LED農(nóng)業(yè)照明效益分析及推廣建議

文_張?jiān)迄i 國家節(jié)能中心

1 背景

陽光是地球上生物賴以生存與繁衍的基礎(chǔ)，光照條件優(yōu)劣直接影響農(nóng)業(yè)生物的產(chǎn)量與品質(zhì)。由于人們生活水平不斷提高，農(nóng)業(yè)設(shè)施的快速發(fā)展，現(xiàn)有的溫室生長環(huán)境不能滿足植物的良好生長，因此，植物照明技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，除太陽的自然光外，人工光源也正在得到廣泛應(yīng)用，設(shè)施種植業(yè)、集約化養(yǎng)殖業(yè)、食用菌和微藻繁殖等，以及海洋捕撈的燈光誘魚、作物害蟲防治的燈光誘蟲等都與人工光照密切相關(guān)。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)照明光源正發(fā)揮著越來越重要的作用，補(bǔ)充人工光照已經(jīng)成為高效優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的重要手段，在提高產(chǎn)量、提升品質(zhì)、縮短周期等方面具有明顯效果。

由于不同生物的不同生長階段對(duì)光譜、光強(qiáng)和光周期需求不盡相同，采用高壓鈉燈、熒光燈、金屬鹵素?zé)簟谉霟舻葌鹘y(tǒng)光源產(chǎn)品存在效率低、光譜不可調(diào)、體積大、壽命短等問題，在造成大量能源消耗的同時(shí)，與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設(shè)施匹配性較差。相比之下，LED在農(nóng)業(yè)照明領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)和廣闊應(yīng)用前景，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)最有前途的人工光源，對(duì)提高資源利用率，減少環(huán)境污染，都具有十分重要的意義。具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 LED農(nóng)業(yè)照明優(yōu)勢(shì)

2.1 光譜可調(diào)，應(yīng)用廣

傳統(tǒng)人工補(bǔ)光產(chǎn)品因技術(shù)特性只能提供廣譜的光，很多波段的光譜作為無用光或反作用光摻雜其中，不僅能耗高，光質(zhì)難以調(diào)控，還導(dǎo)致很多農(nóng)業(yè)領(lǐng)域無法使用傳統(tǒng)人工光源。LED因其物理特性，可以定制光譜，為生物生長繁殖提供特定所需光譜，大大減少無用光或反作用光，極大擴(kuò)展了應(yīng)用領(lǐng)域。目前，LED農(nóng)業(yè)照明已在植物工廠、溫室補(bǔ)光、植保誘蟲、食用菌生產(chǎn)、畜禽養(yǎng)殖、微藻繁殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖與海洋捕撈等領(lǐng)域開展應(yīng)用。

2.2 提質(zhì)增產(chǎn)，效益好

在植物光照方面，普遍可實(shí)現(xiàn)果蔬類產(chǎn)品提升20%的產(chǎn)量，由于光合作用更加充分，促進(jìn)物質(zhì)吸收，有效提升細(xì)胞活性，提高產(chǎn)品品質(zhì)，同時(shí)大幅降低化學(xué)藥劑及藥品使用。在畜禽養(yǎng)殖方面，通過適當(dāng)?shù)腖ED光照調(diào)節(jié)，能夠顯著促進(jìn)畜禽生長，提升肉蛋產(chǎn)量及品質(zhì)，減輕和抑制雞的啄癖等，提高其免疫力，大大提高畜禽養(yǎng)殖的生產(chǎn)潛力。在水產(chǎn)養(yǎng)殖、誘魚捕撈、食用菌生產(chǎn)等方面也同樣提高了生產(chǎn)效益。

