正版 都市农业中的LED照明 [日]古在豊树,[日]藤原和弘,[美]埃里

目 录
Preface of Chinese Edition
中文版前言
译者序
第Ⅰ部分 环境可控的设施农业概况及其意义
第1章 都市农业为何选择LED照明3
1.1 简介3
1.1.1 都市农业的益处3
1.1.2 使用LED的益处4
1.2 本书的范围4
1.3 都市农业的技术背景6
1.3.1 行业性和全球性技术6
1.3.2 全球性技术行业化6
1.3.3 全球性技术创新影响下一代都市农业7
1.4 下一代都市农业9
1.5 CCPS 10
1.5.1 CCPS的概念11
1.5.2 CCPS中的速率变量估值11
1.5.3 RUE和CP 12
1.5.4 速率变量的控制12
1.5.5 当前PFAL的优势13
1.5.6 PFAL当前的缺点和挑战14
参考文献14
第2章 综合环境控制型都市农业系统15
2.1 简介15
2.2 CEA近期的发展16
2.2.1 保护性耕作16
2.2.2 温室17
2.2.3 CEPPS 17
2.2.4 植物量产工程17
2.2.5 PFAL 18
2.3 CEA在城市食物和农业系统中扮演的角色18
2.4 CEA的实用组件和子系统19
2.4.1 作为整体系统的CEA：ACESys模型20
2.5 IeCEA 22
2.6 CEA系统信息论和分析学23
2.6.1 用于CEA决策支撑的ConSEnT 24
2.6.2 决策支撑和分析25
2.7 眼下和未来的CEA所面临的机遇和挑战26
2.7.1 挑战26
2.7.2 机遇26
2.8 小结27
参考文献27
第3章 开放的农业计划———食在未来29
3.1 食品计算30
3.2 开放平台和开放数据32
3.3 整合AI实验33
3.4 构建食品互联网并启用社区34
3.5 一个表达平台35
参考文献36
第Ⅱ部分 环境光对植物生长和发育的影响
第4章 PFAL光环境概述39
4.1 光作为能量和信号源39
4.2 光环境的组成部分40
4.2.1 光照在植物冠层中的光谱分布40
4.3 PFAL中的光环境40
4.3.1 LED阵列作为光源的特性41
4.3.2 PFAL培养空间中PPFD的空间分布41
4.3.3 受到植物冠层影响的培养空间光环境41
4.4 向上补光41
4.5 温室补光42
4.5.1 温室补光的目的42
4.5.2 有效补光的环境控制43
参考文献43
第5章 光作为调节生长发育的信号44
5.1 感光体与它们的功能44
5.1.1 光敏色素（Phy） 44
5.1.2 隐花色素（Cry） 47
5.1.3 向光素（Phot） 47
5.1.4 Zeitlupe蛋白家族（ZTL／FKF1／LKP2） 47
5.1.5 UV－B受体（UVR8） 48
5.2 光依赖性种子萌发48
5.3 脱黄化49
5.4 向光性50
5.5 避荫反应51
5.6 昼夜节律与生物响应52
5.7 生物钟的门控效应53
参考文献55
第6章 影响季节性开花的因素58
6.1 光周期性开花58
6.2 成花素与抑花素58
6.3 开花与季节性时间测量60
6.4 菊花的开花时间调节61
6.5 水稻中光周期开花的分子机制63
6.6 其他植物物种中的开花时间调节64
6.7 春化处理65
参考文献66
第7章 LED PFAL培养空间的光环境70
7.1 简介70
7.2 材料与方法70
7.2.1 软件70
7.2.2 变量及其假定值作为唯一的输入数据70
7.2.3 检查因子以显示它们对PPFD分布的影响71
7.3 结果与讨论74
7.3.1 C－PPFD和％L的总结74
7.3.2 S－PPFD的总结75
7.3.3 案例1：培养面板表面的反射率（R） 75
7.3.4 案例2：垂直侧面反射器的宽度（W） 76
7.3.5 案例3：LED灯管之间的非均匀距离77
7.3.6 案例4：垂直布局77
7.3.7 案例5：窄角光分布78
7.3.8 案例6：植物冠层高度（h） 79
7.4 关于最佳光环境的一些思考80
7.4.1 最佳PPFD 80
7.4.2 最佳光期与暗期81
7.4.3 最佳光质81
7.4.4 环境因素之间的相互作用82
7.5 未来的工作82
7.5.1 挑战82
参考文献83
第Ⅲ部分 植物叶片和冠层的光学和生理特征
第8章 叶片的光学特性和生理特性87
8.1 简介87
8.2 叶片的光学特性88
8.2.1 叶片朝向和叶片中垂直光强分布88
8.2.2 叶片的色素和吸收光谱89
8.3 叶片的生理特性90
8.3.1 光合作用90

Toyoki Kozai 教授，日本植物工厂协会（NPO）理事长，日本千叶大学前校长，曾经获得日本*高科技奖 “日本紫绶勋章”。



Kazuhiro Fujiwara 教授，东京大学农业与生命科学研究所教授。



Erik S. Runkle 教授，美国植物工厂行业协会理事长，密歇根州立大学园艺系教授。

本书涵盖了人工光源植物工厂（PFAL）、垂直室内农场以及温室园艺中有关发光二极管（LED）应用的各种物理、化学、生物、工程和实践主题。

中国拥有世界上*大的温室面积，有许多潜在的LED应用，包括用于促进植物光合作用和生长的补充照明，以及用于促进或抑制开花和调节植物形态发生的光周期照明。此外，现在在中国有越来越多的人认同，PFAL将作为下一代植物生产系统发挥重要的作用，它能够使用更少的资源并排放更少的环境污染物，正如本书中所详细描述的那样。

