LED農(nóng)業(yè)照明

　　現(xiàn)狀

 

　　多年來，國內(nèi)外學(xué)者圍繞LED光源在植物照明領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了不懈的探索，取得了重要進(jìn)展。首先，就紅藍(lán)光及其組合光源對植物生長發(fā)育的影響進(jìn)行了研究，充分證明了紅藍(lán)光作為光源栽培植物的可行性[9～13]。Tanaka等利用LED進(jìn)行植物栽培，結(jié)果表明，占空比達(dá)25%～50%時，可加速植物生長。復(fù)合光質(zhì)比單一光質(zhì)更適合植物生長，可以正常培育植物。在我國，LED在育苗、蔬菜栽培和溫室補(bǔ)光方面的應(yīng)用效果也做了一些研究和報道，節(jié)能效果顯著。到目前為止，LED已成功用于植物的栽培，并在植物補(bǔ)光、組培、植物工廠以及航天航空領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。

 

　　人工照明是畜禽養(yǎng)殖業(yè)環(huán)境控制的重要手段之一。養(yǎng)殖業(yè)領(lǐng)域使用的人工光源難以實(shí)現(xiàn)針對畜禽的生理需求進(jìn)行光質(zhì)調(diào)控，制約著畜禽生產(chǎn)效率的提高。研究人員通過適當(dāng)?shù)腖ED光照調(diào)節(jié)，顯著促進(jìn)了畜禽生長，并提高其免疫力，提升畜禽養(yǎng)殖的生產(chǎn)潛力。表明LED在設(shè)施養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用是可行的，具有很好的應(yīng)用前景。劉衛(wèi)東等研究了紅光、白光分別在連續(xù)光照(23L∶1D)和間歇光照(1L∶3D)下對AA商品肉仔雞生產(chǎn)性能的影響，結(jié)果表明，間歇光照可提高肉仔雞的飼料報酬，紅光既可提高肉仔雞的飼料報酬，又可提高肉仔雞的生長速度，在紅光和間歇光照的共同作用下，肉仔雞的飼料報酬最高，體重較大，經(jīng)濟(jì)效益最好。

 

　　意義

 

　　我國是農(nóng)業(yè)大國，當(dāng)前農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展的同時，農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的問題也在不斷增加，比如氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響日益加大等，高技術(shù)、低耗、高效的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向，在我國農(nóng)業(yè)發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位，備受重視。2010年國務(wù)院一號文件《中共中央國務(wù)院關(guān)于加大統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展力度進(jìn)一步夯實(shí)農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展基礎(chǔ)的若干意見》也明確表明，要積極支持農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，提高農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新和推廣能力等。

 

　　應(yīng)該看到，隨著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)照明的需求和能耗在不斷擴(kuò)大，對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)照明燈具技術(shù)也提出了新的挑戰(zhàn)。LED作為新一代光源，除了環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn)外，相較傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域常用熒光燈或高壓鈉燈等人工光源，具有光量可調(diào)整、光質(zhì)可調(diào)整、冷卻負(fù)荷低與允許提高單位面積栽培量等特點(diǎn)，對封閉有環(huán)控的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，如植物組織培養(yǎng)室等是一種非常適合的人工光源。同時在養(yǎng)殖，微藻培養(yǎng)等方面也擁有巨大的應(yīng)用價值。

 

　　可以預(yù)見，LED的應(yīng)用將會給農(nóng)業(yè)帶來更多革新，比如植物工廠被認(rèn)為是設(shè)施農(nóng)業(yè)高級發(fā)展階段，集現(xiàn)代生物技術(shù)、信息技術(shù)、人工環(huán)境控制等多種高技術(shù)于一體，不僅產(chǎn)量高于露地栽培多倍，而且還可以在非可耕地上如戈壁、荒漠、海島、水面甚至城市大樓里進(jìn)行生產(chǎn)，也被認(rèn)為是未來解決人口、資源、環(huán)境等問題有效技術(shù)手段。

 

　　無論是從促進(jìn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的角度，還是實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的角度，LED應(yīng)用于農(nóng)業(yè)都具有非常重要的意義，而農(nóng)業(yè)的地位及發(fā)展需求也為LED提供了發(fā)展機(jī)遇。

 

　　國內(nèi)農(nóng)業(yè)照明中已開始采用LED，比如國內(nèi)一些農(nóng)業(yè)示范區(qū)建立太陽能光伏LED植物工廠等。除了一些應(yīng)用外，LED在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)研發(fā)也日漸受到關(guān)注。2010年12月“植物工廠創(chuàng)新成果發(fā)布會”在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院舉辦，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院所屬高科技企業(yè)推出了家庭版植物工廠以及家庭園藝系列產(chǎn)品，并分別與數(shù)十家國際知名企業(yè)簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，就LED植物照明光源、工業(yè)控制、空調(diào)環(huán)境控制、營養(yǎng)液制劑等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新、市場開發(fā)等達(dá)成一致，簽訂了戰(zhàn)略聯(lián)盟。發(fā)布會的召開不僅標(biāo)志著國內(nèi)首例家庭版植物工廠正式誕生，也預(yù)示著植物工廠研發(fā)的戰(zhàn)略聯(lián)盟正式形成。

