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變科技農夫劉文益照出土耕冰花

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來源：阿拉丁照明网

「民以食為天」的觀念源遠流長，道出了食物對人類生存和發展的重要性，此觀念放諸四海皆準。隨著全球人口持續增長，在可耕作面積有限情況下，人類利用科技開發出各種農業與耕作技術，想辦法解決糧食供給的問題。

而「植物工廠」正是近年來熱門話題，它解決了氣候、地理、空間⋯⋯等影響與限制因素，成為提供人們的植物食材來源之一，而穩定與高品質的特質，更可以做到「食以安為先」，食安關乎每個人的健康和生命，能否保障食品安全，讓人吃得健康、安全，對老百姓來說就是「天大的事」。

植物生長幾個要素: 陽光、水、空氣與溫度，植物透過光合作用轉化成生長發育所需的化學能，驅動植物各個部位組織的生長與發育，而這些生長要素，正是植物工廠中，所調控的重要參數。

植物光生理

本文由植物光生理的角度切入，針對人工光源部分，探討 LED 在植照應用的利基。

所謂植物照明需要的光質、光量，分別指光的顏色(波長)、照射強度、給光週期與累積總光量，植物體內不同色素分子吸收不同的波長，例如大家熟知的葉綠素，吸收光子進行光合作用，形成 ATP 和 NADPH 化學能，其他尚有受到紅光與遠紅光影響的光敏素(Phytochrome)，受藍光影響的隱花色素(Cyrptochrome)與向光素(Phototropin)……等，調控著植物種子的發芽、生長與分化、葉綠素的移動與發育、氣孔開合、開花的誘導、色素的合成、酵素的活化、蛋白質的合成…等各種生理現象。

Source: Sullivan and Deng(2003) Developmental Biology 260: 289-297.

植物經過數億年的演化，發展出眾多物種，對於光照特性主要分成長日植物(Long-day plant)、短日植物(Short-day plant)、日中性植物(Day-neutral plant)三種，另外還有雙重日長型、長短日型、短長日型。

下圖解釋照光週期的長短對開花影響，可以得知臨界暗期的影響，比臨界日長更重要，也就是長夜植物開花由暗期長度決定，非照光時間長度。

除了光週期的影響外，上圖也說明不同波長的影響，無論是抑制短日照植物開花，還是促進長短日照植物開花，可利用660nm紅光(R)處理。如果紅光處理後，再以 730nm 遠紅光(FR)照射，紅光夜中斷作用就被遠紅光抵消，由此可知光敏素亦參與了植物開花的誘導。

另一個光週期概念是日總光量(DLI, Daily Light Integral)，就是每日照光強度乘以時間，得到每日累積的總光量，就像人每天吃三餐，光照需平均分配而不能過度集中，總光量的調控超過與不及，都會對植物的生長發育產生不良影響。

- DLI單位: mol/m2

- DLI=PPFD x time(sec)

植物工廠必需根據以下使用狀況，將光源做優化調配，以求得最佳生長曲線:

- 不同生長階段：種子發芽/育苗/營養成長/生殖生理…階段

- 不同目的：加速生長/花期調控…

- 不同功能：促進代謝物生成/加強特殊基因下游反應…

LED在植照優勢

植物工廠依照射光源方式，可概分為:

太陽光並用型(人工補光)

全人工光源型。

傳統人工光源照度強弱控制，通常使用燈具數量，與照射距離做調整，而高壓鈉燈會產生高熱，無法近距離照射，常見傳統光源的波長分布也無法做任意變更。

LED 是指向性光源，發光原理是冷光，體積小，可多波長放在同一燈具，更可以使用電流大小做調整強度，甚至可使用脈衝(pulse)方式控制，加上 LED 效率高(省電)，單色波長且顏色種類完整…等，可依上述不同植物種類、目的與需求，設計成各種樣式的光源，精準控制所需的光質/光量，故適用於各種照射方式與型式的植物工廠，這些是傳統光源所做不到的。

晶元光電 LED 產品波長分布圖