LED农业照明 又名：植物照明

　　现状

 

　　多年来，国内外学者围绕LED光源在植物照明领域的应用进行了不懈的探索，取得了重要进展。首先，就红蓝光及其组合光源对植物生长发育的影响进行了研究，充分证明了红蓝光作为光源栽培植物的可行性[9～13]。Tanaka等利用LED进行植物栽培，结果表明，占空比达25%～50%时，可加速植物生长。复合光质比单一光质更适合植物生长，可以正常培育植物。在我国，LED在育苗、蔬菜栽培和温室补光方面的应用效果也做了一些研究和报道，节能效果显著。到目前为止，LED已成功用于植物的栽培，并在植物补光、组培、植物工厂以及航天航空领域取得重要进展。

 

　　人工照明是畜禽养殖业环境控制的重要手段之一。养殖业领域使用的人工光源难以实现针对畜禽的生理需求进行光质调控，制约着畜禽生产效率的提高。研究人员通过适当的LED光照调节，显著促进了畜禽生长，并提高其免疫力，提升畜禽养殖的生产潜力。表明LED在设施养殖业中的应用是可行的，具有很好的应用前景。刘卫东等研究了红光、白光分别在连续光照(23L∶1D)和间歇光照(1L∶3D)下对AA商品肉仔鸡生产性能的影响，结果表明，间歇光照可提高肉仔鸡的饲料报酬，红光既可提高肉仔鸡的饲料报酬，又可提高肉仔鸡的生长速度，在红光和间歇光照的共同作用下，肉仔鸡的饲料报酬最高，体重较大，经济效益最好。

 

　　意义

 

　　我国是农业大国，当前农业技术发展的同时，农业发展面临的问题也在不断增加，比如气候变化对农业生产的影响日益加大等，高技术、低耗、高效的现代化农业成为农业发展的重要方向，在我国农业发展中具有重要的战略地位，备受重视。2010年国务院一号文件《中共中央国务院关于加大统筹城乡发展力度进一步夯实农业农村发展基础的若干意见》也明确表明，要积极支持农业发展方式的转变，提高农业科技创新和推广能力等。

 

　　应该看到，随着现代化农业的不断发展，农业照明的需求和能耗在不断扩大，对传统农业照明灯具技术也提出了新的挑战。LED作为新一代光源，除了环保节能的特点外，相较传统农业领域常用荧光灯或高压钠灯等人工光源，具有光量可调整、光质可调整、冷却负荷低与允许提高单位面积栽培量等特点，对封闭有环控的农业生产环境，如植物组织培养室等是一种非常适合的人工光源。同时在养殖，微藻培养等方面也拥有巨大的应用价值。

 

　　可以预见，LED的应用将会给农业带来更多革新，比如植物工厂被认为是设施农业高级发展阶段，集现代生物技术、信息技术、人工环境控制等多种高技术于一体，不仅产量高于露地栽培多倍，而且还可以在非可耕地上如戈壁、荒漠、海岛、水面甚至城市大楼里进行生产，也被认为是未来解决人口、资源、环境等问题有效技术手段。

 

　　无论是从促进现代化农业发展的角度，还是实现节能环保的角度，LED应用于农业都具有非常重要的意义，而农业的地位及发展需求也为LED提供了发展机遇。

 

　　国内农业照明中已开始采用LED，比如国内一些农业示范区建立太阳能光伏LED植物工厂等。除了一些应用外，LED在农业领域应用的相关技术研发也日渐受到关注。2010年12月“植物工厂创新成果发布会”在中国农业科学院举办，中国农业科学院所属高科技企业推出了家庭版植物工厂以及家庭园艺系列产品，并分别与数十家国际知名企业签署战略合作协议，就LED植物照明光源、工业控制、空调环境控制、营养液制剂等领域的技术创新、市场开发等达成一致，签订了战略联盟。发布会的召开不仅标志着国内首例家庭版植物工厂正式诞生，也预示着植物工厂研发的战略联盟正式形成。

 

　　另外，随着LED技术的发展，美国、日本、韩国等国纷纷将LED农业照明应用作为重要的发展方向，积极布局。国内外的众多厂商也纷纷进军农业照明，LED在农业照明领域的竞争正在悄然进行。

 

　　发展

 

　　科技部在深圳会展中心组织“十一五”国家863计划半导体照明重大项目科技成果汇报展，全面展示“十一五”863计划半导体照明重大项目取得的成果和科技创新成就。科技部副部长曹健林亲临展会视察。

 

　　应科技部邀请，南京农业大学农学院徐志刚教授承担的863计划项目“半导体照明光源在植物组培中的应用研究”到会参展。南京农业大学展示的“LED植物组培灯”、“LED植物灯”、“LED智能生物培养箱”和“LED植物培育智能光控系统”等系列研究成果受到产业界广泛关注，多家上市公司表达了合作研发意愿。曹健林在南京农业大学展位前驻足视察，听取了南京农业大学承担的863项目科研成果介绍，给予了热情的鼓励和称赞。半导体照明重大项目首席专家、中科院半导体所所长李晋闽陪同视察。

 

　　在国家“十一五”863高技术研究计划中，科技部创新性的开启了LED在农业领域应用的研究进程，经过竞争答辩，南京农业大学成功获得863课题立项和资助，这是“十一五”期间唯一得到国家立项的农业照明类课题。基于5年多的成果积累和组培室特征，该项目组通过优化光谱能量参数、制造工艺和外形设计，研制出的LED组培灯，具有高效、节能、长寿命和安装便捷的特征。[2]

 

　　开发与推广

 

　　开发

 

