LED 光源在農(nóng)業(yè)照明領(lǐng)域中的應(yīng)用研究

巢遠貴

長沙大學(xué)（湖南 長沙 410000）

0 引言

為了提升我國的農(nóng)業(yè)產(chǎn)量，一些地區(qū)在當(dāng)?shù)卣拇罅ν茝V與支持下運用了LED 光照技術(shù)。如陜西楊凌農(nóng)業(yè)示范區(qū)，其利用先進的工業(yè)技術(shù)，建立了具有太陽能光伏功能的LED 植物工廠。在我國2010 年12 月舉辦的植物工廠創(chuàng)新成果發(fā)布會上，國內(nèi)眾多廠商看準了LED光源在農(nóng)業(yè)中的潛力，都積極研發(fā)相關(guān)的配套產(chǎn)品。如北京中環(huán)易達設(shè)施園藝科技有限公司根據(jù)LED 的優(yōu)勢推出了“家庭版的植物工廠”以及“家庭園藝”系列產(chǎn)品。

1 在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用LED 光源的優(yōu)勢

在我國的農(nóng)業(yè)發(fā)展中，為了提升產(chǎn)量，同時也為了讓人們可以在冬天吃到美味可口的西瓜等反季節(jié)蔬果，溫室大棚得到了發(fā)展。隨著溫室大棚栽培技術(shù)的廣泛推廣，控制溫室大棚的人工氣候室就顯得尤為重要[1]。如何在控制溫度、亮度的前提下節(jié)省能源，以符合我國綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展理念，就成了亟待解決的現(xiàn)實問題。因此，具有高效、節(jié)能等優(yōu)點的LED 植物燈成為農(nóng)業(yè)發(fā)展中的必要選擇。與以往常規(guī)燈具相比，LED 燈具有光源效果高、綜合發(fā)熱低、體積小、使用壽命長等優(yōu)點，在農(nóng)業(yè)照明領(lǐng)域具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。

植物的生長離不開水、空氣以及光源，這是植物生長的三大基本條件。其中，水與空氣的需求很容易滿足，而光源的實施就需要一定的技術(shù)手段支持[2]。良好的光源不僅可以促進植物的生長，同時還可以為植物生長提供必要的溫度，有助于其應(yīng)對惡劣天氣。目前，我國傳統(tǒng)的人工照明存在諸多缺陷。人工照明中的光源、光譜經(jīng)過分解，基本為線狀譜線，線狀譜線與植物自身的光合作用匹配效果不理想。而且，在人工照明中，使用白熾燈泡、日光燈管、鈉燈等照明設(shè)備，不僅耗電量極大，而且在使用過程中容易產(chǎn)生過多的熱輻射，對植物生長光激勵效率不高。

在植物的生長過程中，為滿足其生長發(fā)育所需的氧氣、能量，促使其生成葉綠素，光源是不可缺少的物理環(huán)境因素之一。通過對光源的綜合分析，得出對植物產(chǎn)生重要作用的光線光譜主要是紅光和藍光。紅光的波長主要為630 ～660 nm，其可以幫助植物開花結(jié)果；藍光的波長主要為450 ～470 nm，藍光可以幫助植物長莖生葉。LED 光源具備以上兩種光線，其不僅可以促進植物的生長，還可以延長花期，提高生長品質(zhì)[3]。在植物大棚中，LED 光源與電腦配合，可以作為補充光照，在任何時間段增強光照，提升整體照明效果。而且，通過計算機系統(tǒng)的綜合控制，無論黃昏或夜晚，LED 光源都可以有效延長和科學(xué)控制植物生長所需的光照時間。在溫室種植中，LED 植物燈是代替日照的最佳光源，可以實現(xiàn)對某些特殊品種的“24 小時看管”。

因此，對溫室植物種植而言，LED 光源起到了非常重要的效果。在早期使用的植物照明光源中，由于其并非全光譜光源，因此無法為植物的生長提供必要的光照。而LED 光照技術(shù)對現(xiàn)有的照明技術(shù)進行了有效的革新，在植物生長過程中運用該技術(shù)，將有效縮短植物生長所需的時間。

2 LED 光源在農(nóng)業(yè)照明領(lǐng)域的市場需求

在我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)中，使用的照明燈具主要是高壓鈉燈、熒光燈以及白熾燈。在這三種燈光的使用中，高壓鈉燈因具有效率高、壽命長、面積廣的特點而被廣泛運用[4]。在溫室大棚中，使用一整套的高壓鈉燈（以飛利浦高壓鈉燈燈具為例），其所需功率約為400 W,價格為300 ～400 元。目前，我國溫室面積約為0.35×108m2，保守估計，按每15 m2一支鈉燈計算，那么至少需要230萬支高壓鈉燈才可以滿足基本需求。因此，對財力、能源等都產(chǎn)生了較高的消耗。

