人因照明在植物、畜牧業(yè)及人類生活中的影響分析

情緒照明（mood lighting）通常被誤解為人因照明（HCL）。但人因照明則包含更多，因?yàn)樗ㄉ镉行Ч?，或有益或危險(xiǎn)，這要取決于正確的應(yīng)用。雖然輻射光譜的相關(guān)部分可能不同，但光照對植物和動(dòng)物都是有效的，可實(shí)現(xiàn)明確的效果。

在植物生長和動(dòng)物養(yǎng)殖方面，業(yè)界做了大量的研究。在某些方面甚至比人因照明做的還多。本文詳述了相同波長對植物、家畜和人類的各種生物效應(yīng)，比較了目前關(guān)于不同屬的相關(guān)知識，為人因照明（HCL）提供啟發(fā)。

園藝照明的現(xiàn)狀

使用生物有效光譜照明控制在植物栽培領(lǐng)域已經(jīng)相當(dāng)普遍。工業(yè)使用正在滲透，研究進(jìn)一步可能的相關(guān)性正在深入。但是，目前可以使用的基礎(chǔ)研究結(jié)果是植物在不同波長下的行為。

通過用隱花色素、光促素和光敏色素刺激，發(fā)現(xiàn)植物會(huì)長出更結(jié)實(shí)的葉子，并且在小于400nm（UV輻射）的波長下變得更加耐受應(yīng)激。上述植物不僅在受到這種短波輻射時(shí)是有效的，而且與波長相結(jié)合時(shí)也是如此（見下圖）。另外，使用少量的紫外線輻射可作為防止真菌感染的一種手段。

圖1a和b：（a）葉綠素a和葉綠素b吸收光譜；(b)以及園藝專用COB LED模塊的發(fā)射光譜 。

400nm和500nm之間的波長范圍可產(chǎn)生一系列的效果，但不必大量使用。用藍(lán)光照射可以很大程度上防止植物變干（蒸騰）。在家用電器領(lǐng)域，現(xiàn)代冰箱為蔬菜室提供藍(lán)光，有助于保持水果的新鮮度。

但是，這個(gè)波長范圍也會(huì)導(dǎo)致植物生長遲緩，這可能導(dǎo)致葉子間的斷層段（侏儒/矮稈植物），從而產(chǎn)生負(fù)面影響。

增加綠色波長范圍內(nèi)（600nm至700nm）的光可抵消藍(lán)光的生長阻礙，并可防止葉層之間的斷層段。

紅光（700nm至800nm）反過來使植物長出更大的花朵并以更緊湊的形式生長。 700nm-800nm的波長范圍對植物產(chǎn)生重大影響，特別是對食用植物的香味。

因此，正確地混合這些不同的波長范圍可以產(chǎn)生各種光情景，不僅有利于完善植物栽培，而且在能量消耗和植物品質(zhì)方面也有優(yōu)化潛力。通過進(jìn)行頻譜調(diào)整，可適應(yīng)生長階段，可實(shí)現(xiàn)能效。多通道系統(tǒng)可以在任何給定的時(shí)間點(diǎn)抑制不需要的生長因子。用長波紅光過早照明不會(huì)改善根部生的長。但是，在正確的時(shí)間提供紅光，可使西紅柿等水果能夠有針對性地成熟。確保水果成熟的同時(shí)，最大限度地提高產(chǎn)率。

然而，這種光譜曝光不能通過光源的整數(shù)值來定義。單個(gè)μmol值，沒有區(qū)分任何輻射波長的差異，在這里沒有意義，只能指示光源輸出。對于實(shí)際使用，最好將光分成波長范圍，并且分配專用照明任務(wù)。

畜牧業(yè)照明現(xiàn)狀

在畜牧業(yè)領(lǐng)域，可調(diào)光譜的光源尚未達(dá)到先進(jìn)水平。盡管在畜牧業(yè)方面已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些影響，但其潛在的生物學(xué)原因還未了解。相比之下，人工照明在牲畜房的使用卻變得越來越普遍，現(xiàn)在越來越多的棚舍把家畜關(guān)在里面，無日照，因此要依靠人工照明。而且，全球肉類需求量大幅度增加，家禽需求量已經(jīng)上升到全球第一，甚至超過了豬肉。

家禽價(jià)格低廉、養(yǎng)殖速度快。在7周時(shí)間內(nèi)，一只小雞可以長到1.8公斤。根據(jù)目前已有的信息，下面的照明場景是有利的。在生命的最初幾周，綠光有助于良好的肌肉生長，而藍(lán)光會(huì)增加激素的產(chǎn)生。為了增加食物吸收，使用黃白色的光。如果雞經(jīng)常相互啄食，紅燈可以降低它們的攻擊性，對同類相食的問題和抗生素的使用也可以產(chǎn)生積極的影響，但是涉及到確切波長的試驗(yàn)還沒有進(jìn)行。雞的視覺光譜比人類的視覺光譜寬得多。因此，使用傳統(tǒng)光源（調(diào)整為V（λ））難以評估。其他家禽如鴨、鵝和火雞也是如此。

