半导体光源现代农业应用进展

<p>文 杨其长“万物生长靠太阳”， 在现代农业生产中， 除太阳的自然光外， 人工光源也正在得到广泛应用， 设施种植业、集约化养殖业、食用菌和微藻繁殖等， 以及海洋捕捞的灯光诱鱼、作物害虫防治的灯光诱虫等都与人工光照密切相关。 随着现代农业的快速发展，农业照明光源正发挥着越来越重要的作用。现代农业对人工照明光源的需求照明的作用 ， 而且照明的颜色 、强度、 时长及光是植物生长发育的重要环境因子， 自然 间断控制等都会对对畜禽生产性能产生重要影界中由于纬度、 季节 、 气候、 污染等原因， 太 响。 适宜的人工照明 ， 能够克服畜禽繁殖生理阳光照不足的现象时有发生， 人工补光已经成 机能季节性限制 ，最大限度地发挥其遗传潜能。为设施（ 如温室 、大棚等）植物生产的重要手段。 光照是水产动物代谢系统重要影响因子 ， 通此外， 在密闭式人工光生产系统， 如植物工厂、过光强、 光质和光周期直接或间接地影响水产动组培车间、 育苗工厂等，更是离不开人工光源。 物的摄食、 生长和存活等， 人工照明已经成为设集约化养鸡场、养猪场等都是在封闭或 施水产重要的技术手段。此外， 鱼对光具有敏感半封闭坏境下进行饲养， 人工光源不仅能起到性与趋光习性， 多年来世界各地一直存在使用火 高科技与产业化 月刊产业应用或灯光捕鱼的习惯，目前采用人工光源进行海洋铁皮石斛、 菠菜、 虎头兰、 马铃薯、 白鹤芋、 黄瓜、诱捕作业已经成为现代渔业的一个重要方式。番茄等数种作物的光配方， 创制了专用 光照是多数食用菌子实体原基产生和子实植物光源，并实现在植物生产系统， 如温室大棚、体生长发育必要的环境要素，食用菌种类及生植物组培、植物工厂等领域的广泛应用。长阶段不同 ，其对光照条件需求各异，光环境早期养殖业使用的人工光源白识灯、 荧光灯要素的按需调节对食用菌生长发育极为关键。等， 不仅能耗大，而且难以实现对畜禽生理需求微藻钿胞生长及生化成分变化也与光照密切相的光质调控。近年来随着 的应用， 国内外关，人工光源对微藻的生长 、繁殖、 藻体颜色、 学者围绕畜禽对光色、 光强与光周期等光环境要细胞形态及代谢产物含量影响显著 ，正在成为素与生长性能的关系进行了深入研究，探明畜禽微藻繁殖的重要手段。对光环境需求的相关参数，确定了调控光色、 光长期以来，在农业照明领域使用的人工光强和光周期来改善畜禽生理节律、摄食行为、 生源主要有高压钠灯、荧光灯、 金属卤素灯、 白长发育 、 繁殖性能的技术体系。 通过 光照炽灯等， 这些光源的突出缺点是能耗大、 运行调节 ， 能够显著促进畜禽生长， 提高其免疫力。成本高、 光质难以调控。 不仅节能，而且食用菌对光环境因子尤其是光质、光强还可进行光强、 光质的任意调整， 可满足动植反应非常敏感， 红光有利于平菇菌丝体的生物高效生产的各种需求 ， 被认为是现代农业最长 ， 蓝光有利于菇盖变大、变厚、颜色变深有前途的人工照明光源。等 ， 波长单一、 光强与光质可调的优势为食用菌光环境精准调控提供了有效手段。 光现代农业应用进展 照作为影响微藻细胞生长及生化分子变化重要植物光合作用在可见光光谱（ ？）的环境因子 ， 光质对蛋白核小球藻的生物量积范围内所吸收的光能约占其生理辐射光能的累 、 叶绿素含量、 细胞内蛋白质含量有明显的 ， 其中主要以波长 纳米影响 ， 对微藻次生代谢产物积累也具有重要影（ 波峰为纳米 ） 的红、 橙光 （ 约占生理辐射响 ， 为微藻不同生长阶段次生代谢产物积的左右 ） 以及波长纳米 （波峰为累可变光质提供了重要支撑。 纳米 ）的蓝、紫光（ 约占生理辐射的左右 ）作为一种物理手段 ， 不仅可以增加为吸收峰值区域。 能够发出植物生长所需水产养殖生长效率，而且还可以促进鱼类生要的单色光 ， 而且红、 蓝光 组合后， 还能长、 控制鱼类性腺发育。 的单色可调控特形成与植物光合作用与形态建成基本吻合的光性为水产高效生产提供有效的技术支撑。集鱼谱， 光能利用效率达 ， 节能效果显著。灯经历了从煤油灯、 白只灯、 金错灯、 金 灯多年来， 国内外学者围绕植物照明应到灯的更新换代 ， 尤其是透光率高、用进行不懈的探索， 探明了红光、 蓝光及与其他指向性强，光线可通过海水直达海洋深层 ， 正光谱组合对植物的影响 ， 先后形成了莴苣、 草莓、 成为海洋捕捞的有效辅助手段。 年 月号总第期昆虫对光的选择不仅仅体现在光照强度 ，还代传统光源可以大大减少农业系统能耗。 