LED農業(yè)照明 又名：植物照明

　　現狀

 

　　多年來，國內外學者圍繞LED光源在植物照明領域的應用進行了不懈的探索，取得了重要進展。首先，就紅藍光及其組合光源對植物生長發(fā)育的影響進行了研究，充分證明了紅藍光作為光源栽培植物的可行性[9～13]。Tanaka等利用LED進行植物栽培，結果表明，占空比達25%～50%時，可加速植物生長。復合光質比單一光質更適合植物生長，可以正常培育植物。在我國，LED在育苗、蔬菜栽培和溫室補光方面的應用效果也做了一些研究和報道，節(jié)能效果顯著。到目前為止，LED已成功用于植物的栽培，并在植物補光、組培、植物工廠以及航天航空領域取得重要進展。

 

　　人工照明是畜禽養(yǎng)殖業(yè)環(huán)境控制的重要手段之一。養(yǎng)殖業(yè)領域使用的人工光源難以實現針對畜禽的生理需求進行光質調控，制約著畜禽生產效率的提高。研究人員通過適當的LED光照調節(jié)，顯著促進了畜禽生長，并提高其免疫力，提升畜禽養(yǎng)殖的生產潛力。表明LED在設施養(yǎng)殖業(yè)中的應用是可行的，具有很好的應用前景。劉衛(wèi)東等研究了紅光、白光分別在連續(xù)光照(23L∶1D)和間歇光照(1L∶3D)下對AA商品肉仔雞生產性能的影響，結果表明，間歇光照可提高肉仔雞的飼料報酬，紅光既可提高肉仔雞的飼料報酬，又可提高肉仔雞的生長速度，在紅光和間歇光照的共同作用下，肉仔雞的飼料報酬最高，體重較大，經濟效益最好。

 

　　意義

 

　　我國是農業(yè)大國，當前農業(yè)技術發(fā)展的同時，農業(yè)發(fā)展面臨的問題也在不斷增加，比如氣候變化對農業(yè)生產的影響日益加大等，高技術、低耗、高效的現代化農業(yè)成為農業(yè)發(fā)展的重要方向，在我國農業(yè)發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位，備受重視。2010年國務院一號文件《中共中央國務院關于加大統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展力度進一步夯實農業(yè)農村發(fā)展基礎的若干意見》也明確表明，要積極支持農業(yè)發(fā)展方式的轉變，提高農業(yè)科技創(chuàng)新和推廣能力等。

 

　　應該看到，隨著現代化農業(yè)的不斷發(fā)展，農業(yè)照明的需求和能耗在不斷擴大，對傳統(tǒng)農業(yè)照明燈具技術也提出了新的挑戰(zhàn)。LED作為新一代光源，除了環(huán)保節(jié)能的特點外，相較傳統(tǒng)農業(yè)領域常用熒光燈或高壓鈉燈等人工光源，具有光量可調整、光質可調整、冷卻負荷低與允許提高單位面積栽培量等特點，對封閉有環(huán)控的農業(yè)生產環(huán)境，如植物組織培養(yǎng)室等是一種非常適合的人工光源。同時在養(yǎng)殖，微藻培養(yǎng)等方面也擁有巨大的應用價值。

 

　　可以預見，LED的應用將會給農業(yè)帶來更多革新，比如植物工廠被認為是設施農業(yè)高級發(fā)展階段，集現代生物技術、信息技術、人工環(huán)境控制等多種高技術于一體，不僅產量高于露地栽培多倍，而且還可以在非可耕地上如戈壁、荒漠、海島、水面甚至城市大樓里進行生產，也被認為是未來解決人口、資源、環(huán)境等問題有效技術手段。

 

　　無論是從促進現代化農業(yè)發(fā)展的角度，還是實現節(jié)能環(huán)保的角度，LED應用于農業(yè)都具有非常重要的意義，而農業(yè)的地位及發(fā)展需求也為LED提供了發(fā)展機遇。

 

　　國內農業(yè)照明中已開始采用LED，比如國內一些農業(yè)示范區(qū)建立太陽能光伏LED植物工廠等。除了一些應用外，LED在農業(yè)領域應用的相關技術研發(fā)也日漸受到關注。2010年12月“植物工廠創(chuàng)新成果發(fā)布會”在中國農業(yè)科學院舉辦，中國農業(yè)科學院所屬高科技企業(yè)推出了家庭版植物工廠以及家庭園藝系列產品，并分別與數十家國際知名企業(yè)簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，就LED植物照明光源、工業(yè)控制、空調環(huán)境控制、營養(yǎng)液制劑等領域的技術創(chuàng)新、市場開發(fā)等達成一致，簽訂了戰(zhàn)略聯盟。發(fā)布會的召開不僅標志著國內首例家庭版植物工廠正式誕生，也預示著植物工廠研發(fā)的戰(zhàn)略聯盟正式形成。