值得一提的是，480nm的藍(lán)光會(huì)使奶牛保持清醒狀態(tài)，使牛奶產(chǎn)量增加8％。奶牛在640nm以外沒有視覺能力。

有關(guān)光照對養(yǎng)豬業(yè)影響的詳細(xì)評估尚未進(jìn)行，但由于目前的市場價(jià)格，目前還沒有進(jìn)行。

在這類應(yīng)用中，操作技術(shù)是另一個(gè)對照明產(chǎn)生重要影響的因素。照明應(yīng)具有特別高的抗頻閃能力。

家畜和植物比人類能更快地處理視覺刺激。采用恒定電流操作是最好的選擇，可對整體家禽和動(dòng)物健康產(chǎn)生積極影響。

為了調(diào)光，不應(yīng)使用簡單的PWM方法，而應(yīng)該可以配置一個(gè)“干凈的”脈沖控制因素，在光譜（多通道）照明的情況下也必須同步。如果不能確保，結(jié)果給家畜帶來壓力，反過來又會(huì)對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。

圖2：“照明均衡器”是一個(gè)11通道的系統(tǒng)，允許光譜調(diào)諧，以更好地控制植物生長。除了控制生長或開出更大的花，這個(gè)系統(tǒng)還可提供其他好處。

圖3：氣候室內(nèi)的園藝照明

圖4：圖片顯示雞場中常見的光譜照明。

植物、動(dòng)物和人類的簡單比較

如果現(xiàn)在將已知的“植物光譜”與目前在畜牧業(yè)中使用的光譜進(jìn)行比較，很容易看出主要波長大致是相同的。在這種情況下，關(guān)于光譜組成的幅度，就不能提供明確的結(jié)論。

單個(gè)光譜對人類生物刺激的影響幾乎沒有研究。目前知道的是，藍(lán)光（480nm）會(huì)抑制褪黑激素的產(chǎn)生，這可以看作是在通用照明領(lǐng)域中使用HCL的第一個(gè)相關(guān)步驟。

植物和人類對光譜波長的敏感度（接受度）與雞相似（圖5）。

圖5：溫室、家畜和人因照明的波長及其效應(yīng)比較

陽光為各種形式的生命和生物提供了基礎(chǔ)，只有典型的環(huán)境會(huì)影響著各自的光譜：森林和沙漠，丘陵和山谷，土地和水。

根據(jù)在所有三個(gè)領(lǐng)域（植物、家畜和人類）的研究、分析和測試得出的結(jié)論，可以發(fā)現(xiàn)波長依賴效應(yīng)之間存在相似性。例如，在雞中，應(yīng)激激素皮質(zhì)醇可以用“紅色”波長來減少。

潛在的后果

總的來說，這些過程和可衡量因素的正確命名仍然存在問題。勒克斯和流明就不能擴(kuò)展到紅外和紫外波段。 V（λ）曲線不能有效地表示480nm處的褪黑素抑制。 HCL不適合傳統(tǒng)的照明配置規(guī)格。在招標(biāo)中，與HCL兼容的燈具在流明/瓦的效率方面將會(huì)損失。

由于HCL對人類的影響應(yīng)該通過曝光程度來描述，對于所有其他生命形式和生物，這個(gè)光譜范圍的測量單位應(yīng)該是μmol。

但是，使用相應(yīng)物種的靈敏度曲線來評估同類物種的接觸程度，這在雞養(yǎng)殖中已經(jīng)是常見的做法。但是，“雞勒克斯”能適用于所有的鳥類？

頻閃對家畜的影響是眾所周知的。操作頻率高達(dá)1 kHz會(huì)對家畜的健康產(chǎn)生負(fù)面影響。具有快速“視覺”反應(yīng)的其他生物包括浮游生物和藻類。一般照明領(lǐng)域，這個(gè)情況不容小覷。恒定電流驅(qū)動(dòng)的多通道驅(qū)動(dòng)器可以對所需的結(jié)果產(chǎn)生積極的影響，因?yàn)楣饩€將永久可用。

結(jié)論

未來，畜牧業(yè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)照明實(shí)踐也將在普通照明領(lǐng)域建立起來。這也將有利于HCL，因?yàn)榧夹g(shù)規(guī)格在很大程度上可以轉(zhuǎn)移。為了確保規(guī)劃的安全性，有必要明確產(chǎn)品功能。