温室表现为对光质的选择，不同种类的害虫与益虫对补光可实现节能？ ，植物工厂、 植物波长的要求不尽一致。可以根据害虫与益组培可以降低能耗约 ， 节能效果极为显着。虫对不同波长及其该波长下光谱能量对不同发育是现代农业最有前途的人工光源 ， 对阶段及生理状态的趋光行为进行设计 ，可以大幅提高资源利用率， 减少环境污染 ， 都具有十分增加害虫的杀灭率，为生态植保提供术支撑。重要的意义。农业照明潜力分析限制农业照明应用的因素分析光源农业应用刚刚起步， 但发展潜力成本偏高。 成本是产品能否取得市场竞争巨大，其独特的光源特征、 显著的节能效果以优势的关键因素 ， 对于农业照明光源来说，及新型光源的替代需求， 为 光源在现代价格偏高也是限制其大规模普及的重要原因。农业应用提供了广阔的市场空间。一个功率 瓦的荧光灯成本为 元左右 ，而与民用市场相比， 农业照明光源相对一个功率 瓦的灯管售价高达 元以滞后， 但潜在的巨大市场极为惊人。 目前我国上。虽然价格不断下降， 但与传统光源温室大棚面积达 多万亩、植物工厂 相比仍然偏高 ， 很大程度上限制了农业万平方米以上、植物组培 多万平方米，照明光源的应用与推广。灯具需求亿只以上 ；设施畜禽与水产技术成熟度还有待提高。农业领域的特殊养殖灯具需求在 万只以上 ； 微藻繁育、 食性决定了不是所有的 光源都能不加选择用菌 、 植保诱虫等光源需求 亿只以上 ；加上地直接使用 ，必须针对动植物的需求进行光源其他农业需求 ，现代农业对 的市场需求总配方及特定光源研究。 但长期研发经费的不足 ，规模？亿元以上。严重滞后于现实对 农用照明技术的需求 ，农业照明光源综合优势独具特色。 包迫切需要国家加大支持力度 ， 完善农用 括 ： ） 生物能效高。植物光合作用主要利用红技术体系。橙光与蓝紫光这两段光谱， 可以控制其辐产业化与标准化程度仍较低。 农用 射光谱在植物需要的波段， 还可以根据植物需求光源目前仍处于试验研究阶段 ， 还没有形成完精确调整红蓝光（ ） 比例，使辐射能完全为善的标准化技术体系 ， 光源的研发与应用仅限植物所吸收，提高光源的生物能效 ； ） 显著提于科教单位，缺乏能够将研究成果转化的专业高植物栽培密度。 属于冷光源， 其辐射热性生产企业 ， 也未能形成相应的产业集群。效应远远小于传统光源 ， 因此可实现对植物的近缺乏有效的政策扶持。 作为一种新型节能距离照射， 在植物工厂或植物组培系统可使栽培光源 ，的发展需要政府的政策扶持 ， 然而层间距大大缩短，显著提高空间利用效率。相比较而言， 农业照明领域还未得到足够农业照明光源节能效果显著。 替的重视， 缺乏有效的科技支撑和政策支持， 推高科技与产业化 月刊产业应用广应用受到一定的限制。制定出一系列相应的标准，使一大批农用 （ 船原的制造企业参与新产品开发 ， 从而推动行 展战略与政策建议 业的快速发展。加快低成本农用 光源的研发。 成本是推动农用 示范工程建设。 建议国家制约光源农业应用的瓶颈， 降低成本是其在国内建立若干 农用光源示范工程，形能够大面积应用推广的关键。 灯珠设计可成农业与生物领域不同应用方向 ， 如温室补光、选用一些价格低廉的通用型产品 ， 也以采用芯组培育苗、 植物工厂、 中药种植以及禽类养殖片加荧光粉激发等技术降低成本 ， 外观设计上等 示范的产业化基地，并通过政府主导、注重实用即可， 从而使制造成本大幅度降低。企业主体、 市场配置“三力合一” 的试验示范，加大农用 研发投入。 由于农业生物扩大农用 光源的示范推广力度。的特殊性要求 ， 必须针对动植物的特定需求加大农用 的政策扶持。 农业应研制出相应的 照明光源。 建议国家加大用成本相对偏高 ， 为进一步加快推广应用力 农用光源的研发和经费支持力度， 全方位度， 建议国家加大对农用 的政策扶持力提升 农业应用的自主创新能力。度 ， 包括增加科研立项、农用 产品补贴等，加快农用 光源标准化构建。 标准化确保生产单位在购置 农用灯时能够直接是实现产业快速发展的关键， 目前 光源享受到 政策性支农财政补贴 ， 以便在植物工厂、 组培育苗、 畜禽养殖、 食用菌 、更好地促进农用 产业的健康发展。 温室补光及其它领域的应用已基本成熟， 可以作者单位： 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 年 月号总第 期</p>