LED Lighting for Urban Agriculture

LED Lighting for Urban Agriculture pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer
作者:Toyoki Kozai
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2016-11-17
价格:0
装帧:平装
isbn号码:9789811018466
丛书系列:
图书标签:
  • 照明
  • LED照明
  • 城市农业
  • 植物照明
  • 室内种植
  • 垂直农业
  • 园艺技术
  • 农业科技
  • 光合作用
  • 节能照明
  • 植物生长灯
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具体描述

This book focuses on light-emitting diode (LED) lighting, mainly for the commercial production of horticultural crops in plant factories and greenhouses with controlled environments, giving special attention to: 1) plant growth and development as affected by the light environment; and 2) business and technological opportunities and challenges with regard to LEDs. The book contains more than 30 chapters grouped into seven parts: 1) overview of controlled-environment agriculture and its significance; 2) the effects of ambient light on plant growth and development; 3) optical and physiological characteristics of plant leaves and canopies; 4) greenhouse crop production with supplemental LED lighting; 5) effects of light quality on plant physiology and morphology; 6) current status of commercial plant factories under LED lighting; and 7) basics of LEDs and LED lighting for plant cultivation.

照亮未来:城市农业的绿色革命 本书《LED Lighting for Urban Agriculture》并非一本关于LED灯具体技术参数或安装指南的工具书。它深入探讨的是一个更为宏大和深刻的议题:LED照明如何驱动城市农业的转型,重塑我们与食物生产的关系,并为日益拥挤的都市带来可持续的绿色未来。 在本书中,我们首先将目光投向城市农业的崛起。随着全球人口向城市集聚,传统农业面临着土地稀缺、运输成本高昂、环境污染等严峻挑战。城市农业,以其贴近消费者的地理优势和对资源的精细化利用,应运而生,并展现出巨大的发展潜力。然而,传统的城市农业模式,例如屋顶农场或室内种植,往往受制于自然光照的不足。这就引出了本书的核心——LED照明在其中扮演的关键角色,以及它如何突破自然限制,成为城市农业发展的强大引擎。 本书并非简单罗列LED的优点,而是着眼于LED照明系统与城市农业生态系统的深度融合。我们将分析不同光谱的LED光照如何精确地满足植物在不同生长阶段的需求,例如,特定波长的红光和蓝光如何促进光合作用,而其他光谱的补充又如何影响植物的形态、风味和营养成分。这不是一个静态的化学公式,而是一个动态的、可调控的生物过程,本书将详细阐释这一过程中的科学原理和实践应用。 我们还将深入探讨“垂直农场”和“智能温室”等新型城市农业模式,并重点剖析LED照明在这些模式中的核心地位。垂直农场通过多层堆叠的种植空间,最大限度地利用有限的城市土地。而LED照明,作为这些农场唯一的或主要的“阳光”来源,其效率、光谱可调性以及低能耗的特性,是实现高密度、高产量的关键。本书将解析LED如何帮助这些农场实现全年无休、不受季节影响的稳定生产,从而保障城市居民的食物供应。 此外,本书还关注LED照明技术在城市农业中的智能化和自动化应用。随着物联网(IoT)和人工智能(AI)技术的发展,LED照明系统可以与传感器、控制器等设备联动,实现对光照强度、周期、光谱的实时监测和智能调控。这意味着我们可以根据植物的实时生长数据,动态调整光照方案,优化资源利用,降低能源消耗,并最大限度地提高作物产量和品质。本书将探讨这些智能化系统如何构建起高效、节能、环境友好的城市农业生产环境。 本书的研究范围并不仅限于技术层面,更重要的是,它将LED照明驱动的城市农业视为一种社会变革的催化剂。我们将探讨这种模式如何缩短食物供应链,减少运输过程中的碳排放,从而为城市的可持续发展做出贡献。同时,城市农业的兴起也为城市居民提供了更多接触食物生产的机会,可能重塑人与自然的关系,并在社区层面创造新的就业机会和经济活力。本书将从多个维度,审视LED照明为城市农业带来的深远影响。 本书还将探讨LED照明在不同类型城市农业场景中的具体应用案例,例如,在住宅楼宇的垂直农场、社区共享农场、餐饮业的室内种植,甚至是对特定高附加值作物(如药用植物、高端蔬菜)的精细化种植。通过丰富的案例分析,读者将能更直观地理解LED照明在城市农业中的多样化应用及其带来的实际效益。 最后,本书将展望LED照明技术在未来城市农业发展中的趋势和挑战。例如,如何进一步提高LED照明的能源效率,降低成本,使其更具经济可行性;如何开发更智能、更具自适应能力的LED系统;以及如何将LED照明驱动的城市农业与智慧城市建设、循环经济等更宏大的城市发展战略相结合。本书旨在激发读者对未来城市农业发展的思考,并认识到LED照明在其中不可或缺的关键作用。 总之,《LED Lighting for Urban Agriculture》是一本探讨LED照明如何成为城市农业创新引擎,驱动城市可持续发展,并重塑未来食物生产模式的深度分析报告。它并非关于LED的“使用手册”,而是关于LED如何“赋能”城市农业,点亮城市绿色未来的“思想指南”。