 

　　另外，隨著LED技術的發(fā)展，美國、日本、韓國等國紛紛將LED農業(yè)照明應用作為重要的發(fā)展方向，積極布局。國內外的眾多廠商也紛紛進軍農業(yè)照明，LED在農業(yè)照明領域的競爭正在悄然進行。

 

　　發(fā)展

 

　　科技部在深圳會展中心組織“十一五”國家863計劃半導體照明重大項目科技成果匯報展，全面展示“十一五”863計劃半導體照明重大項目取得的成果和科技創(chuàng)新成就。科技部副部長曹健林親臨展會視察。

 

　　應科技部邀請，南京農業(yè)大學農學院徐志剛教授承擔的863計劃項目“半導體照明光源在植物組培中的應用研究”到會參展。南京農業(yè)大學展示的“LED植物組培燈”、“LED植物燈”、“LED智能生物培養(yǎng)箱”和“LED植物培育智能光控系統(tǒng)”等系列研究成果受到產業(yè)界廣泛關注，多家上市公司表達了合作研發(fā)意愿。曹健林在南京農業(yè)大學展位前駐足視察，聽取了南京農業(yè)大學承擔的863項目科研成果介紹，給予了熱情的鼓勵和稱贊。半導體照明重大項目首席專家、中科院半導體所所長李晉閩陪同視察。

 

　　在國家“十一五”863高技術研究計劃中，科技部創(chuàng)新性的開啟了LED在農業(yè)領域應用的研究進程，經過競爭答辯，南京農業(yè)大學成功獲得863課題立項和資助，這是“十一五”期間唯一得到國家立項的農業(yè)照明類課題。基于5年多的成果積累和組培室特征，該項目組通過優(yōu)化光譜能量參數、制造工藝和外形設計，研制出的LED組培燈，具有高效、節(jié)能、長壽命和安裝便捷的特征。[2]

 

　　開發(fā)與推廣

 

　　開發(fā)

 

　　人工補光和照明是LED農業(yè)領域最重要的應用方式，根據動植物發(fā)育的不同需求，采用不同波長的單色光組合起來作為人工光源，并具有光照強度、照射頻率以及不同時間間隔靈活可調的特性，已經在生產中得到一定的推廣應用。LED光源的產品可根據生產需要和應用場合的不同，設計出不同的類型，據了解，應用較廣的有LED圓頭燈、LED光源板、LED燈管、LED柔性燈帶等。

 

　　市場上已經有大量的LED植物照明產品，但在畜牧養(yǎng)殖業(yè)中，LED照明燈具產品相對偏少。2010年2月，在亞特蘭大國際禽內養(yǎng)殖設備展上，ONCE公司AGRISHIFTTM推出漸變式禽類養(yǎng)殖LED燈，該LED采用定時器來實現光周期的控制，比較簡易，但不太符合不同禽類及不同生長階段對光色、光強和光周期的需要，畜牧養(yǎng)殖業(yè)的LED專用產品有待進一步開發(fā)。

 

　　國內的農業(yè)照明燈具用途與產品類型和國外基本相同，主要包括LED植物生長燈(LED圓頭燈、LED光源板、LED燈管、LED柔性燈帶)、LED農業(yè)害蟲誘捕燈、LED誘魚燈、LED畜禽場照明燈等。

 

　　與家居照明燈具比較而言，目前國內的LED農用照明燈具存在著產品雜亂，生產設計不規(guī)范，缺乏統(tǒng)一的產品標準和質量管理等問題。以目前應用市場最大的植物照明燈具為例，盡管都根據植物的需求選擇了以紅光和藍光為主的LED燈珠配置，但是在光質調節(jié)、光照強度設計方面缺乏科學統(tǒng)一的規(guī)范，更缺乏針對植物照明特殊的高溫、高濕環(huán)境所進行的防水、防電及耐腐蝕設計，從而造成了一些植物生長燈產品存在安全隱患，使用壽命也不長。

 

　　推廣

 

