农业照明领域对LED光源的需求分析

农业照明领域对LED光源的需求分析
2011-03-12 16:06:00 《半导体照明》杂志中国半导体照明网中国农业科学院设施农业研究中心行业分类:其它浏览

　　植物生产系统中，目前主要有温室补光、植物组培、植物工厂、食用菌等领域对LED光源具有广泛的需求。采用LED植物光源对温室植物实施补光，能够增加光照量和光照时数，改善温室内的光谱分布，促进植物生长，提高产量和品质，进而减少化学药品的投入。

　　　1．植物生产对LED光源的需求分析

　　植物生产系统中，目前主要有温室补光、植物组培、植物工厂、食用菌等领域对LED光源具有广泛的需求。

　　（1）温室补光。设施种植主要在冬季进行，其主要目的就是实施反季节生产，保障园艺产品的周年供给，促进农民增收和丰富节日市场，解决民生问题。东部大城市对冬季果蔬的需求量极大，在大城市的辐射区域已经发展起庞大的冬季设施种植产业。每年的冬春时段是我国设施果蔬生长发育的关键时期，但是在南方地区，这个时段也正值连续阴雨寡照频发的时段；在北方地区，由于白天光照时间短，这个时段也面临光照时数和光照量不足的问题。光照不足严重抑制设施温室的果蔬生产，植株生长迟滞，病害严重，结果造成大量减产，品质下降，不能取得预期收益，甚至亏本。在生产中，农民主要依赖激素和农药来抵御这种由光照不足所引起的种种问题，这直接导致化学药品的过量使用和残留，引起人们对食品安全的忧虑。采用LED植物光源对温室植物实施补光，能够增加光照量和光照时数，改善温室内的光谱分布，促进植物生长，提高产量和品质，进而减少化学药品的投入。

　　（2）植物工厂。更多地采用电光源为植物生长发育提供光能是植物工厂中唯一发展方向。电光源将是植物工厂高产栽培和实现按计划周年稳定生产的一项重要技术措施。LED用作植物工厂的光源，具有多种优势：LED光输出半宽窄，接近单色光，单独使用或组合使用均可，生物能效高，使用LED可以集中特定波长的光均衡地照射植物，不仅可以调节作物开花与结实，而且还能控制株高和植物的营养成分； LED属于冷光源，热负荷低，可以置于离植物很近的地方而不会把作物烤伤，光的利用率很高，可用于多层栽培立体组合系统；LED外形体积小，可以制备成多种形状的器件，占用空间很小，安装方便，使植物工厂小型化；此外，其特强的耐用性也降低了运行成本。LED已成功应用于多种植物的栽培系统，如莴苣、菠菜等。

　　（3）组培与育苗工厂。组培育苗，是一项能获得大量同源母本基因幼苗的生物技术，已经形成了市场应用规模庞大的产业，广泛应用于农业和园艺生产、生态与经济林培育，是现代高效农业的支柱之一。例如：名贵观赏植物、大宗观赏植物；大宗经济作物；生态和经济林建设所需苗木，都采用工厂化组培技术获得种苗。国外正在加大LED在植物组培和工厂化组培育苗上的研究和应用推广力度，这是因为植物组培及其工厂化育苗产业完全依赖于电光源，这为电光源提供了巨大的消费市场，LED将首先在该产业领域获得突破性应用。

　　2.养殖生产对光源的需求分析

　　代畜牧业普遍采用人工照明促进生产，对自然光照不足的规模化设施养殖尤其重要。目前畜牧业养殖中的人工光源一般采用白炽灯和荧光灯等。照明的颜色、强度、时长及间断控制等都会对养殖动物的行为习性、生理特性、生长发育等产生应激，最终影响动物的生产性能。养殖动物对照明的需求贯穿整个生长周期，而且因动物的种类和年龄阶段不同而异，因此畜牧业生产中的照明不仅要低能耗、长寿命，而且应具有高度的可调控性。而目前采用的白炽灯和荧光灯仅能为动物活动提供必需的可视光线，无法胜任对照明颜色、强度、时长及间断控制的调控要求。LED光源的优越性已得到越来越广泛的认识，应用需求日益迫切。

　　3.微藻培养对光源的需求分析

　　光照作为一个复杂的生态因子，其对微藻细胞生长的作用因素主要包括光强、光质和光周期。由于对光强和光周期的控制容易实现，因此国内外在光强和光周期对微藻生长影响方面的研究已经比较清楚，而关于光质对微藻生长的研究还比较少。但从一些初步的研究结果中可以看出，光质对微藻的影响更为重要。如不同深度海水中光的分布不同决定了微藻的不同分布。红光因其波长较长，能量较低，在海水中的透射率较低，仅在几米深处便会被完全吸收；紫色和蓝色等短波光容易被水分子散射，不能潜入到很深的海水中，只有绿光在海水的深处占有较大的优势。目前生成用于微藻培养科研或农业生产所需要的特定波段光质的方式主要有两种：一是利用人工光源如白炽灯、日光灯等，然后用滤光片或有色聚氯乙烯薄膜来滤出所需要的光质。二是利用不同稀土荧光粉按比例混合后，制作成40W长管型荧光灯或SSW的H型荧光灯。改变荧光粉的混合比例，可以得到不同光质的农用人工光源，供不同植物幼苗栽培应用。但利用上述两种手段所得的光质并不精确，波谱范围在上百个纳米，不仅无法保障研究结果的精确，而且会导致光能的损失。LED光源波长可以精确到1纳米、可以实现不同光质的任意配比的独特优点，使其在需光生物的培养上具有其他光源无法比拟的优势。可为研究光质对微藻生长和次生代谢产物积累的规律提供基础，显著促进微藻生长从而提高其产量。（未完，全文请查看《半导体照明》杂志2011年1月刊编辑：maysoong）

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