作者简介

Professor Kozai obtained a BS degree in Horticultural Sciences from Chiba University, and Master and Doctoral degrees in Agricultural E ngineering from the University of Tokyo. When he started his academic career in 1973 as an agricultural engineer, his work was focused on greenhouse environment control engineering. After establishing his early work on greenhouse light environments, energy saving, ventilation and computer control, his scientific interest extended to in vitro environment control in plant tissue culture, sugar-free media and photoautotrophic micro-propagation, and plant production in closed systems with artificial lighting. His first paper on plant production using LED was published in the early 1990’s.

Kazuhiro Fujiwara, Ph.D., Professor, Graduate School of Agricultural and Life Sciences, The University of Tokyo, 1-1-1 Yayoi, Bunkyo-ku, Tokyo 113-8657, Japan

Erik S. Runkle, Ph.D., Professor, Department of Horticulture, Michigan State University, A240-C Plant & Soil Sciences Building, 1066 Bogue Street, East Lansing, MI 48824-132

目录信息

Part 1 Perspective and significance of LED lighting for urban agriculture.- 1. Why LED lighting for Urban Agriculture? (T. Kozai).
2. Integrated Urban Controlled Environment Agricultural Systems (IUCEAS) (KC Ting, T. Ling and Paul C. Davidson, University of Illinois).
3. Open-Source Agriculture Initiative - Food for the future? – (Caleb Harper, MIT).-Part 2 Plant growth and development as affected by light.
4. Some aspects of the light environment (T. Kozai and G. Zhang).
5. Light acts as a signal for regulation of growth and development (Y. Higuchi and T. Hisamatsu).
6. Factors affecting flowering seasonality (Y. Higuchi and T. Hisamatsu).-
7. Light environment in plant factory with LED lighting (T. Akiyama and T. Kozai).- Part 3 Optical and physiological characteristics of a plant leaf and a canopy (Editor: K. Fujiwara).-
8. Optical and physiological properties of a leaf (K. Murakami and R. Matsuda).-
9. Optical and physiological properties of a plant canopy (Y. Ibaraki).-
10. Evaluation of spatial light environment and plant canopy structure (Y. Ibaraki).-
11. Lighting efficiency in plant production under artificial lighting and plant growth modeling for evaluating the lighting efficiency (Y. Ibaraki).-
12. Effects of physical environment on photosynthesis, respiration, and transpiration (R. Matsuda).-
13. Air current around single leaves and plant canopies and its effect on transpiration, photosynthesis, and plant organ temperatures (Y. Kitaya).- Appendix: Equations used in Part 3.- Part 4 Greenhouse crop production with supplemental LED lighting (Editor: E. Runkle).-
14. Control of Flowering Using Night-interruption and Day-extension LED Lighting (Q. Meng and E. Runkle.-
