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LED燈具、LED產業與慘業

 

中興大學 生物系統工程研究室  陳加忠

 
 

在中國花卉報20111223日網路版有一篇都金龍先生的文章,篇名「植物補光系統在溫室中的應用」。其中有關LED之文章內容介紹如下:

「植物補光系統由光源、電器和燈具三部份組成。補光系統普通光源主要是植物生長燈。另外備受行業關注的LED光源也有許多企業在進行生產。目前LED光源多在短距離植株育苗上應用。該光源在這方面也有明顯的光譜成份優勢。關於LED補光系統,德國照明專家OSRAM公司與世界最大照明生產廠Philip公司前年在歐洲進行過試驗,結果均反應平平,這說明大家對LED光源的理解還不夠深入。」

這篇報導可稱為中國LED燈具在溫室作物生長應用之完結篇,也意味著LED神話在中國市場之破滅。

200812月的HortScience期刊,43(7)1951-1956,有篇由三位學者所完成的文章,「Plant Productivity in Response to LED Lighting」。其中對LED光譜對植物之影響部份介紹如下,其參考文獻可參閱此篇文章Literature Cited之部份。

 

一、LED與物生長系統

Bula等(1991)首先應用LED於植物生長研究。發現LED紅光加上補充藍光其生長特性相等於冷白螢光與白熱燈泡。 Hoenecke等(1992)發現LED紅光(660nm)可延長兩種萵苣的下胚軸與子葉,但是增加15μmol m-2 s-1藍光則反而抑制。Tennessen等(1994)比較LED紅光與Xenonam-illami光源,對kudzu葛葉片之氣孔有一些不同影響,但是對於光合作用之反應相同。Yanagi等(1996)比較紅(660nm)與藍(450nmLEDs對草莓影響,紅光有較高的光合作用效率。Matsuda等(2004)之研究顯示在光質對水稻之影響試驗中,紅(660nm)與藍(470nm)之組合,比只有紅光有更高的光合作用能力。

 

二、紅光與藍光之影響

LED紅光可增強光合作用能力,第一個原因是紅光波長(600-700nm)能夠被植物葉綠體有效的吸收。第二個原因,LED紅光波長為660nm,為葉綠素吸收之巔峰值。

藍光對植物光型態之影響十分重要,包括氣孔控制。因此影響水分與二氧化碳之交換,莖的延長與趨光性。TripathyBrown1995)之研究顯示,在500μmol m-2 s-1LED紅光下,小麥種子無法發芽。補充30μmol m-2 s-1藍光或是使用100μmol m-2 s-1紅光,則可回復葉綠素合成能力。

Miyashita等(1997)之研究馬鈴薯組培苗在LED紅光自11μmol m-2 s-1增加至64μmol m-2 s-1範圍,光量增加可刺激葉綠素增加。與螢光比較,LED紅光可增加芽長。Yanagi等(1996)之研究發現萵苣在LED紅光下比LED藍光有更多的葉片與長莖。

更多之研究結果在此篇文章有詳細之評論(Review),在植物或農業的期刊,以LEDs為關鍵字,可以找到上干篇的研究論文。但是在近年來的實地栽培試驗,結論是LED光源僅對於短距離燈具的萵苣等葉菜有顯著影響,而且只是少數生長快速之葉菜。對於果菜則無顯著差異,對於溫室節能也無改善效果。

LEDs之優點不勝枚舉,例如體積小,能源效率高,使用壽命長,向光面為冷光無熱源,可提供特定光譜等。東亞地區學術界對於LED光源是以神話開始,過度宣揚其優點,而忽略了其根本問題:成本高與光能量低。在2011LED產業淪為四大慘業,其中一項主因在於過度渲染其神話奇蹟,而不是系統性、全面性的考量如何在產業應用。

植物生長的條件包氣體環境的溫度、相對濕度、風速、光量、光周期、光質等,與根部環境的介質溫度、水分、肥份通氣性等。因此光質只是所有生長條件中的一個因子,並不是絕對優勢之因子。LED燈具之特點是特定光譜,因此必須在各種條件都能維持於最佳化狀態之時,光質的效益才足以相得益彰。如果其他條件為不利狀態,LEDs之光質特性也無從發揮。只使用LED燈具,最大的問題往往來自光量不足。植物光合作用能力差,乾物重累積少,LEDs之光質影響也無從發揮。以文心蘭組培苗為例,將南西組培苗放置低溫環境,溫度條件已不適合,LED光譜效應則無從表現。

近兩年來,由於我研究室的LED燈具與生長箱日趨完備,我得以重覆國內一些研究人員的試驗。多次重覆試驗之結果與研究論文之原先數據相差極大,甚至有相反之結果。多數之論文是先有定論,再製造數據湊合其預先的定論。台灣農業研究界不缺經費,不缺設備,不缺碩博班學生進行試驗,只是缺乏學術良心。

另一方面,BSE研究室在完成蝴蝶蘭組培苗不同的品種的最佳栽培條件之後。針對特定品種,以適合的明期/暗期溫度、光周期、光量等特定條件,再提供不同波長的LED光源。特定光譜對組培苗的生長特性影響即成為顯著。對於增殖率,可分切之分孽數目,乾物重等性狀均有其顯著意義,因此對於LED光源之應用也發展出一套實用技術。這些研究結果證實了生物系統工程之重要。生物是複雜的生命體,唯有各個影響因子都達到最適合條件,生物的潛能就能發揮。迷信一項工具,吹噓一種燈具可以創造奇蹟,這只是編造神話。研究人員編撰神話是為了騙取研究經費。LED產業編製神話的下場則是將自身產業淪為2011年的四大慘業。