目前，在我國的農(nóng)業(yè)發(fā)展中，主要采用密閉式植物生長系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，其分支植物組培、植物工廠、食用菌工廠等普遍使用了傳統(tǒng)熒光燈作為照明光源。在組培生產(chǎn)中，如使用飛利浦T5 三基色熒光燈燈管（每根燈管長86 cm、直徑16 m），所需的功率約為28 W，整體價格為18 ～20 元[5]。為了更好地分析光照需求，在組培室中，設(shè)置有組培架，共3 層，每層面積為4 500 m2（90 cm×50 cm）。按每層5 根燈管計算，總共需要150根燈管。據(jù)統(tǒng)計，在光源的設(shè)置需求中，全國約有2×107m2的植物組培面積，按一年300 個光照日計算，最少需要飛利浦T5 三基色熒光燈燈管約3 億根，需要投入50 億元～60 億元人民幣，資金需求量極大。

除了種植領(lǐng)域，在現(xiàn)代畜牧業(yè)中，為保證家禽的生長需求與孵化需求，普遍采用人工照明促進生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，在25 棟雞舍（總量10 萬套）規(guī)模的飼養(yǎng)廠（家禽）中，為了維持日常的照明需求，至少需要1 875 支100 W 燈泡。根據(jù)綜合預(yù)算分析，按10 萬套年產(chǎn)1 500 t 計，至少需要370 萬支燈泡，一年下來，25 棟雞舍（總量10 萬套）規(guī)模的家禽飼養(yǎng)廠（全國）的照明需求約60 億元。

3 LED 光源的廣闊前景

我國是農(nóng)業(yè)大國也是人口大國，基于龐大的人口基數(shù)，農(nóng)業(yè)的地位以及重要性不言而喻。隨著農(nóng)業(yè)科技水平的不斷進步，相應(yīng)的挑戰(zhàn)也不斷增加。在這些挑戰(zhàn)中，除人工因素外，還有氣候變化等不可控因素，這些因素對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響日益加大。此外，在農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展中，人工污染對環(huán)境造成的嚴重破壞引起了國家及社會的重點關(guān)注，世界能源總量亦頻頻告危[6]。為了緩解上述現(xiàn)象，我國提出了綠色發(fā)展的綜合理念，在以高技術(shù)、低能耗、高效性為指導(dǎo)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展中，全面貫徹落實綠色節(jié)能的重要方針。

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，在產(chǎn)能提升的今天，日益龐大的需求為LED 光源的廣泛推廣提供了必要的發(fā)展平臺，為LED光源的綜合發(fā)展提供了基礎(chǔ)。LED 光源不僅有助于提升產(chǎn)能，而且還具有節(jié)能、環(huán)保、高效、便利、接受性高等優(yōu)點。我國是發(fā)展中國家中最大的工廠化植物組培育苗的生產(chǎn)基地和出口基地，也是目前全世界最大的組培苗消費市場。在農(nóng)業(yè)發(fā)展中，我國具有極佳的爆發(fā)力和絕佳的發(fā)展?jié)摿?。因而，LED 光源的農(nóng)業(yè)照明發(fā)展前景非常廣闊[7-8]。

為了更好地促進類似技術(shù)的研發(fā)運用，我國提出了戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)扶持政策，并將2020 年定為新興產(chǎn)業(yè)繼續(xù)扶持年。在新興產(chǎn)業(yè)繼續(xù)扶持年中，各地政府將會依照我國的發(fā)展要求，出臺更多更優(yōu)惠的政策和措施，支持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)低能耗、高附加值、綠色節(jié)能環(huán)保的發(fā)展。LED 光源的發(fā)展應(yīng)抓住眼前的形式及機遇，在市場中大力拓展。

4 結(jié)束語

綜上所述，我國現(xiàn)有農(nóng)業(yè)照明市場需求量大，并且其規(guī)模呈現(xiàn)高度綜合發(fā)展的趨勢。但隨著我國農(nóng)業(yè)照明需求的不斷擴大，隨之而來的是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中耗電量的大幅增加，這與我國綜合發(fā)展、綠色節(jié)能的理念背道而馳。LED 照明技術(shù)的廣泛運用，可以在農(nóng)業(yè)照明市場的現(xiàn)狀中尋求全新的機遇以及高能源消耗解決方案，加快我國新型農(nóng)業(yè)的發(fā)展步伐。