15. Control of morphology, quality and economic value by manipulating light quality (blue, red, and far-red light) and daily light integral (DLI) using LEDs (R. Lopez and J. Craver)).-
16. Supplemental intra-canopy lighting with LEDs for fruit vegetables (N. Lu, C. Mitchell, E.Heuvelink, and T. Dueck).- Part 5 Light quality effects on plant physiology and morphology (Editor: T. Kozai).-
17. Effect of Light Quality on Secondary Metabolite Production in Leafy Greens and Seedlings (H. Shimizu).-
18. Induction of plant disease resistance and other physiological responses by green light illumination (R. Kudou and K.Yamamoto).-
19. Light quality effects on intumescence (oedema) on leaves (K. Williams, C.T. Miller and J.K. Craver).- Part 6 Current status of commercial plant factories with LED lighting (T. Kozai).-
20.Business models for plant factories using artificial light (PFALs) in Taiwan (Wei Fang, National Taiwan University).-
21. Current status in Asia, Europe and other regions (E. Hayashi).-
22. Current status in Americas, (C Higgins).-
23. Economic analysis and market creation for PFALs (E.Hayashi).-
24. Consumer perception and understanding of vegetables produced at plant factories with artificial lighting (Y. Yano, T. Nakamura and A. Maruyama).-
Part 7 Basics of LEDs and LED lighting systems for plant cultivation (Editor: K.Fujiwara).-
25. Radiometric, photometric, and photometric quantities and their units (K. Fujiwara).-
26. Basics of LEDs for plant cultivation (K. Fujiwara).-
27. Measurement of photometric and radiometric characteristics of LEDs for plant cultivation (E. Goto)).-
28. Configuration, function and operation of LED lighting systems (A. Yano).-
29. Energy balance and energy conversion process of LEDs and LED lighting systems (A. Yano).-
30. Health effects of occupational exposure to LED light: A special reference to plant cultivation works in plant factories (M. Takao).-
31. Moving toward Self-Learning Closed Plant Production Systems (T. Kozai, and K. Fujiwara).
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我必须坦诚,一开始我对这本书抱持着一种“差不多就行”的心态,毕竟市面上关于农业科技的书籍太多了,内容常常是互相抄袭、缺乏实质干货。然而,《LED Lighting for Urban Agriculture》彻底颠覆了我的认知。这本书的语言风格出乎意料地充满了激情,作者似乎不仅仅是在描述技术,更是在为推广可持续的城市食物生产方式而呐喊。它在技术细节的呈现上极其严谨,特别是关于LED光谱对作物生理代谢影响的图表和数据,清晰到可以直接用于实验报告。但最让我眼前一亮的是,作者并没有沉溺于纯粹的硬核技术,而是穿插了大量的“软科学”讨论,例如社区参与度对室内农场成功率的影响,以及如何设计更具吸引力的展示型垂直农场来提高公众对新技术的接受度。这种将工程学、植物生理学与社会学巧妙地编织在一起的写作手法,使得阅读体验非常丰富和立体。它不只是告诉我们“如何做”,更深入地探讨了“为什么做”以及“如何让更多人接受”。

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这本书的结构安排简直堪称教科书级别的典范,逻辑性强到让人几乎找不到可以挑剔的瑕疵。每一章节的衔接都顺理成章,从宏观的城市规划对食物安全的影响,逐步聚焦到微观的叶绿体对光子的捕获效率。我尤其欣赏作者在讨论“环境控制”时所展现的系统思维。他们非常强调LED照明与其他环境因素——如气培/水培系统的营养液配比、空气动力学和温湿度管理——之间的协同作用。书中提到一个观点,即孤立地优化光照而忽略了根系的“呼吸空间”,效果往往会大打折扣,这提醒了我们,农业的本质依然是系统工程。这种跨学科的整合视角,使得这本书的深度远超出了单纯的“照明技术指南”。更值得称道的是,作者在最后几页对未来技术趋势的展望部分,虽然没有过多渲染,但对量子点技术和超薄柔性LED阵列在未来应用场景的描述,充满了审慎的乐观,给人留下了巨大的想象空间。它既脚踏实地解决了当前的问题,又高瞻远瞩地指明了未来的研究方向。

