Recent onderzoek aan de Rutgers University heeft uitgewezen dat de werkzaamheid en spectrale output van verschillende lichtbronnen die worden gebruikt voor tuinbouwtoepassingen aanzienlijk verschillen.Recente ontwikkelingen in LED-technologie hebben de belangstelling voor onderzoek naar plantverlichting opnieuw doen opleven vanwege vier belangrijke voordelen: verminderd energieverbruik, langere levensduur van de lamp, opties om de spectrale output te manipuleren en dimmogelijkheden.De meeste van deze voordelen zijn van bijzonder belang voor assimilatiebelichtingsstrategieën die doorgaans hoge(re) lichtintensiteiten vereisen.Sommige LED-lampen kunnen straling produceren buiten de fotosynthetisch actieve straling (PAR; met golflengten tussen 400 en 700 nm), inclusief ultraviolet (UV-B en UV-A; 280-314 en 315-399 nm, respectievelijk) en ver -rode (FR; 700-800 nm) straling.Eén nanometer (nm) is gelijk aan een miljardste van een meter.Merk op dat zichtbaar licht de golfband van 380-780 nm beslaat en golflengten omvat die geassocieerd zijn met de kleuren van de regenboog (ROYGBIV).Recentelijk heeft onderzoek uitgevoerd met LED's die PAR met UV- en/of FR-straling combineren, nieuwe inzichten in de groei en ontwikkeling van planten aan het licht gebracht en in sommige gevallen nieuwe marktkansen geopend voor gewassen die worden verkocht vanwege hun verbeterde uiterlijk (bijv. bladkleur).Plantenwetenschappers verdelen de PAR-golfband gewoonlijk in drie verschillende bereiken: blauw (400-500 nm), groen (500-600 nm) en rood (600-700 nm).Hoewel handig, veroorzaakt deze benadering een aantal uitdagingen: de golfbanden overlappen elkaar (bijv. 500 nm wordt beschouwd als zowel blauw als groen licht), en het negeert enkele kleurgolfbanden die worden gebruikt om zichtbaar licht te beschrijven (bijv. indigo, geel en oranje).McCree (1972) rapporteerde dat bladeren van een enkele plant die waren geacclimatiseerd aan relatief lage lichtintensiteiten, de hoogste snelheid van fotosynthese vertoonden bij blootstelling aan blauw (met piekgevoeligheid bij 430 nm) en rood (met piekgevoeligheid bij 610 nm) licht.Hoewel deze bevindingen niet noodzakelijk van toepassing zijn op de gevoeligheid van hele planten die onder verschillende lichtomstandigheden worden gekweekt, worden de resultaten van McCree al lang gebruikt als de standaardbeschrijving van de gevoeligheid van een plant voor licht.Dit verklaart waarom de 3-weg (blauw, groen en rood) verdeling van PAR goed heeft gewerkt en waarom veel LED-lampen die worden gebruikt voor assimilatieverlichting zijn ontworpen met een verhouding van blauwe en rode LED's die overeenkomt met de piekgevoeligheid van de plant (resulterend in een output bestaande uit variaties van de kleur magenta/paars).Om het probleem van golfbandoverlapping te voorkomen, hebben we de volgende golfbandintervallen gebruikt om de verschillende (kleur)bereiken te definiëren: UV = 280-399 nm (inclusief zowel UV-B als UV-A), Blauw = 400-499 nm, Groen = 500-599 nm, rood = 600-699, verrood = 700-800 nm.Bij deze benadering verschilt de PAR-golfband (400-700) enigszins van de gecombineerde BGR-golfband doordat de PAR-golfband ook de 700 nm-golflengte omvat.Hoewel sommige wetenschappers alleen de piekgolflengte rapporteren bij het beschrijven van de specifieke lichtkleur(en) die ze gebruikten, zijn wij van mening dat dit onvoldoende is om de lichtopbrengst van lampen volledig te karakteriseren.Sommige LED's zenden specifieke kleuren uit over een relatief smalle golfband, terwijl andere die een spectrum leveren met pieken op dezelfde golflengte licht kunnen uitstralen over een veel bredere golfband.Bij het evalueren van kleurverhoudingen (golfband) is het belangrijk om te weten hoe breed elke golfband is om te voorkomen dat overlap de berekeningen beïnvloedt.Daarom stellen we voor dat naast de identificatie van de piekgolflengte, de zogenaamde volledige breedte bij half max of piek (FWHM) van elk smalband-LED-type wordt bepaald en gerapporteerd (Fig. 1).Door zowel de piekgolflengte als de FWHM van de spectrale pieken te gebruiken, wordt de lichtopbrengst en de potentiële impact ervan op de groei en ontwikkeling van planten nauwkeuriger beschreven.Af en toe rapporteren wetenschappers lampoutputverhoudingen door het aantal LED's te