第Ⅰ部分 环境可控的设施农业概况及其意义 3
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 CPPS 10
1.5.1 CPPS的概念 11
1.5.2 CPPS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 Ie CEA 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 39
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 87
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
8.3.2 蒸腾作用 92
8.3.3 输导作用 93
参考文献 93
第9章 植物冠层的光学与生理学特性 95
9.1 简介 95
9.2 光通过植物冠层后的衰减情况 96
9.3 植物冠层的消光系数 97
9.4 冠层内光谱特性的考虑 99
9.5 冠层内的光合作用 100
9.5.1 冠层光合作用的特点 100
9.5.2 估计冠层内光合速率的简单方法 100
9.5.3 生长分析 101
参考文献 102
第10章 空间光环境和植物冠层结构评估 103
10.1 简介 103
10.2 植物冠层中PPFD分布的测量 103
10.3 植物冠层结构评估 104
10.4 LAI评估 106
10.4.1 直接和间接评估 106
10.4.2 运用了冠层间隙度的方法 106
10.4.3 光谱反射率的运用 108
10.4.4 图像分析 108
10.5 植物冠层表面PPFD分布的评估 108
10.5.1 认识冠层表面光分布的重要性 108
10.5.2 基于反射图像的冠层表面PPFD评估方法 109
10.5.3 应用 110
参考文献 112
第11章 人工光源下植物生长的光效和用以评估光效的植物生长模型 113
11.1 简介 113
11.2 叶片吸收的光能 113
11.2.1 光能利用率 113
11.2.2 植物吸收的光能比例 114
11.2.3 提高电能利用率 114
11.3 基于冠层PPFD分布的光效 115
11.4 用于评估光效的植物生长模型 117
11.4.1 简单生长模型 117
11.4.2 植物生长的二维和三维建模 117
参考文献 119
第12章 物理环境对光合作用、呼吸作用和蒸腾作用的影响 121
12.1 简介 121
12.2 蒸腾作用 121
12.2.1 水汽扩散模型 122
12.2.2 湿度的影响 123
12.2.3 根际环境的影响 123
12.2.4 光强与光谱的影响 124
12.2.5 CO2浓度的影响 124
12.2.6 温度的影响 124
12.3 呼吸作用 125
12.3.1 暗呼吸与光呼吸 125
12.3.2 温度的影响 125
12.3.3 O2与CO2浓度的影响 126
12.3.4 光强的影响 126
12.4 光合作用 126
12.4.1 CO2扩散模型 126
12.4.2 CO2浓度的影响 127
12.4.3 光强的影响 128
12.4.4 温度的影响 128
参考文献 129
第13章 单个叶片周围与植物冠层内部的气流分布以及其对植物蒸腾作用、光合作用和各器官温度的影响 130
13.1 简介 130
13.2 气流速度对单个叶片的边界层阻力、光合作用与蒸腾作用的影响 131
13.3 空气流速对植物器官表面的影响 134
13.4 光强和空气流速对植物冠层内部空气温度、水蒸气气压和CO2浓度的影响 136
13.5 小结 137
参考文献 137
第Ⅳ部分 使用LED进行补光照明的温室作物生产 141
第14章 通过LED照明进行光期延长和暗期中断来调控花期 141
14.1 简介 141
14.2 传统照明 142
14.3 LED光源 142
14.3.1 调控长日照植物花期的主要波段 142
14.3.2 调节短日照植物开花的临界波段 145
14.3.3 传统灯具和LED之间的比较 146
14.4 小结 147
参考文献 148
第15章 通过控制LED光质和DLI影响植物形态 150
15.1 简介 150
15.2 DLI对植物形态建成的影响 150
15.3 光质对植物光形态建成的影响 151
15.3.1 红光 151
15.3.2 蓝光 152
15.3.3 远红光 152
15.4 补光 152
15.4.1 LED补光在观赏苗木和扦插繁殖中的应用 153
15.4.2 LED补光在观赏性作物加工方面的应用 157
15.4.3 蔬菜生产中应用LED补光 158
15.5 小结 159
参考文献 160
第16章 补光技术在温室果实类蔬菜种植中的应用 162
16.1 简介 162
16.2 果实类蔬菜的补光类型和光源 162
16.2.1 顶部补光 162
16.2.2 顶部补光与叶间补光的结合 164
16.2.3 单独叶间补光 165