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这本《LED Lighting for Urban Agriculture》的封面设计得十分前卫,那种冷峻的科技感与下方那抹嫩绿的生机形成了强烈的视觉冲击,让人一下子就能感受到它所探讨主题的交叉点——技术与生命的融合。我本以为这会是一本晦涩难懂的纯技术手册,专注于光谱波长和驱动电流的细节,但翻开第一章,我惊讶地发现作者的叙事方式相当平易近人。他们没有直接跳入复杂的工程图纸,而是从城市化进程中食物供应链的脆弱性入手,勾勒出垂直农场概念的必要性。尤其精彩的是对不同作物在不同光照周期下生理反应的案例分析,作者巧妙地引用了几个国际知名的室内农场项目,不仅仅是罗列数据,更像是带领读者进行了一次实地的考察。书中对“光配方”的讨论,简直是艺术与科学的结合,比如如何通过微妙调整蓝光和红光的比例来控制作物的形态发生和次生代谢产物,这对于那些希望优化口感和营养价值的农场经营者来说,无疑是金矿般的信息。我特别欣赏其中一章关于能源效率的深入探讨,它没有停留在口号层面,而是详细对比了不同一代LED芯片在实际运行中的热耗散和光能转换效率,这种务实的态度,让这本书的实用价值直线上升,绝非那些只停留在概念炒作的同类书籍可比。

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阅读这本书的过程,就像是在跟随一位经验丰富的老农夫学习如何“驯服”光线来种植食物。它的视角非常独特,没有把LED仅仅看作是光源,而是将其视为一种可以精确编程的“数字肥料”。书中有一个章节专门探讨了光质对作物次生代谢物积累的影响,这部分内容看得我心潮澎湃。比如,在特定蓝光照射下,某些香草的芳香化合物含量能提高30%以上,这不仅仅是科学数据,更是对风味描述的量化尝试。作者在行文中大量使用了比喻,将复杂的生物光反应过程描述得如同烹饪食谱一般清晰易懂。我特别喜欢其中关于“时间维度”的阐述,如何通过控制光照的“一天”长度和强度波动来模拟不同地理纬度的自然光照条件,这对于跨区域的标准化生产体系构建至关重要。此外,书中对照明系统的维护和长期成本效益分析也做得非常透彻,从初始投入到预期回报周期,乃至更换灯珠的折旧计算,都考虑得十分周全,体现了作者深厚的行业积累,让这本书不仅仅是一本学术专著,更像是一本写给创业者的商业蓝图。

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这本书的版式设计也值得一提,排版疏密有致,即便是包含大量专业术语和复杂公式的段落,阅读起来也毫不费力。最让我印象深刻的是,作者在探讨如何应对LED系统在长期高湿度环境下可能出现的封装老化问题时,提供了一套非常实用的故障排除流程图。这简直是为一线技术人员量身定做的“急救手册”。书中的案例研究覆盖了从高价值药用植物到大宗叶菜的广泛范围,显示了作者对不同作物生长需求的深刻理解,而不是采用一刀切的照明方案。他们对“植物工厂”中的光照均匀度和穿透深度的建模分析尤为精妙,特别是对于多层种植结构下如何避免底层作物因光照不足而产量骤减的解决方案,提出了好几种创新性的灯具布局策略。总而言之,这本书不仅是知识的集合,更是一套实战经验的提炼,它以一种权威而不失温度的方式,引导读者真正掌握利用LED技术革新城市食物生产系统的核心能力。

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