸收光谱图122的计算公式为：

P_λ(122)＝P_λ(11)-P_λ(121)-P_λ(123)，其中，P_λ(122)是指植物光吸收数值，P_λ(11)是指光源数值，P_λ(121)是指反射光束数值，P_λ(123)是指透射光束数值。

进一步的，目标植物2的特定波段吸收光谱图122的计算公式中的数值为光子数目或光能量或光能量密度，但也不限于光子数目或光能量或光能量密度。

进一步的，步骤二中所述控制光源在与步骤一中相同条件下发出光束的控制条件为：相同的电压、电流和电功率，相同的温度、湿度、噪声、气压、空气条件。

本实施例中，目标植物2选定为罗马生菜、紫散生菜、油麦菜、西红柿、茼蒿、芹菜、奶油生菜、结球生菜、苦菊、绿散生菜和白菜，分别测试发出光束1的波长为300nm～800nm条件下，测量计算出目标植物2的吸收数据，如表1所示，并绘制了吸收光谱图，如图4所示(为了突出中间变化部分，没有显示表中全部波长)。

本实施例还提供了一种依据上述方法测得的植物光照光谱区间，所述植物光照光谱区间为300-800nm。

优选的，所述植物为经济类植物，具体为蔬菜类植物、瓜果类植物、中草药植物、花卉类植物、藻类植物、树木类植物、根茎类植物、粮食类植物中的至少一种。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

表1：多种植物的光谱的吸收数据

从实验列表中可以看到，在300-800nm区间，罗马生菜、紫散生菜、油麦菜、西红柿、茼蒿、芹菜、奶油生菜、结球生菜、苦菊、绿散生菜和白菜对于光谱的吸收能达到98-100％。利用本发明的植物吸收光谱的确定方法，可以方便快捷的确定各种植物的吸收光谱，从而可以选用对应的照明，对植物照明领域的发展具有重大意义。

通过本发明在蔬菜类植物上的统计分析可以看出，依据本发明的方法可以测得：蔬菜类植物光照光谱区间在400－500nm和630-740nm区间为主、其他光谱为辅的全光谱为好，对于混合种植方式而言，选用共通的光照光谱区间，可以节省成本，提高生产效率；当然，对于单个的植物种植而言，可以选定更为精确的光照光谱区间。

利用本发明的方法，同样也可以测定果树类、观赏类以及其他领域的植物吸收光谱，使得植物光照更节能、有效。

本实施例考虑了植物的吸收光谱，能够很好的反映植物对光的需求，能够提高测量的准确性。同时，由于此种方法测量的快速性，便捷性，避免了传统种植验证的而带来的时间成本和巨大的人力和物力成本，提高了效率。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。