　　隨著LED應用逐漸向生物、醫(yī)療、健康等領域發(fā)展，LED在植物生長領域應用的巨大市場潛力已逐步得到重視，國際上一些公司開始涉足LED植物照明領域。業(yè)內人士表示，這些廠家的共同特點是資金和技術實力強大。其中一部分是自身具有芯片生產、封裝領域知識產權并同時具有植物照明領域核心自主知識產權的合作者，正計劃向LED植物照明光源方向發(fā)展的公司；另一部分是具有良好的品牌、客戶市場和銷售渠道的傳統(tǒng)植物生長光源廠家，并且在LED領域也具有強大實力，有潛力向LED植物照明光源方向發(fā)展的公司。

 

　　中國大陸方面，進軍農業(yè)照明應用領域的廠家很多，但絕大部分為小企業(yè)和私營企業(yè)，主要分布在深圳市和我國華南地區(qū)，但大都沒有形成銷售規(guī)模，尚處初級階段。

 

　　在農業(yè)應用上，我國政府一方面通過對科研項目的支持加快LED在農業(yè)應用領域的應用步伐，如“十一五”期間，通過863計劃設立了1項課題，“十二五”期間亦將有數個LED農業(yè)科研項目的立項支持。一些地方政府也通過建立農業(yè)科技示范園等形式，鼓勵引入節(jié)能高效的LED農業(yè)照明應用項目在園區(qū)使用。

 

　　對于當前國內LED在農業(yè)方面的應用，楊其長認為，總體上來看，國家對LED農業(yè)應用方面的政策支持及研發(fā)投入相對偏少，在一定程度上影響了LED在農業(yè)領域的推廣應用。LED光源在農業(yè)領域的研究還屬起步階段，缺乏系統(tǒng)完善的研究，相應的技術水平也較低，必須加大研究開發(fā)的力度，增加研發(fā)資金投入，加強示范應用與宣傳，提高行業(yè)的自主創(chuàng)新能力，全方位提升企業(yè)整體素質和行業(yè)整體競爭力。

 

　　根據國務院一號文件精神，創(chuàng)建現代農業(yè)示范區(qū)將是提高農業(yè)科技創(chuàng)新和推廣能力的重要途徑。有業(yè)內人士表示，增加LED在農業(yè)生態(tài)示范區(qū)，應該是促進LED在農業(yè)應用中發(fā)展的重要途徑。

 

　　差距及問題

 

　　研究投入不足

 

　　日本、韓國政府對于LED在生物領域的應用高度重視，政府和大企業(yè)、大集團巨資投入該領域的研發(fā)與示范應用。盡管國家發(fā)展改革委、財政部、科技部、工業(yè)和信息化部、住房城鄉(xiāng)建設部等國家六部委出臺《半導體照明節(jié)能產業(yè)發(fā)展意見》，意見中明確提出：發(fā)展醫(yī)療、農業(yè)等特殊用途的半導體照明產品。但是并沒有專項支持，我國政府LED農業(yè)應用的項目支持只是在863半導體照明專項中有零星的項目支持，在農業(yè)科技項目中還沒有任何專項給予支持，這與LED農業(yè)領域存在的巨大應用潛力極不相稱。

 

　　技術成熟度不高

 

　　LED技術已經廣泛應用于顯示屏、背景光、交通訊號顯示光源、汽車用燈等多個領域，并取得成功，但LED在我國農業(yè)領域的應用才剛剛起步。目研究已經證明LED在農業(yè)領域應用的可行性，但是在農業(yè)LED光源開發(fā)方面仍缺乏適用于農業(yè)生產的精確可靠的光源技術指標體系，這主要是國家在LED農業(yè)應用研究方面的投入不夠，應用基礎研究力度不足所致，需要國家加大支持力度，對其作進一步深入的研究，形成一套成熟完善的農用LED光源技術，為農業(yè)LED光源的進一步開發(fā)利用提供理論依據與技術支持。

 

　　企業(yè)競爭力不強

 

　　目前國內生產LED農業(yè)照明燈具的企業(yè)中，生產中低端產品的中小企業(yè)占據了大多數，缺乏核心自主知識產權和系統(tǒng)性研究，能夠參與國際競爭的龍頭企業(yè)集團寥寥無幾。此外，LED農業(yè)照明產品良莠不齊，產業(yè)化與標準化程度較低，成本較高，缺乏市場競爭力。

 

　　成本依然偏高

 

　　成本是一個產品能否具有市場競爭力的關鍵因素，也決定了這種產品能否得到用戶的認可，能否占據一定的市場份額。對于LED農業(yè)照明光源來說，價格高是限制其發(fā)展的主要因素之一。

 

　　缺乏政策扶持