徐大鹏 尹永智

摘 要：在植物温室中光源是不可或缺的重要组成部分，为此我们对温室中常用的光源进行了概述，并就温室中应用较广的T4荧光灯开展了启动稳定性、光衰性能和灯座性能的测试分析。结果表明全新T4荧光灯管的光强较高，但光衰性能不佳，而使用过1000小时及以上的T4荧光灯管的光强大幅降低，光衰性能却表现较好。这为植物温室光源的使用提供了参考。

关键词：光源;荧光灯;光强

温室由于具有保温、控温等特点，打破了植物随自然生长的季节性，克服了低温等气候条件对作物生产的约束，因此有着广泛的应用。在温室中光源是不可或缺的重要组成部分，其研究一直长盛不衰。

1 植物温室常用光源概述

1.1 植物的光合作用

光合作用是自然界中有机物质的唯一来源，植物是进行光合作用的主要生命体，在植物体内的光合作用过程主要包含两个阶段：光反应和暗反应。在光反应阶段，植物叶绿体内的天线色素系统将收集起来的光能传递给反应中心色素，该色素受光量子激发而产生电子跃迁，经过电子传递链就会形成大量的三磷酸腺苷（ATP）能量，在暗反应阶段这些能量被利用于合成有机物[1]。所以任何植物对光照期和暗期都有恰当的需求，这也是人工补光的基本原理。因此，就出现了人工光源照射下植物各种发育性状的研究以明确人工光源的生物效果，如利用人工光源照射烤烟[2]、武夷岩茶[3]和生菜[4]等就是近几年开展的研究。另外，关于光源基本物理特性和配置的研究也有很多。

1.2 温室常用光源

温室中的光环境设置通常有三种方式：第一种是日光投射，适当配置反光幕。这种方式的优点是经济实惠，缺点是光环境随地理位置、季节和气象条件会发生变化，光合有效光量子流密度、光质和光照时间难于调控，该方式主要用于普通的农业生产。第二种方式是对投射的日光利用透光材料进行选择性调节，同时铺助人工光源。这种方式的优点是受天气、地域、气候的影响相对较小，缺点是费用比第一种方式高，光合有效光量子流密度、光质和光照时间的调节有一定限度，该方式多用于高级农业生产和部分科学研究。第三种方式是完全利用人工光源进行光控。这种方式的优点是完全不受天气、地域、气候的影响，缺点是费用偏高，对人工光源需要进行严格的测试和选择，该方式主要用于科学研究。

以上所提到的第二种和第三种温室光环境设置方式都需要对人工光源进行选择和合理的配置。在温室中普遍使用的人工光源有白炽灯、荧光灯、气体钠灯、金属卤化物灯和LED灯等。最早在温室中应用的是白炽灯，白炽灯具有连续光谱，其可见光辐射只占总辐射能的10～20%，所以发光效率较低，白炽灯寿命较短，约为1000h。目前在温室中应用较广的是荧光灯，其发光光谱基本位于可见光区域，因此发光效率高，约为白炽灯的4倍，寿命可以达到3000h。荧光灯还可通过改变荧光粉来获得所需的特殊光谱，以满足不同的需求。荧光灯的缺点是功率因数低，结构复杂故障率相对较高。在一些温室中还经常配有气体钠灯，它的发光效率更高，其辐射光谱集中在黄光区，因此生理辐射较强。温室中也时常会配有金属卤化物灯，其功率大，发光效率也较高，使用寿命一般为4000h。LED作为新型照明光源，既可提供连续光谱又可提供各种单色光，虽然目前在温室中的应用还不是很普遍，但其应用前景已被发现。另外，还有一些人工光源也可用作温室光源，如碘钨灯、水银灯、氙气灯等。

1.3 荧光灯的结构和类型

荧光灯由灯管、起辉器、镇流器和灯座（灯架）等部分组成。灯管：由玻璃管和灯丝及灯丝引出脚等构成，玻璃管内壁涂有荧光材料，管内抽低真空后充入少量汞蒸汽和适量惰性气体（一般为氩气）。起辉器：由氖泡、小电容、出线脚和外壳构成，氖泡内装有动触片和静触片。镇流器：分电子式和铁芯电感式，电子式结构轻巧且价格便宜，铁芯电感式由铁芯 和电感线圈组成[5]。

目前，荧光灯主要有三类：直管型荧光灯、高光通单端荧光灯、紧凑型节能荧光灯[6]。其中直管型荧光灯是温室中主要用到的类型，该类荧光灯按直径的大小常见的有三种：T4（12.7mm）、T5（16mm）和T8（25.4mm），市场上销售的长度从120mm到2400mm，功率类型从4W到125W等多种规格。温室中，常用的直管荧光灯一般以24W及以上发射白色光的居多。

