LED新科技對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的研究

張劍

[摘 要]伴隨著新科技的飛速發(fā)展，LED在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用備受到人們的關(guān)注。LED具有其特殊性質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)光源無(wú)法替代的節(jié)能、環(huán)保、高效等優(yōu)點(diǎn)。本文通過LED對(duì)農(nóng)作物的研究，實(shí)現(xiàn)LED新技術(shù)在未來(lái)農(nóng)業(yè)的普及與展望。

[關(guān)鍵詞]LED 農(nóng)業(yè) 光照

中圖分類號(hào)：TH409 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）32-0000-01

近現(xiàn)代社會(huì)，人們面臨著三大問題即環(huán)境、食品和資源。在過度追求食品產(chǎn)量和質(zhì)量同時(shí)，也造成了環(huán)境破壞和資源不合理的利用，尤甚者直接導(dǎo)致食品的安全問題。如何走可持續(xù)發(fā)展道路，是擺在當(dāng)今人們的重要課題。實(shí)現(xiàn)LED新技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，是未來(lái)科技發(fā)展的走向。

LED是一種半導(dǎo)體固體的發(fā)光器件，是利用固體半導(dǎo)體芯片為發(fā)光的材料，它將電能轉(zhuǎn)化為可見光和輻射能。它是一種環(huán)保、節(jié)能、高效的新型發(fā)光材料。它具有以下特性：1、發(fā)光率高。LED經(jīng)過幾十年的技術(shù)改良，其發(fā)光率大為提高。其光效將達(dá)到50～200流明/瓦，單色好、光譜窄，可直接發(fā)出有色的可見光。2、耗電少。LED采用直流驅(qū)動(dòng)，反應(yīng)快，可以在高頻下操作。如：采用光效比熒光燈還要高兩倍LED代替一半的白熾燈和熒光燈，可節(jié)約60億原油。具有巨大可觀的經(jīng)濟(jì)效益。3、壽命長(zhǎng)。LED燈體積小、輕、環(huán)氧樹脂封裝，可以承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊和震動(dòng)，不輕易碎壞。平均壽命在10萬(wàn)小時(shí)。降低燈具的維護(hù)費(fèi)用，避免經(jīng)常換燈頻次。4、安全可靠。發(fā)熱量低，無(wú)熱輻射，能精確控制光型和發(fā)光角度。內(nèi)置處理系統(tǒng)可以控制發(fā)光強(qiáng)度，調(diào)整發(fā)光方式，實(shí)現(xiàn)光與藝術(shù)的相結(jié)合。5、環(huán)保。其為全固體發(fā)光體，耐震、耐沖擊不容易破碎，可回收，沒有污染。光源體積小，易隨意組合，便于安裝和維護(hù)。其節(jié)能效果是可在一年之內(nèi)收回光源節(jié)約投資，可獲得4～9年的節(jié)能凈收益。

農(nóng)業(yè)是人們利用動(dòng)植物的生長(zhǎng)發(fā)展規(guī)律，經(jīng)過人工培育獲得產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)。農(nóng)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的很多領(lǐng)域如設(shè)施植物生產(chǎn)、集約化養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)捕撈等，都與人工照明有著極其密切關(guān)系。

光照是地球上生物生存與繁衍的基礎(chǔ)，植物的光合作用更離不開光照。在自然界，太陽(yáng)光隨著地理緯度、季節(jié)和天氣的影響而不同。同時(shí)光也是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基本要素之一，它是調(diào)控植物生長(zhǎng)和形態(tài)、新陳代謝、基因的表達(dá)等。在植物界，占主導(dǎo)地位是綠色植物，其葉體的葉綠素對(duì)太陽(yáng)光有兩個(gè)吸收高峰即420納米附近的藍(lán)區(qū)和660納米附近的紅區(qū)。藍(lán)光可以促進(jìn)綠葉生長(zhǎng)，而紅光有助于開花結(jié)果以及延長(zhǎng)花期。LED發(fā)出光為單色光，可以自由選擇紅外、紅色、橙色、綠色等發(fā)光光譜，可根據(jù)不同的植物需求進(jìn)行組合利用。這樣不僅節(jié)能，而且可以提高植物對(duì)光能的吸收利用率。

人們?cè)诶萌斯す庠赐黄谱匀粭l件的局限性，使植物不受天氣條件的影響，使種苗生產(chǎn)效率提高，這使人工光型植物工廠的發(fā)展成為可能。植物照明、溫室大棚、植物栽培、植物工廠和食用菌生產(chǎn)等可以采用LED代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源。在LED光源調(diào)控一方面降低植物種植或培養(yǎng)的能耗，另一方面選擇植物類型的多樣型，使對(duì)植物光生物更加全面深入研究。到目前為止，LED成功用于多種植物的栽培，其中包括：胡椒、胡瓜、小麥、菠菜等。