tellen dat over een specifieke golfband uitstraalt.Op basis van een dergelijke beoordeling zou een lamp bestaande uit 80 rode LED's en 20 blauwe LED's bijvoorbeeld straling uitzenden met een R:B-verhouding van 4 (80/20).Deze bepaling is onjuist, aangezien er geen rekening wordt gehouden met het aantal rode en blauwe fotonen dat door een dergelijke lamp wordt uitgezonden.Daarom moedigen we het gebruik van een spectroradiometer ten zeerste aan voor alle berekeningen van de lichtverhouding.We hebben een verscheidenheid aan lampen gemonteerd, waaronder gloeilampen (INC), compacte fluorescentielampen (CFL), keramisch metaalhalogenide (CMH), hogedruknatrium (HPS; zowel mogulbasis als dubbel uiteinde), en verschillende LED-armaturen (met verschillende kleurenuitvoer en wattage) in een donkere kamer van 3 bij 3 meter.Alle lampen waren 2 voet boven de sensorkop van een gekalibreerde spectroradiometer gemonteerd.De sensorkop werd direct onder het midden van elke lamp geplaatst en verschillende spectrale scans werden verzameld nadat elke lamp was gestabiliseerd (dwz voldoende opgewarmd).De scans werden gemiddeld en de gegevens werden gebruikt om de spectrale output over de verschillende golfbanden van belang te bepalen, evenals de verhoudingen van verschillende golfbandcombinaties (tabellen 1 en 2).De resultaten van de lampscans werden vergeleken met een buitenscan van zonlicht die werd verzameld op het middaguur van de zon op een heldere dag die plaatsvond binnen drie dagen na de zomerzonnewende (21 juni) in New Brunswick, NJ, VS.Tabel 1 toont de totale lichtopbrengst (fotonenflux) over de golfband van 280-800 nm (uitgedrukt in de eenheden µmol m-2 s-1) voor elk van de geëvalueerde lichtbronnen en voor zonlicht.De golfband van 280-800 nm wordt soms de biologisch actieve straling genoemd.De INC- en CFL-lamp zijn alleen ter vergelijking opgenomen, omdat hun lage output het onwaarschijnlijk maakt dat ze voor assimilatiebelichting zullen worden gebruikt.Voor elk van de getoonde golfbanden bevat de tabel de hoeveelheid straling als percentage van de totale straling over de 280-800 nm golfband.Naast de efficiëntie (aantal uitgestraalde fotonen per verbruikte eenheid elektrisch vermogen) van de geëvalueerde lichtbronnen, toont Tabel 2 verschillende verhoudingen van het uitgestraalde licht (fotonen) in elk van de golfbanden: R:B, R:G, G :B, R:FR en UV:B.Het is duidelijk dat andere verhoudingen kunnen worden berekend en, belangrijker nog, het moet duidelijk zijn dat de uitkomst van de verhoudingsberekeningen afhankelijk is van hoe de verschillende golfbanden zijn gedefinieerd (dwz welk specifiek interval elke golfband bestrijkt).Het gebruik van verschillende bereiken voor de golfbanden (bijvoorbeeld het gebruik van de ROYGBIV-golfbanden zoals gebruikelijk is voor zichtbaar licht) zal resulteren in verschillende verhoudingen, en kan daarom resulteren in verschillende interpretaties over hoe de verschillende lampen zich verhouden.Dit nummer benadrukt het belang van standaardisatie van de golfbandbereiken, zodat alle onderzoekers hun gegevens interpreteren op basis van algemeen aanvaarde definities.Zoals tabel 2 duidelijk laat zien, variëren de berekende verhoudingen voor elk van de lampen aanzienlijk.Met zonlicht als maatstaf hebben HPS-lampen (en een van de LED-lampen) aanzienlijk hogere R:B-verhoudingen.Evenzo hebben de HPS-lampen veel hogere G:B-verhoudingen in vergelijking met zonlicht.Het is niet verrassend dat de magentakleurige output van twee van de LED-lampen een veel hogere R:G-verhouding heeft omdat hun spectrum bijna geen groen bevat.Behalve voor de INC-lamp is de R:FR-verhouding voor alle andere lampen over het algemeen (veel) hoger in vergelijking met zonlicht.Hoewel het niet duidelijk is op welk punt een sterk verhoogde R:FR-verhouding een aanzienlijke invloed begint te hebben op de typische plantengroei en -ontwikkeling, waren deze hogere verhoudingen het gevolg van de (zeer) kleine hoeveelheid FR-licht die door de meeste lampen wordt geproduceerd.De recente toegenomen belangstelling voor de impact van UV-straling op de groei en ontwikkeling van planten heeft ons ertoe aangezet om gegevens over de UV:B-verhouding op te nemen.Uit de gegevens blijkt dat deze verhoudingen aanzienlijk kleiner kunnen zijn in vergelijking