植物光照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的比較研究

李 錦，張?jiān)迄i，王 侃，華樹明

(1.國家電光源質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(北京)，北京 100022；2.國家節(jié)能中心，北京 100045；3.中國照明學(xué)會，北京 100009)

引言

光是植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子，地球上植物發(fā)育所需的光源主要來自于太陽輻射。由于植物對光具有選擇性吸收的特征，光合作用和能量轉(zhuǎn)化最多利用其中5%左右的光合有效輻射[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及農(nóng)業(yè)與生物產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，植物對有效光的利用已經(jīng)突破單純依靠太陽光的限制，人工光源代替或補(bǔ)充自然光源的不足已經(jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要手段。目前，在植物生產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)用人工光源的主要有溫室大棚、植物組培、植物工廠、育苗工廠以及病蟲害防治、生物物理防治等領(lǐng)域。

我國現(xiàn)有植物光照市場需求量大，并且隨著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，需求量還在不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品的安全性、可靠性、長壽命及可盈利性是植物光照產(chǎn)品能否取得市場接受和成功的關(guān)鍵。但是，由于光照技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用跨學(xué)科、跨專業(yè)、跨領(lǐng)域，植物光照產(chǎn)品也由原來的照明工具變?yōu)榱松a(chǎn)工具，因此，產(chǎn)品市場推廣應(yīng)用過程中存在很多的障礙需要解決。筆者通過梳理現(xiàn)有的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，從標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)層面進(jìn)行分析，試圖建立植物光照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化體系，幫助解決植物光照技術(shù)的市場推廣痛點(diǎn)問題。

1 植物光照產(chǎn)品在市場推廣中的主要技術(shù)障礙

1)產(chǎn)品種類繁多，質(zhì)量良莠不齊。植物生長用光照產(chǎn)品形式眾多，既有傳統(tǒng)植物光照產(chǎn)品，如金鹵燈、高壓鈉燈、熒光燈等，也有新興的LED植物光照產(chǎn)品，如LED球泡燈、LED平板燈等，并將隨著技術(shù)的發(fā)展而逐步變化。由于標(biāo)準(zhǔn)制定工作滯后于技術(shù)發(fā)展，企業(yè)為了快速占領(lǐng)市場，都按照自己的需求來進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)和銷售，導(dǎo)致市場亂象，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，嚴(yán)重影響用戶對產(chǎn)品的信心。

2)產(chǎn)品規(guī)格不統(tǒng)一，客戶無法正確選擇合適的產(chǎn)品。與常規(guī)照明產(chǎn)品不同，植物光照產(chǎn)品的光譜分布主要集中在植物所需的400～700 nm[2]范圍，且規(guī)格參數(shù)也相應(yīng)不同，例如照明產(chǎn)品的光通量以lm為單位，而植物光照產(chǎn)品通常是以μmol/s為單位。因此常規(guī)照明產(chǎn)品的規(guī)格劃分規(guī)則無法直接應(yīng)用于植物光照產(chǎn)品，客戶無法正確選擇適合自身需求的產(chǎn)品。

3)產(chǎn)品接口待標(biāo)準(zhǔn)化，彼此間互換性差。植物光照產(chǎn)品不僅種類繁多，同一類型的產(chǎn)品其接口也存在不一致的情況，有的甚至產(chǎn)品第二代新品與第一代同類產(chǎn)品的接口也完全不一致，不僅導(dǎo)致維修時(shí)間的增加，還提高了對維修人員的技能要求，增加維護(hù)成本和使用難度。

4)缺乏成熟智能化的植物光照系統(tǒng)。植物類型多樣，在生長過程中，需要不同的光譜，光照強(qiáng)度，時(shí)長以滿足其光照需求，這就需要智能化的植物光照系統(tǒng)。但是市場上缺乏成熟的智能植物光照系統(tǒng)。

5)應(yīng)用場景多，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)缺失。植物光照類產(chǎn)品應(yīng)用在植物生長的不同階段又可分為育苗燈、組培燈、生長燈、頂光/株間補(bǔ)光燈、花期誘導(dǎo)燈等。作為生產(chǎn)工具，在不同的應(yīng)用場景，植物對光譜分布、光輻射通量、光均勻度、光周期等要素的需求都不完全相同，因此，植物光照類的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)還需要做大量的工作去補(bǔ)充完善。

2 植物光照產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀分析

由于植物生長光照領(lǐng)域在光電參數(shù)、植物光生理反應(yīng)、使用環(huán)境、測量方法等方面以及定義、術(shù)語方面均不同于通用照明，其標(biāo)準(zhǔn)化工作是一個(gè)全新的體系。