采用人工光源照明的都市农业从20世纪60年代开始就有了商业化应用，荷兰、日本和美国等国家和地区的相关科研工作已经有相当多的积累。2014年LED技术获得诺贝尔物理学奖在很大程度上刺激了人工光源照明的都市农业发展。LED光源具有光电能量转换效率高、可以瞄准植物光合作用主要吸收光谱辐射并且成本越来越低等突出优点，为人工光源植物照明提供了一个更理想的光源，2014年以后PFAL进入了一个新的发展周期。在这样的背景下，长期从事植物工厂研究开发的日本学者古在丰树教授、藤原和弘教授和美国专家Erik S. Runkle教授组织十多位这个领域的专家一起编写了本书，为本领域广大科研人员、LED企业应用开发工程师及从事农业种植的农艺师和农民提供了一个全面了解LED光谱、光强与植物生长关系、LED植物照明技术应用推广及植物照明技术商业模式的学习机会，为LED植物照明技术的普及应用将起到了有力的推动作用。

在未来的几十年中，LED照明在都市农业中的应用将代表着都市农业的一种先进形式。通过LED植物照明技术的发展，一些新的范例以及快速发展的概念，如半导体光电子技术、信息和通信技术、可再生能源技术以及相关的专业知识和方法都将帮助都市农业搭上现代信息化高新科技发展的快车。由于LED光谱、光强可控，LED植物照明技术的发展也将有力地促进植物育种、植物生理学等基础科学和技术的进步。

本书重点介绍主要用于能够进行环境控制的人工光源植物工厂(PFAL)和温室中的园艺作物商业生产的发光二极管(LED)照明，特别关注受光环境影响的植物生长和发育以及关于LED的商业和技术机遇和挑战。全书共32章，分为7个部分：①环境可控的设施农业概况及其意义；②环境光对植物生长和发育的影响；③植物叶片和冠层的光学和生理特征；④使用LED进行补光照明的温室作物生产；⑤光质对植物生理和形态的影响；⑥LED照明下商业植物工厂的现状；⑦LED和用于植物栽培的LED照明的基础知识。本书作者提出了信息产业技术用于农业的概念，包括用于控制环境以优化植物工厂中的农业生产的食品计算机(FC)、用于模拟植物工厂中光环境的软件技术以及用于植物工厂中光环境监测的光电技术等。截至2015年，日本约有200个商业PFAL正在运行，进行蔬菜生长和分配。这是全球范围内迄今为止*大数量的商业PFAL。在欧洲，自2013年以来已经经历过一次PFAL的热潮。荷兰是世界上*重要的大棚提供国之一，已经在积极地推动欧洲PFAL市场的发展。我国台湾是继日本之后，PFAL营运数量排名第二的地区。我国台湾的大多数PFAL都在使用LED照明。在PFAL中，光环境会对植物的生长发育产生重要影响，例如远红光会抑制植物的萌发和开花。

本书涵盖了人工光源植物工厂（PFAL）、垂直室内农场以及温室园艺中有关发光二极管（LED）应用的各种物理、化学、生物、工程和实践主题。中国拥有世界上*大的温室面积，有许多潜在的LED应用，包括用于促进植物光合作用和生长的补充照明，以及用于促进或抑制开花和调节植物形态发生的光周期照明。此外，现在在中国有越来越多的人认同，PFAL将作为下一代植物生产系统发挥重要的作用，它能够使用更少的资源并排放更少的环境污染物，正如本书中所详细描述的那样。采用人工光源照明的都市农业从20世纪60年代开始就有了商业化应用，荷兰、日本和美国等国家和地区的相关科研工作已经有相当多的积累。2014年LED技术获得诺贝尔物理学奖在很大程度上刺激了人工光源照明的都市农业发展。LED光源具有光电能量转换效率高、可以瞄准植物光合作用主要吸收光谱辐射并且成本越来越低等突出优点，为人工光源植物照明提供了一个更理想的光源，2014年以后PFAL进入了一个新的发展周期。在这样的背景下，长期从事植物工厂研究开发的日本学者古在丰树教授、藤原和弘教授和美国专家Erik S. Runkle教授组织十多位这个领域的专家一起编写了本书，为本领域广大科研人员、LED企业应用开发工程师及从事农业种植的农艺师和农民提供了一个全面了解LED光谱、光强与植物生长关系、LED植物照明技术应用推广及植物照明技术商业模式的学习机会，为LED植物照明技术的普及应用将起到了有力的推动作用。在未来的几十年中，LED照明在都市农业中的应用将代表着都市农业的一种优选形式。通过LED植物照明技术的发展，一些新的范例以及快速发展的概念，如半导体光电子技术、信息和通信技术、可再生能源技术以及相关的专业知识和方法都将帮助都市农业搭上现代信息化高新科技发展的快车。由于LED光谱、光强可控，LED植物照明技术的发展也将有力地促进植物育种、植物生理学等基础科学和技术的进步。