met zonlicht.Vooral de grote hoeveelheid UV-A-straling in zonlicht droeg bij aan een hogere UV:B-verhouding voor zonlicht in vergelijking met de lampen.Gewassen die baat kunnen hebben bij (enige) UV-straling moeten mogelijk worden bestraald met lampen die meer UV-straling produceren dan de door ons geteste lampen.Het is duidelijk dat het werken met UV-straling gevaarlijk kan zijn voor biologisch weefsel, dus de juiste voorzorgsmaatregelen zijn nodig voor zowel mensen als planten die aan dergelijke omstandigheden worden blootgesteld.Terwijl de gepubliceerde literatuur over LED-verlichtingstoepassingen zich uitbreidt, bevatten maar weinig rapporten nauwkeurige informatie over lichtverhoudingen over het biologisch actieve stralingsspectrum.En wanneer verhoudingen worden beschreven, zijn dit meestal de R:FR- en R:B-verhoudingen.Onze resultaten geven aan dat er aanzienlijke verschillen kunnen zijn tussen de berekende verhoudingen voor zonlicht en elektrische lampen, en niet alleen voor de R:FR- en R:B-verhoudingen.Van alle voor planten belangrijke golfbanden, buiten de PAR-golfband, is waarschijnlijk de FR-golfband het meest bestudeerd.Van FR-straling is gemeld dat het de snelheid van fotosynthese bij sommige plantensoorten verhoogt.De meest voorkomende piekgolflengte die met dit effect wordt geassocieerd, is ongeveer 735 nm.Daarom omvat het definiëren van de 700-800 nm-golfband als representatief voor FR-straling, zoals hier is gedaan, misschien een te brede golfband.Onderzoekers hebben gesuggereerd dat het voldoende kan zijn om een ​​smaller bereik rond de piekgolflengte te gebruiken.Bereiken van 735 ± 25 nm of zelfs 735 ± 10 nm kunnen de impact van FR-straling op fotosynthese adequaat weergeven.Het is duidelijk dat het gebruik van smallere bereiken in vergelijking met de 700-800 nm-golfband die we hebben gebruikt, zal resulteren in verschillende verhoudingswaarden, afhankelijk van de specifieke spectrale output van de lichtbron.Hoewel vrij grof, lijkt de verdeling van de PAR-golfband in blauw (400-499 nm), groen (500-599 nm) en rood (600-699 nm) te werken voor toepassingen voor plantverlichting.Deze indeling lijkt echter willekeurig vanuit het perspectief van de plant en moet mogelijk worden verfijnd als, en wanneer, uit onderzoek blijkt dat nauwer gedefinieerde golfbanden specifieke en belangrijke effecten hebben op de groei en ontwikkeling van planten.We moedigen de wetenschappelijke gemeenschap aan om gestandaardiseerde definities voor belangrijke golfbanden te ontwikkelen en deze definities aan te passen zoals gerechtvaardigd door nieuwe onderzoeksresultaten.Onderzoek heeft aangetoond dat LED's die zijn ontworpen om verschillende kleuren te produceren, met verschillende snelheden kunnen afschrijven.Dat wil zeggen, hun uitgangskarakteristieken (intensiteit en spectrale samenstelling) veranderen met verschillende snelheden terwijl de LED's gedurende langere tijdsperioden worden gebruikt.Daarom kunnen de stralingsverhoudingen die worden geproduceerd door lampen die dergelijke LED's bevatten, ook in de loop van de tijd veranderen.Gebruikers van LED-lampen dienen hiervan op de hoogte te zijn en er dienen periodieke testen te worden uitgevoerd om er zeker van te zijn dat de gewenste stralingsverhoudingen nog door de lampen worden geleverd.We raden ten zeerste aan om spectroradiometergegevens te gebruiken voor alle berekeningen van de stralingsverhouding.We rapporteren substantiële verschillen in stralingsverhoudingen tussen zonlicht en een verscheidenheid aan algemene lampen die worden gebruikt voor plantverlichting.Standaardisatie van de definities van golfbandbereiken lijkt geschikt en wenselijk voor toepassingen op het gebied van plantengroei.Lampefficiëntiewaarden zijn slechts een van de prestatiekenmerken waarmee rekening moet worden gehouden bij het kiezen van het beste verlichtingssysteem voor een bepaalde toepassing.AJ Both is een professor en extensiespecialist in gecontroleerde omgevingstechniek bij de afdeling Milieuwetenschappen van de School of Environmental and Biological Sciences aan de Rutgers University-New Brunswick.Timothy Shelford is een parttime onderzoeksspecialist bij Rutgers die ook aan de Cornell University werkt.Claude Wallace is een afgestudeerde en parttime medewerker van Rutgers.