 

　　另外，隨著LED技術(shù)的發(fā)展，美國、日本、韓國等國紛紛將LED農(nóng)業(yè)照明應(yīng)用作為重要的發(fā)展方向，積極布局。國內(nèi)外的眾多廠商也紛紛進(jìn)軍農(nóng)業(yè)照明，LED在農(nóng)業(yè)照明領(lǐng)域的競爭正在悄然進(jìn)行。

 

　　發(fā)展

 

　　科技部在深圳會展中心組織“十一五”國家863計劃半導(dǎo)體照明重大項目科技成果匯報展，全面展示“十一五”863計劃半導(dǎo)體照明重大項目取得的成果和科技創(chuàng)新成就。科技部副部長曹健林親臨展會視察。

 

　　應(yīng)科技部邀請，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院徐志剛教授承擔(dān)的863計劃項目“半導(dǎo)體照明光源在植物組培中的應(yīng)用研究”到會參展。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)展示的“LED植物組培燈”、“LED植物燈”、“LED智能生物培養(yǎng)箱”和“LED植物培育智能光控系統(tǒng)”等系列研究成果受到產(chǎn)業(yè)界廣泛關(guān)注，多家上市公司表達(dá)了合作研發(fā)意愿。曹健林在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)展位前駐足視察，聽取了南京農(nóng)業(yè)大學(xué)承擔(dān)的863項目科研成果介紹，給予了熱情的鼓勵和稱贊。半導(dǎo)體照明重大項目首席專家、中科院半導(dǎo)體所所長李晉閩陪同視察。

 

　　在國家“十一五”863高技術(shù)研究計劃中，科技部創(chuàng)新性的開啟了LED在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的研究進(jìn)程，經(jīng)過競爭答辯，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)成功獲得863課題立項和資助，這是“十一五”期間唯一得到國家立項的農(nóng)業(yè)照明類課題?；?年多的成果積累和組培室特征，該項目組通過優(yōu)化光譜能量參數(shù)、制造工藝和外形設(shè)計，研制出的LED組培燈，具有高效、節(jié)能、長壽命和安裝便捷的特征。[2]

 

　　開發(fā)與推廣

 

　　開發(fā)

 

　　人工補(bǔ)光和照明是LED農(nóng)業(yè)領(lǐng)域最重要的應(yīng)用方式，根據(jù)動植物發(fā)育的不同需求，采用不同波長的單色光組合起來作為人工光源，并具有光照強(qiáng)度、照射頻率以及不同時間間隔靈活可調(diào)的特性，已經(jīng)在生產(chǎn)中得到一定的推廣應(yīng)用。LED光源的產(chǎn)品可根據(jù)生產(chǎn)需要和應(yīng)用場合的不同，設(shè)計出不同的類型，據(jù)了解，應(yīng)用較廣的有LED圓頭燈、LED光源板、LED燈管、LED柔性燈帶等。

 

　　市場上已經(jīng)有大量的LED植物照明產(chǎn)品，但在畜牧養(yǎng)殖業(yè)中，LED照明燈具產(chǎn)品相對偏少。2010年2月，在亞特蘭大國際禽內(nèi)養(yǎng)殖設(shè)備展上，ONCE公司AGRISHIFTTM推出漸變式禽類養(yǎng)殖LED燈，該LED采用定時器來實(shí)現(xiàn)光周期的控制，比較簡易，但不太符合不同禽類及不同生長階段對光色、光強(qiáng)和光周期的需要，畜牧養(yǎng)殖業(yè)的LED專用產(chǎn)品有待進(jìn)一步開發(fā)。

 

　　國內(nèi)的農(nóng)業(yè)照明燈具用途與產(chǎn)品類型和國外基本相同，主要包括LED植物生長燈(LED圓頭燈、LED光源板、LED燈管、LED柔性燈帶)、LED農(nóng)業(yè)害蟲誘捕燈、LED誘魚燈、LED畜禽場照明燈等。

 

　　與家居照明燈具比較而言，目前國內(nèi)的LED農(nóng)用照明燈具存在著產(chǎn)品雜亂，生產(chǎn)設(shè)計不規(guī)范，缺乏統(tǒng)一的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量管理等問題。以目前應(yīng)用市場最大的植物照明燈具為例，盡管都根據(jù)植物的需求選擇了以紅光和藍(lán)光為主的LED燈珠配置，但是在光質(zhì)調(diào)節(jié)、光照強(qiáng)度設(shè)計方面缺乏科學(xué)統(tǒng)一的規(guī)范，更缺乏針對植物照明特殊的高溫、高濕環(huán)境所進(jìn)行的防水、防電及耐腐蝕設(shè)計，從而造成了一些植物生長燈產(chǎn)品存在安全隱患，使用壽命也不長。

