人因照明在植物、畜牧业及人类生活中的影响分析

情绪照明（mood lighting）通常被误解为人因照明（HCL）。但人因照明则包含更多，因为它包括生物有效光，或有益或危险，这要取决于正确的应用。虽然辐射光谱的相关部分可能不同，但光照对植物和动物都是有效的，可实现明确的效果。

在植物生长和动物养殖方面，业界做了大量的研究。在某些方面甚至比人因照明做的还多。本文详述了相同波长对植物、家畜和人类的各种生物效应，比较了目前关于不同属的相关知识，为人因照明（HCL）提供启发。

园艺照明的现状

使用生物有效光谱照明控制在植物栽培领域已经相当普遍。工业使用正在渗透，研究进一步可能的相关性正在深入。但是，目前可以使用的基础研究结果是植物在不同波长下的行为。

通过用隐花色素、光促素和光敏色素刺激，发现植物会长出更结实的叶子，并且在小于400nm（UV辐射）的波长下变得更加耐受应激。上述植物不仅在受到这种短波辐射时是有效的，而且与波长相结合时也是如此（见下图）。另外，使用少量的紫外线辐射可作为防止真菌感染的一种手段。

图1a和b：（a）叶绿素a和叶绿素b吸收光谱；(b)以及园艺专用COB LED模块的发射光谱 。

400nm和500nm之间的波长范围可产生一系列的效果，但不必大量使用。用蓝光照射可以很大程度上防止植物变干（蒸腾）。在家用电器领域，现代冰箱为蔬菜室提供蓝光，有助于保持水果的新鲜度。

但是，这个波长范围也会导致植物生长迟缓，这可能导致叶子间的断层段（侏儒/矮秆植物），从而产生负面影响。

增加绿色波长范围内（600nm至700nm）的光可抵消蓝光的生长阻碍，并可防止叶层之间的断层段。

红光（700nm至800nm）反过来使植物长出更大的花朵并以更紧凑的形式生长。 700nm-800nm的波长范围对植物产生重大影响，特别是对食用植物的香味。

因此，正确地混合这些不同的波长范围可以产生各种光情景，不仅有利于完善植物栽培，而且在能量消耗和植物品质方面也有优化潜力。通过进行频谱调整，可适应生长阶段，可实现能效。多通道系统可以在任何给定的时间点抑制不需要的生长因子。用长波红光过早照明不会改善根部生的长。但是，在正确的时间提供红光，可使西红柿等水果能够有针对性地成熟。确保水果成熟的同时，最大限度地提高产率。

然而，这种光谱曝光不能通过光源的整数值来定义。单个μmol值，没有区分任何辐射波长的差异，在这里没有意义，只能指示光源输出。对于实际使用，最好将光分成波长范围，并且分配专用照明任务。

畜牧业照明现状

在畜牧业领域，可调光谱的光源尚未达到先进水平。尽管在畜牧业方面已经发现了一些影响，但其潜在的生物学原因还未了解。相比之下，人工照明在牲畜房的使用却变得越来越普遍，现在越来越多的棚舍把家畜关在里面，无日照，因此要依靠人工照明。而且，全球肉类需求量大幅度增加，家禽需求量已经上升到全球第一，甚至超过了猪肉。

家禽价格低廉、养殖速度快。在7周时间内，一只小鸡可以长到1.8公斤。根据目前已有的信息，下面的照明场景是有利的。在生命的最初几周，绿光有助于良好的肌肉生长，而蓝光会增加激素的产生。为了增加食物吸收，使用黄白色的光。如果鸡经常相互啄食，红灯可以降低它们的攻击性，对同类相食的问题和抗生素的使用也可以产生积极的影响，但是涉及到确切波长的试验还没有进行。鸡的视觉光谱比人类的视觉光谱宽得多。因此，使用传统光源（调整为V（λ））难以评估。其他家禽如鸭、鹅和火鸡也是如此。

值得一提的是，480nm的蓝光会使奶牛保持清醒状态，使牛奶产量增加8％。奶牛在640nm以外没有视觉能力。

有关光照对养猪业影响的详细评估尚未进行，但由于目前的市场价格，目前还没有进行。

在这类应用中，操作技术是另一个对照明产生重要影响的因素。照明应具有特别高的抗频闪能力。

家畜和植物比人类能更快地处理视觉刺激。采用恒定电流操作是最好的选择，可对整体家禽和动物健康产生积极影响。

为了调光，不应使用简单的PWM方法，而应该可以配置一个“干净的”脉冲控制因素，在光谱（多通道）照明的情况下也必须同步。如果不能确保，结果给家畜带来压力，反过来又会对产品质量产生负面影响。

图2：“照明均衡器”是一个11通道的系统，允许光谱调谐，以更好地控制植物生长。除了控制生长或开出更大的花，这个系统还可提供其他好处。

图3：气候室内的园艺照明

图4：图片显示鸡场中常见的光谱照明。

植物、动物和人类的简单比较

如果现在将已知的“植物光谱”与目前在畜牧业中使用的光谱进行比较，很容易看出主要波长大致是相同的。在这种情况下，关于光谱组成的幅度，就不能提供明确的结论。

单个光谱对人类生物刺激的影响几乎没有研究。目前知道的是，蓝光（480nm）会抑制褪黑激素的产生，这可以看作是在通用照明领域中使用HCL的第一个相关步骤。

植物和人类对光谱波长的敏感度（接受度）与鸡相似（图5）。

图5：温室、家畜和人因照明的波长及其效应比较

阳光为各种形式的生命和生物提供了基础，只有典型的环境会影响着各自的光谱：森林和沙漠，丘陵和山谷，土地和水。

根据在所有三个领域（植物、家畜和人类）的研究、分析和测试得出的结论，可以发现波长依赖效应之间存在相似性。例如，在鸡中，应激激素皮质醇可以用“红色”波长来减少。

潜在的后果

总的来说，这些过程和可衡量因素的正确命名仍然存在问题。勒克斯和流明就不能扩展到红外和紫外波段。 V（λ）曲线不能有效地表示480nm处的褪黑素抑制。 HCL不适合传统的照明配置规格。在招标中，与HCL兼容的灯具在流明/瓦的效率方面将会损失。

由于HCL对人类的影响应该通过曝光程度来描述，对于所有其他生命形式和生物，这个光谱范围的测量单位应该是μmol。

但是，使用相应物种的灵敏度曲线来评估同类物种的接触程度，这在鸡养殖中已经是常见的做法。但是，“鸡勒克斯”能适用于所有的鸟类？

频闪对家畜的影响是众所周知的。操作频率高达1 kHz会对家畜的健康产生负面影响。具有快速“视觉”反应的其他生物包括浮游生物和藻类。一般照明领域，这个情况不容小觑。恒定电流驱动的多通道驱动器可以对所需的结果产生积极的影响，因为光线将永久可用。

结论

未来，畜牧业领域的标准照明实践也将在普通照明领域建立起来。这也将有利于HCL，因为技术规格在很大程度上可以转移。为了确保规划的安全性，有必要明确产品功能。