　　人工补光和照明是LED农业领域最重要的应用方式，根据动植物发育的不同需求，采用不同波长的单色光组合起来作为人工光源，并具有光照强度、照射频率以及不同时间间隔灵活可调的特性，已经在生产中得到一定的推广应用。LED光源的产品可根据生产需要和应用场合的不同，设计出不同的类型，据了解，应用较广的有LED圆头灯、LED光源板、LED灯管、LED柔性灯带等。

 

　　市场上已经有大量的LED植物照明产品，但在畜牧养殖业中，LED照明灯具产品相对偏少。2010年2月，在亚特兰大国际禽内养殖设备展上，ONCE公司AGRISHIFTTM推出渐变式禽类养殖LED灯，该LED采用定时器来实现光周期的控制，比较简易，但不太符合不同禽类及不同生长阶段对光色、光强和光周期的需要，畜牧养殖业的LED专用产品有待进一步开发。

 

　　国内的农业照明灯具用途与产品类型和国外基本相同，主要包括LED植物生长灯(LED圆头灯、LED光源板、LED灯管、LED柔性灯带)、LED农业害虫诱捕灯、LED诱鱼灯、LED畜禽场照明灯等。

 

　　与家居照明灯具比较而言，目前国内的LED农用照明灯具存在着产品杂乱，生产设计不规范，缺乏统一的产品标准和质量管理等问题。以目前应用市场最大的植物照明灯具为例，尽管都根据植物的需求选择了以红光和蓝光为主的LED灯珠配置，但是在光质调节、光照强度设计方面缺乏科学统一的规范，更缺乏针对植物照明特殊的高温、高湿环境所进行的防水、防电及耐腐蚀设计，从而造成了一些植物生长灯产品存在安全隐患，使用寿命也不长。

 

　　推广

 

　　随着LED应用逐渐向生物、医疗、健康等领域发展，LED在植物生长领域应用的巨大市场潜力已逐步得到重视，国际上一些公司开始涉足LED植物照明领域。业内人士表示，这些厂家的共同特点是资金和技术实力强大。其中一部分是自身具有芯片生产、封装领域知识产权并同时具有植物照明领域核心自主知识产权的合作者，正计划向LED植物照明光源方向发展的公司；另一部分是具有良好的品牌、客户市场和销售渠道的传统植物生长光源厂家，并且在LED领域也具有强大实力，有潜力向LED植物照明光源方向发展的公司。

 

　　中国大陆方面，进军农业照明应用领域的厂家很多，但绝大部分为小企业和私营企业，主要分布在深圳市和我国华南地区，但大都没有形成销售规模，尚处初级阶段。

 

　　在农业应用上，我国政府一方面通过对科研项目的支持加快LED在农业应用领域的应用步伐，如“十一五”期间，通过863计划设立了1项课题，“十二五”期间亦将有数个LED农业科研项目的立项支持。一些地方政府也通过建立农业科技示范园等形式，鼓励引入节能高效的LED农业照明应用项目在园区使用。

 

　　对于当前国内LED在农业方面的应用，杨其长认为，总体上来看，国家对LED农业应用方面的政策支持及研发投入相对偏少，在一定程度上影响了LED在农业领域的推广应用。LED光源在农业领域的研究还属起步阶段，缺乏系统完善的研究，相应的技术水平也较低，必须加大研究开发的力度，增加研发资金投入，加强示范应用与宣传，提高行业的自主创新能力，全方位提升企业整体素质和行业整体竞争力。

 

　　根据国务院一号文件精神，创建现代农业示范区将是提高农业科技创新和推广能力的重要途径。有业内人士表示，增加LED在农业生态示范区，应该是促进LED在农业应用中发展的重要途径。

 

　　差距及问题

 

　　研究投入不足

 

　　日本、韩国政府对于LED在生物领域的应用高度重视，政府和大企业、大集团巨资投入该领域的研发与示范应用。尽管国家发展改革委、财政部、科技部、工业和信息化部、住房城乡建设部等国家六部委出台《半导体照明节能产业发展意见》，意见中明确提出：发展医疗、农业等特殊用途的半导体照明产品。但是并没有专项支持，我国政府LED农业应用的项目支持只是在863半导体照明专项中有零星的项目支持，在农业科技项目中还没有任何专项给予支持，这与LED农业领域存在的巨大应用潜力极不相称。

 

　　技术成熟度不高

 

　　LED技术已经广泛应用于显示屏、背景光、交通讯号显示光源、汽车用灯等多个领域，并取得成功，但LED在我国农业领域的应用才刚刚起步。目研究已经证明LED在农业领域应用的可行性，但是在农业LED光源开发方面仍缺乏适用于农业生产的精确可靠的光源技术指标体系，这主要是国家在LED农业应用研究方面的投入不够，应用基础研究力度不足所致，需要国家加大支持力度，对其作进一步深入的研究，形成一套成熟完善的农用LED光源技术，为农业LED光源的进一步开发利用提供理论依据与技术支持。

 

　　企业竞争力不强

 

　　目前国内生产LED农业照明灯具的企业中，生产中低端产品的中小企业占据了大多数，缺乏核心自主知识产权和系统性研究，能够参与国际竞争的龙头企业集团寥寥无几。此外，LED农业照明产品良莠不齐，产业化与标准化程度较低，成本较高，缺乏市场竞争力。

 

　　成本依然偏高

 

　　成本是一个产品能否具有市场竞争力的关键因素，也决定了这种产品能否得到用户的认可，能否占据一定的市场份额。对于LED农业照明光源来说，价格高是限制其发展的主要因素之一。

 

　　缺乏政策扶持