2 T4荧光灯管的性能测试分析

2.1 实验方法

本研究选用市售28W同一批次全新、用过1000小时和用过2000小时的三种T4灯管进行性能测试，所用测试实验室做了遮光处理，实验区域的本底光强均为4.5勒克斯（lux）。使用正泰交流稳压器将市电稳压后供所测试的灯管使用，选择灯管中央位置正下方500mm处，利用泰仕TES-1334A光照度计进行光强测量。

2.2 启动稳定性测试分析

对三种处理的T4灯管，我们首先进行了启动稳定性测试，从启动开始每隔2分钟测量一次光强，共测量6次，结果如图1所示。由该图可见T4灯管的光强在启动之初迅速上升，到最大值后略有下降，将上升到最大值的时间称为启动稳定时间。由图1可以发现全新灯管的启动稳定时间为2分钟，用过1000小时和用过2000小时的两种灯管的启动稳定时间为4分钟。另外，0～2分钟之间的直线斜率也是全新灯管最大，用过2000小时的灯管最小。这些现象说明随着T4灯管的使用，其启动稳定性在推迟和减慢。

2.3 光衰性能测试分析

接着，我们对三种处理的T4灯管进行了290分钟的光衰减测试，从启动10分钟开始每隔10分钟测量一次光强，直到第300分钟时为止，共测量30次，结果如图2所示。由该图发现全新灯管的光衰减明显，300分钟共下降了8.5%，而“用过1000小时”和“用过2000小时”的灯管的光衰减并不明显，300分钟分别下降了1.1%和0.7%。同时，我们还发现全新灯管在前200分钟的光衰减更加显著，下降了7.4%，后100分钟的光强只衰减了1.1%。另外，全新灯管的平均光强为444.7lux，明显高于“用过1000小时”和“用过2000小时”灯管的平均光强（分别为362.3lux和286.8lux）。这些结果表明，T4新灯管具有较高的光强，但在使用时的光衰性能较差，而使用越久的T4灯管的光强越小，但其光衰性能较好。

2.4 灯座性能测试分析

我们还将同一根全新T4灯管装入三个不同厂家的灯座上，测量了300分钟内灯管中央位置正下方500mm处的光强，计算平均值并作图3。可以看出，不同厂家的灯座的性能存在差异，且差异之间具有显著性。这应该是由于各厂家灯座中起辉器和镇流器等电子元件制作材料和工艺的不同所引起的。

3 讨论

温室光源的性能会直接影响到植物的生长发育，进而对作物的生产和科学研究造成影响。因此，有必要研究温室光源的各项重要性能指标。以上研究表明，T4荧光灯管的启动稳定性能较高，虽然使用过一定时间后会有所下降，但在一般植物培育过程中不会产生影响。全新T4荧光灯管的光强较高，但在使用过程中的光衰性能不佳，因此在生产和实验中应增强监测或提前对其进行光强测试。使用过1000小时后的T4荧光灯管的光衰性能较好，一般不需要保持监测，但其光强却大幅降低，因此还应当考虑补充光源。关于影响荧光灯光衰的因素较多，既与玻璃管、灯丝、电子粉和发光荧光粉等材料的性能有关，也与荧光灯管生产工艺和灯丝的分解处理有关[7]。另外，在选择配置T4荧光灯时，如果对光强的要求较高，还应该多比较不同厂家的灯座性能。

参考文献

[1] 周国泉，徐一清，付顺华，等.温室植物生产用人工光源研究进展[J].浙江林学院学报，2008，25（6）：798-802.

[2] 馬宁，李玉荣，鲍顺淑，等.不同人工光源下烤烟育苗研究[J].安徽农业科学，2014，42（28）：9689-9692.

[3] 郑淑琳，鄢行炜，李远华，等.不同人工光源萎凋对武夷岩茶品质的影响[J].现代农业科技，2017（21）：256-257+259.

[4] 吴晨奇，江熙紫，徐良，等.人工光源对水培生菜品质的影响研究[J].中国食品，2018（11）：139-140.

[5] 柳小红.温室常用人工补光光源的选用与配置[J].农业开发与装备，2013（11）：58-61.

[6] 王嘉磊.荧光灯的原理特性及选型[J].装饰装修天地，2016（15）：458.

[7] 韩俭荣.浅析荧光灯管光衰现象及技术机理[J].中国照明，2008（1）：72-77.