16.3 光强、光周期和补光的DLI 167
16.4 通过LED补光提高果实品质 168
16.5 其他领域中补光的应用 169
16.6 温室补光的经济效益 169
参考文献 171
第17章 植物照明的最新进展 173
17.1 简介 173
17.2 第八届国际园艺光学研讨会 173
17.3 新园艺照明书 174
17.4 植物照明应用标准 174
17.5 效率与功效 174
参考文献 175
第Ⅴ部分 光质对植物生理和形态的影响 179
第18章 光质对绿叶植物幼苗及种子中次级代谢的影响 179
18.1 简介 179
18.2 抗氧化活性 179
18.3 维生素 186
18.4 食用品质的提升 190
18.5 显色 193
18.6 小结 197
参考文献 197
第19章 绿光照明对植物的抗病性和其他生理响应的诱导 199
19.1 简介 199
19.2 通过绿光照明诱导抗病性 199
19.2.1 光质对与抗病性有关的基因表达的影响 199
19.2.2 绿光对草莓炭疽病的影响 201
19.2.3 绿光对棒孢霉叶斑病的影响 202
19.3 绿光的各种影响 203
19.3.1 蜘蛛螨控制 203
19.3.2 生长促进 204
19.3.3 功能性物质与糖含量的增加 205
19.3.4 休眠抑制、花芽分化以及抽苔 207
19.4 小结 207
参考文献 208
第20章 光质对植物叶片肿大（水肿）的影响 209
20.1 简介 209
20.2 肿大的描述和影响 210
20.2.1 解剖学与形态学 210
20.2.2 遗传学 210
20.2.3 光合作用与产量 213
20.2.4 审美及经济影响 214
20.3 光质影响肿大 214
20.3.1 紫外线 214
20.3.2 蓝光和绿光 215
20.3.3 红光和远红光 216
20.3.4 小结 217
参考文献 217
第Ⅵ部分 LED照明下商业植物工厂的现状 221
第21章 我国台湾PFAL的商业模式 221
21.1 简介 221
21.2 商业模式 221
21.3 小结 223
参考文献 224
第22章 亚洲、欧洲和其他地区的商业PFAL与LED照明市场的现状 225
22.1 简介 225
22.2 日本境内的市场现状 225
22.2.1 日本PFAL行业背景 225
22.2.2 现今日本PFAL行业的发展趋势 226
22.2.3 现今日本LED PFAL和LED照明市场的趋势 227
22.3 欧洲、亚洲以及其他地区的市场现状 231
22.3.1 欧洲境内的市场现状 231
22.3.2 亚洲地区和其他地区的市场现状 234
22.4 小结：对基于LED照明的PFAL发展的一些预测 235
参考文献 236
第23章 北美地区基于LED照明的商业垂直农业的现状 237
23.1 简介 237
23.2 北美垂直农业行业背景 237
23.3 现今垂直农业照明市场的发展趋势 240
23.4 用于垂直农业的LED照明设计现状 241
23.5 小结：垂直农业照明的发展预测 242
参考文献 242
第24章 全球范围内PFAL行业的LED照明厂商、经济分析和市场开拓 243
24.1 简介 243
24.2 全球PFAL LED照明行业参与者 243
24.2.1 PFAL LED照明行业参与者的全球趋势 243
24.2.2 总部在亚洲的PFAL LED照明行业的参与者 244
24.2.3 总部在欧洲的PFAL LED照明行业的参与者 253
24.2.4 总部在北美洲的PFAL LED照明行业的参与者 258
24.3 经济分析 261
24.4 PFAL的市场开拓 263
参考文献 264
第25章 消费者对PFAL生产蔬菜的印象和理解 265
25.1 简介 265
25.2 消费者对日本PFAL生产蔬菜的看法 266
25.2.1 消费者对PFAL及其产品的印象 266
25.2.2 相关知识对消费者印象的影响 268
25.3 日本消费者对于PFAL生产蔬菜的理解 269
25.3.1 认知与识别过程 269
25.3.2 理解程度 270
25.3.3 影响顾虑程度的因素 271
25.4 我国香港案例研究 272
25.4.1 我国香港的认知、理解和印象 272
25.4.2 知识与信心之间的关系 273
25.5 PFAL业务的未来展望 274
25.5.1 对PFAL生产的蔬菜的潜在需求 274
25.5.2 营销活动和宣传教育的必要性 275
25.6 小结 275
参考文献 276
第Ⅶ部分 LED和用于植物栽培的LED照明的基础知识 279
第26章 辐射测量、光度测量和光子测量的数据表达和单位 279
26.1 简介 279
26.2 植物栽培中光子量的重要性 279
26.3 辐射测量、光度测量和光子测量中的基本量以及它们的SI单位 279
26.3.1 辐射强度（W sr-1） 280
26.3.2 辐射通量（辐射功率）（W） （＝[Js-1]） 280