2.3 智能可控，效率高

農(nóng)業(yè)是一個(gè)系統(tǒng)化生產(chǎn)過程，隨著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，亟需提供可動(dòng)態(tài)調(diào)整光譜、光強(qiáng)和光周期的光照系統(tǒng)，LED作為半導(dǎo)體器件，可以高效便捷實(shí)現(xiàn)智能控制功能。未來，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、生產(chǎn)垂直化將是重要發(fā)展趨勢(shì)，光源能耗會(huì)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要支出成本，采用LED作為人工光源，在提升生產(chǎn)效率的同時(shí)，可大幅縮減電能消耗，降低用電成本。LED溫室補(bǔ)光可實(shí)現(xiàn)節(jié)能50%～80%，植物工廠、植物組培可以降低能耗約50%，節(jié)能效果極為顯著。在高海拔、山區(qū)、海島等物流不便的偏遠(yuǎn)地區(qū)，以及因疫情封閉的區(qū)域，亟需推動(dòng)農(nóng)業(yè)本地化，使用LED農(nóng)業(yè)照明產(chǎn)品，可有效提升新鮮時(shí)蔬供給、大幅降低物流運(yùn)輸與管理成本。

3 存在的問題

3.1 研發(fā)投入不足，政策支持較少

當(dāng)前，LED農(nóng)業(yè)光照領(lǐng)域還未得到國家充分重視，缺乏系統(tǒng)有效的政策支持。“十二五”期間，國家科技項(xiàng)目中LED農(nóng)業(yè)應(yīng)用的科研經(jīng)費(fèi)投入不到2000萬元?！笆濉眹覇?dòng)了兩項(xiàng)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“用于設(shè)施農(nóng)業(yè)的LED關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)應(yīng)用示范”“用于設(shè)施家禽與水產(chǎn)養(yǎng)殖的LED關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)應(yīng)用示范”，總經(jīng)費(fèi)約4500萬元。總體來看，研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入明顯不足，難以滿足快速發(fā)展的農(nóng)業(yè)光照應(yīng)用需求。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的特殊性決定了不是所有的LED光源都能不加選擇地直接使用，必須針對(duì)動(dòng)植物的需求進(jìn)行光源配方及特定光源研究。但長期研發(fā)經(jīng)費(fèi)的不足，嚴(yán)重滯后于現(xiàn)實(shí)對(duì)LED農(nóng)業(yè)照明技術(shù)的需求，迫切需要國家加大支持力度，完善農(nóng)業(yè)LED技術(shù)體系。

3.2 國際紛紛布局，國內(nèi)企業(yè)較弱

目前，飛利浦、歐司朗等國際巨頭已涉足LED農(nóng)業(yè)光照領(lǐng)域，他們以雄厚的資本布局這一領(lǐng)域的研發(fā)、制造和推廣應(yīng)用。我國LED農(nóng)業(yè)光照產(chǎn)值占比LED產(chǎn)業(yè)整體產(chǎn)值不到2%，其中以生產(chǎn)中低端產(chǎn)品的中小企業(yè)為主，缺乏核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和系統(tǒng)性研究能力，市場競爭力不強(qiáng)，難以與國際巨頭競爭。

3.3 產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺失，市場秩序混亂

我國在LED農(nóng)業(yè)光照領(lǐng)域還未出臺(tái)相關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，市場處于無序狀態(tài)，產(chǎn)品接口不統(tǒng)一、質(zhì)量參差不齊，同質(zhì)化、抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重，市場未成熟就進(jìn)入價(jià)格惡性競爭階段，嚴(yán)重打擊用戶應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)的積極性。雖然LED價(jià)格不斷下降，但與傳統(tǒng)光源相比仍然偏高，很大程度上限制了LED農(nóng)業(yè)照明光源的應(yīng)用與推廣，市場接受度存在一定障礙，同時(shí)缺乏成熟示范項(xiàng)目引導(dǎo)和廣泛宣傳推廣，市場認(rèn)知度還有待提高。