2.1 國際標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范現(xiàn)狀分析

國際電工委員會IEC、國際照明委員會CIE、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO等國際標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)正在積極探索植物光照領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)工作的開展，但到目前為止，還未發(fā)布正式標(biāo)準(zhǔn)。一些非官方的組織機(jī)構(gòu)，開展了一些團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范的制定工作如表1所示。但由于缺失植物光照領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)框架體系，這些標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)文件存在一些問題：

1)數(shù)量不夠，沒有頂層設(shè)計(jì)，不成體系，比較凌亂；2)不符合產(chǎn)業(yè)需求，技術(shù)數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，沒有共同的技術(shù)語言，無法交流，客戶不知如何使用；3)長期規(guī)劃和短期需求的合理規(guī)劃、有機(jī)結(jié)合度不夠。

表1 植物光照領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范

2.2 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析

中國標(biāo)準(zhǔn)化組織及一些社會團(tuán)體在植物光照領(lǐng)域很活躍，開展了一些標(biāo)準(zhǔn)化工作，如表2所示，但存在的問題基本與國際標(biāo)準(zhǔn)的情況一致。

表2 植物光照領(lǐng)域國內(nèi)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和部分團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

綜上所述，雖然國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)化組織和機(jī)構(gòu)都在積極投入開展植物光照領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化工作，但是植物光照領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工作，目前還處于起步階段。

3 植物光照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的建議

植物光照是生物學(xué)、設(shè)施園藝學(xué)、植物生理學(xué)、植物營養(yǎng)學(xué)、光生物學(xué)、電學(xué)等多學(xué)科交叉和有機(jī)結(jié)合發(fā)展的產(chǎn)物，因此，除了需要學(xué)科間充分協(xié)作，標(biāo)準(zhǔn)體系的頂層設(shè)計(jì)也至關(guān)重要。只有從全局的角度出發(fā)，對不同層次，不同維度的要素統(tǒng)籌規(guī)劃，標(biāo)準(zhǔn)工作的開展才能有的放矢，各標(biāo)準(zhǔn)組織機(jī)構(gòu)之間才能實(shí)現(xiàn)資源共享，信息互聯(lián)互通。

通常標(biāo)準(zhǔn)體系包括：基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)、性能標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。植物光照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系可根據(jù)圖1進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。整個(gè)體系架構(gòu)中，藍(lán)色版塊是目前已經(jīng)開展的標(biāo)準(zhǔn)工作，主要側(cè)重基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)部分，而安全標(biāo)準(zhǔn)、性能標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)由于其難度較大，目前推進(jìn)緩慢。紅色部分是保障產(chǎn)品質(zhì)量、客戶應(yīng)用便利安全的基本標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)該在近期集中資源推進(jìn)完成，尤其是接口標(biāo)準(zhǔn)。目前市場植物光照產(chǎn)品品類多、應(yīng)用環(huán)境差異較大、隨著智能化程度的提高，可調(diào)光植物光照產(chǎn)品的應(yīng)用也越來越普遍。接口的標(biāo)準(zhǔn)化在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中發(fā)揮著重要的作用，機(jī)械安裝和電氣連接接口標(biāo)準(zhǔn)的建立不僅可為設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)互操作性與低成本，而且可以減少設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)所需的時(shí)間。紫色部分需要跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的專家共同投入研究，難度大、周期長，作為中長期規(guī)劃，可以成熟一個(gè)就推進(jìn)一個(gè)。

4 結(jié)語

綜上所述，通過標(biāo)準(zhǔn)化手段、標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)可以保證產(chǎn)品質(zhì)量，維護(hù)消費(fèi)者利益，規(guī)范市場準(zhǔn)入準(zhǔn)則，協(xié)調(diào)社會各方利益，建立穩(wěn)定的秩序。但植物光照技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)工作任重而道遠(yuǎn)，中國照明學(xué)會作為CIE的國內(nèi)唯一技術(shù)對口單位將發(fā)起倡議，積極協(xié)調(diào)推進(jìn)國際組織在植物光照技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的工作開展。同時(shí)，中國照明學(xué)會農(nóng)業(yè)照明專委會和標(biāo)準(zhǔn)化委員會，也將積極推進(jìn)團(tuán)體組織和機(jī)構(gòu)間的合作，按照標(biāo)準(zhǔn)體系內(nèi)容的輕重緩急，逐步完成標(biāo)準(zhǔn)的搭建。

圖1 植物光照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系Fig.1 Standard system of plant lighting technology