26.3.3 辐射能（J） 280
26.3.4 辐照度（Wm-2） 280
26.3.5 发光强度（cd） 280
26.3.6 光通量（lm） 281
26.3.7 光量（lms） 281
26.3.8 照度（lx） 281
26.3.9 光量子强度（mol s-1sr-1） 282
26.3.10 光量子通量（mol s-1） 282
26.3.11 光量子数（光量子的数量）（mol） 282
26.3.12 光量子通量密度（光量子辐照度）（mol m- 2 s- 1） 282
26.4 辐射测量、光度测量和光子测量的量的光谱分布 282
26.5 辐射测量、光度测量和光子测量的量的定量关系 282
26.6 光合有效辐射 285
参考文献 286
第27章 植物栽培的LED基础 287
27.1 简介 287
27.2 LED产品术语的定义 287
27.2.1 LED 288
27.2.2 LED封装 288
27.2.3 LED模块 288
27.2.4 LED控制装置 288
27.2.5 LED灯 288
27.2.6 LED光源 288
27.2.7 LED灯具 289
27.2.8 LED照明系统 289
27.3 LED的发光原理 289
27.4 LED封装配置类型 289
27.5 表示LED的光学、电气和辐射特性的基本术语 291
27.5.1 正向电流（A） 291
27.5.2 半宽（半最大值）（nm） 291
27.5.3 发光强度（cd） 291
27.5.4 辐射通量（W）（=Js-1） 292
27.5.5 峰值波长（nm） 292
27.5.6 发光半角（°） 292
27.6 LED操作的光学、电气和辐射特性 292
27.7 照明方法 293
27.8 辐射通量控制方法 293
27.9 植物种植对LED灯的特殊要求 294
27.10 LED灯具在植物栽培中的优点和缺点 294
27.10.1 使用LED灯具的优点 294
27.10.2 使用LED灯具的缺点 296
27.11 植物栽培中的发光效率和能量—光子转换效率 297
27.11.1 发光效率 297
27.11.2 植物培养的能量—光子转换效能 297
参考文献 298
第28章 用于植物培养的LED的光度和辐射特性测量 299
28.1 植物的光环境 299
28.1.1 光谱分布曲线 299
28.1.2 PPFD 299
28.1.3 特定波长范围的光量子通量比 301
28.1.4 光质环境特征汇总表的创建 301
28.2 LED照明系统的特点 302
28.2.1 光谱分布（光谱辐射／光通量分布） 302
28.2.2 发光强度（发光强度分布）的角分布 302
28.2.3 光合有效辐射能量效率（J J-1） 302
28.2.4 光合光量子数效能（μmol J-1） 303
28.2.5 LED照明系统特性汇总表的创建 303
参考文献 304
第29章 LED光学系统的结构布置、功能和应用 305
29.1 简介 305
29.2 半导体P-n结和光发射 306
29.3 调节发射 307
29.3.1 基本LED驱动电路 308
29.3.2 植物栽培的LED照明模式 308
29.4 散热 309
29.5 辐照表面光子通量密度的分布 311
参考文献 312
第30章 LED和LED照明系统的能量平衡与能量转换过程 315
30.1 发光功效和从电力输入到光合有效辐射的转换效率 315
30.2 光能和电能的利用效率 316
30.2.1 基于植物干重的PAR能量利用效率和电能利用效率 316
30.2.2 基于净光合速率的光合光量子利用效率和电能利用效率 317
30.3 影响基于植物干重的电能利用效率的因素 317
30.3.1 在培养期间中每个培养区域内灯具的电能消耗以及每个培养区域内灯具所发射的PAR能量 318
30.3.2 在有或没有植物的培养区域内接收到的PAR能量 318
30.3.3 光能固定为植物干重中的化学能 319
参考文献 321
第31章 由于职业暴露于LED灯光下对健康的影响：以PFAL中的植物培养工作为例 323
31.1 简介 323
31.2 颜色感知与植物培养工作 323
31.2.1 颜色感知的神经基础 323
31.2.2 颜色感知的精神物理学定律 324
31.2.3 标准色度图 327
31.2.4 色彩恒常性 327
31.2.5 绿色植物在LED照明下的色彩表现 328
31.3 具有人工照明的PFAL和温室中的单色LED灯可能的健康影响 329
31.3.1 昼夜节律 329
31.3.2 蓝光对眼睛的有害影响 331
31.3.3 UV-C对眼睛的有害影响 331
31.4 眩光与植物培养工作 331
31.5 劳动者的理想照明环境以及照明职业健康规范 332
参考文献 333
第32章 走向自学习封闭式植物生产系统 335
32.1 简介 335
32.2 任务 335
32.3 下一代CPPS： s-CPPS 336
参考文献 338