4 政策建議

4.1 加大研發(fā)投入，推動(dòng)惠農(nóng)補(bǔ)貼

加大對(duì)農(nóng)業(yè)LED的政策扶持力度，包括增加科研立項(xiàng)、農(nóng)用LED產(chǎn)品補(bǔ)貼等，以便更好地促進(jìn)農(nóng)業(yè)LED產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。圍繞LED農(nóng)業(yè)照明各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，加大LED農(nóng)業(yè)光照產(chǎn)品的研發(fā)力度，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(zhì)和行業(yè)整體競爭力。制定農(nóng)用LED應(yīng)用推廣的資金補(bǔ)貼政策，降低初始采購成本，通過提升農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)農(nóng)戶購買意愿，促進(jìn)LED農(nóng)業(yè)照明產(chǎn)品普惠于民。

4.2 構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)體系，開展應(yīng)用示范

標(biāo)準(zhǔn)化是產(chǎn)業(yè)能夠健康有序發(fā)展的關(guān)鍵因素，目前，在植物工廠、組培育苗、畜禽養(yǎng)殖、食用菌、溫室補(bǔ)光及其它領(lǐng)域的應(yīng)用已基本成熟，可以制定出一系列相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)一批LED制造企業(yè)參與新產(chǎn)品開發(fā)。建議從LED農(nóng)業(yè)光源的研發(fā)與實(shí)際應(yīng)用兩方面入手，制定出有利于行業(yè)發(fā)展的LED農(nóng)業(yè)光照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從而形成質(zhì)量可靠、接口可互換、市場可接受的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。圍繞重點(diǎn)應(yīng)用發(fā)展方向，通過政府主導(dǎo)、企業(yè)主體、市場配置的試驗(yàn)示范模式，擴(kuò)大LED農(nóng)業(yè)照明的示范推廣力度，建設(shè)一批示范工程，集中規(guī)劃建設(shè)若干個(gè)蔬菜、花卉、組培、中藥以及禽類養(yǎng)殖等示范基地，從經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益兩方面進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，便于推廣。

4.3 拓展應(yīng)用領(lǐng)域，加強(qiáng)宣傳推廣

LED農(nóng)業(yè)光照尚有許多能夠拓展的應(yīng)用領(lǐng)域，如水族箱養(yǎng)殖、驅(qū)殺蚊蟲、陽臺(tái)農(nóng)業(yè)、家庭園藝等新興農(nóng)業(yè)光照市場。隨著我國土地流轉(zhuǎn)的進(jìn)程加快，農(nóng)業(yè)經(jīng)營方式的轉(zhuǎn)變，家庭農(nóng)場等新興農(nóng)業(yè)企業(yè)模式的創(chuàng)新將帶動(dòng)農(nóng)業(yè)LED光照產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。通過示范推廣、標(biāo)準(zhǔn)宣貫等方式，向農(nóng)戶宣傳LED農(nóng)業(yè)產(chǎn)品節(jié)能效果、經(jīng)濟(jì)效益等方面的優(yōu)越性，提高LED農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的社會(huì)認(rèn)知度。

5 結(jié)論

LED農(nóng)業(yè)光照產(chǎn)品具有高效節(jié)能、智能可控、光譜可調(diào)、經(jīng)濟(jì)性好等諸多優(yōu)勢(shì)，可廣泛用于農(nóng)業(yè)眾多領(lǐng)域，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和保障我國糧食安全的重要基礎(chǔ)技術(shù)。目前我國溫室大棚面積達(dá)600多萬畝、植物工廠100萬m2以上、植物組培2000多萬m2，LED燈具需求35億只以上；設(shè)施畜禽與水產(chǎn)養(yǎng)殖燈具需求在400萬只以上；微藻繁育、食用菌、植保誘蟲等光源需求10億只以上；加上其他農(nóng)業(yè)需求，市場規(guī)模達(dá)4000億～4500億元以上，具有巨大的市場空間。建議加強(qiáng)基礎(chǔ)科研，開展農(nóng)業(yè)光照標(biāo)準(zhǔn)制定，推動(dòng)惠農(nóng)補(bǔ)貼，加強(qiáng)宣傳推廣，快速推動(dòng)LED農(nóng)業(yè)光照技術(shù)普惠于民，有效助力我國鄉(xiāng)村振興。