植物工廠被認(rèn)為新世紀(jì)取得革命性突破的重要技術(shù)手段之一。其通過計(jì)算機(jī)對(duì)設(shè)施內(nèi)植物生長(zhǎng)所需要的溫度、濕度、光照等進(jìn)行高精度的控制，以達(dá)到農(nóng)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)體系。在節(jié)能上LED的工藝應(yīng)加以改進(jìn)。LED以節(jié)能高效的特有優(yōu)勢(shì)吸引全世界的目光，在全球能源短缺的背景下，將會(huì)在農(nóng)業(yè)上獲得空前的發(fā)展。

伴隨著LED科技的發(fā)展，歐美、日本、韓國(guó)等紛紛將LED在農(nóng)業(yè)上作為重要的發(fā)展方向。眾多廠商進(jìn)軍農(nóng)業(yè)照明領(lǐng)域。全球LED在植物照明的產(chǎn)值從2013年，已呈現(xiàn)高速成長(zhǎng)，2017年可達(dá)5億美元。中國(guó)的市場(chǎng)也慢慢興起，未來(lái)的發(fā)展前景廣闊。LED光源在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用剛起步，在發(fā)展?jié)摿ι暇薮螅墓?jié)能和新型的光源的替代需求，為L(zhǎng)ED光源的農(nóng)業(yè)應(yīng)用提供了廣闊的市場(chǎng)空間。但其發(fā)展有不足和應(yīng)當(dāng)采取的措施：

LED新技術(shù)在農(nóng)業(yè)發(fā)展與不足

人工光利用是在封閉型植物生產(chǎn)體系發(fā)展起來(lái)的并于80年代進(jìn)入商業(yè)化。前期以高壓鈉燈為主，其易燒壞、浪費(fèi)空間距離。后利用熒光燈，其利用率低、能耗高，難以產(chǎn)業(yè)化。后期用LED，其特征廣泛運(yùn)用于農(nóng)作物。但是其價(jià)格高。目前國(guó)外市場(chǎng)出售LED的栽培光源，但種類較少，沒有完全達(dá)到自然光，對(duì)于谷物、水果、蔬菜等需求以及大型農(nóng)業(yè)實(shí)踐來(lái)說(shuō)較為困難。LED技術(shù)尚待完善。

LED新技術(shù)在農(nóng)業(yè)發(fā)展中采取的措施

1、降低成本。就目前LED照明的成本偏高，使其在農(nóng)業(yè)發(fā)展上的瓶頸，應(yīng)結(jié)合農(nóng)業(yè)自身的特點(diǎn)，去設(shè)計(jì)專門的LED燈具，降低不必要的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)投入。2、加大技術(shù)研發(fā)由于農(nóng)業(yè)生物的特殊性，有針對(duì)性研制相對(duì)應(yīng)的LED照明光源。在現(xiàn)在LED的發(fā)展還處在草創(chuàng)階段，難以滿足社會(huì)的龐大需求。3、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化。LED光源在培育苗、植物工廠、食用菌等領(lǐng)域上應(yīng)用技術(shù)已成熟，采取標(biāo)準(zhǔn)化，使一大批農(nóng)業(yè)LED光源的制造企業(yè)參與新產(chǎn)品的開發(fā)，推動(dòng)行業(yè)的快速發(fā)展。4、加大扶持力度。農(nóng)業(yè)的特殊性，光靠農(nóng)業(yè)企業(yè)的完成LED的投入，其困難程度較大。國(guó)家應(yīng)加強(qiáng)這個(gè)新興領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的投入，如形成若干的LED農(nóng)業(yè)光源示范工程，形成農(nóng)業(yè)與生物領(lǐng)域的不同應(yīng)用方向。

結(jié)論

LED在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已突顯積極地活力。但要實(shí)現(xiàn)普及，仍然需要努力。如何進(jìn)一步提高其光效、降低成本、提高農(nóng)作物產(chǎn)量等有待解決。在現(xiàn)代科技飛速發(fā)展，LED技術(shù)不斷成熟與完善，在不久的將來(lái)LED在農(nóng)業(yè)的領(lǐng)域會(huì)大有作為。隨著太陽(yáng)能光伏技術(shù)的發(fā)展及風(fēng)能、潮汐能、生物能等的新能源應(yīng)用，LED與這些新能源結(jié)合是必然趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)零污染排放，使工廠化農(nóng)業(yè)、摩天大樓農(nóng)業(yè)等能源利用效果大幅度提高，尤甚者會(huì)帶來(lái)農(nóng)作物生產(chǎn)體系的重大革命和突破。

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