 

　　推廣

 

　　隨著LED應(yīng)用逐漸向生物、醫(yī)療、健康等領(lǐng)域發(fā)展，LED在植物生長領(lǐng)域應(yīng)用的巨大市場潛力已逐步得到重視，國際上一些公司開始涉足LED植物照明領(lǐng)域。業(yè)內(nèi)人士表示，這些廠家的共同特點(diǎn)是資金和技術(shù)實(shí)力強(qiáng)大。其中一部分是自身具有芯片生產(chǎn)、封裝領(lǐng)域知識產(chǎn)權(quán)并同時具有植物照明領(lǐng)域核心自主知識產(chǎn)權(quán)的合作者，正計劃向LED植物照明光源方向發(fā)展的公司；另一部分是具有良好的品牌、客戶市場和銷售渠道的傳統(tǒng)植物生長光源廠家，并且在LED領(lǐng)域也具有強(qiáng)大實(shí)力，有潛力向LED植物照明光源方向發(fā)展的公司。

 

　　中國大陸方面，進(jìn)軍農(nóng)業(yè)照明應(yīng)用領(lǐng)域的廠家很多，但絕大部分為小企業(yè)和私營企業(yè)，主要分布在深圳市和我國華南地區(qū)，但大都沒有形成銷售規(guī)模，尚處初級階段。

 

　　在農(nóng)業(yè)應(yīng)用上，我國政府一方面通過對科研項目的支持加快LED在農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用步伐，如“十一五”期間，通過863計劃設(shè)立了1項課題，“十二五”期間亦將有數(shù)個LED農(nóng)業(yè)科研項目的立項支持。一些地方政府也通過建立農(nóng)業(yè)科技示范園等形式，鼓勵引入節(jié)能高效的LED農(nóng)業(yè)照明應(yīng)用項目在園區(qū)使用。

 

　　對于當(dāng)前國內(nèi)LED在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用，楊其長認(rèn)為，總體上來看，國家對LED農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面的政策支持及研發(fā)投入相對偏少，在一定程度上影響了LED在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。LED光源在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究還屬起步階段，缺乏系統(tǒng)完善的研究，相應(yīng)的技術(shù)水平也較低，必須加大研究開發(fā)的力度，增加研發(fā)資金投入，加強(qiáng)示范應(yīng)用與宣傳，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。

 

　　根據(jù)國務(wù)院一號文件精神，創(chuàng)建現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)將是提高農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新和推廣能力的重要途徑。有業(yè)內(nèi)人士表示，增加LED在農(nóng)業(yè)生態(tài)示范區(qū)，應(yīng)該是促進(jìn)LED在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中發(fā)展的重要途徑。

 

　　差距及問題

 

　　研究投入不足

 

　　日本、韓國政府對于LED在生物領(lǐng)域的應(yīng)用高度重視，政府和大企業(yè)、大集團(tuán)巨資投入該領(lǐng)域的研發(fā)與示范應(yīng)用。盡管國家發(fā)展改革委、財政部、科技部、工業(yè)和信息化部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部等國家六部委出臺《半導(dǎo)體照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展意見》，意見中明確提出：發(fā)展醫(yī)療、農(nóng)業(yè)等特殊用途的半導(dǎo)體照明產(chǎn)品。但是并沒有專項支持，我國政府LED農(nóng)業(yè)應(yīng)用的項目支持只是在863半導(dǎo)體照明專項中有零星的項目支持，在農(nóng)業(yè)科技項目中還沒有任何專項給予支持，這與LED農(nóng)業(yè)領(lǐng)域存在的巨大應(yīng)用潛力極不相稱。

 

　　技術(shù)成熟度不高

 

　　LED技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于顯示屏、背景光、交通訊號顯示光源、汽車用燈等多個領(lǐng)域，并取得成功，但LED在我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用才剛剛起步。目研究已經(jīng)證明LED在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的可行性，但是在農(nóng)業(yè)LED光源開發(fā)方面仍缺乏適用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精確可靠的光源技術(shù)指標(biāo)體系，這主要是國家在LED農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究方面的投入不夠，應(yīng)用基礎(chǔ)研究力度不足所致，需要國家加大支持力度，對其作進(jìn)一步深入的研究，形成一套成熟完善的農(nóng)用LED光源技術(shù)，為農(nóng)業(yè)LED光源的進(jìn)一步開發(fā)利用提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

 

　　企業(yè)競爭力不強(qiáng)

 

　　目前國內(nèi)生產(chǎn)LED農(nóng)業(yè)照明燈具的企業(yè)中，生產(chǎn)中低端產(chǎn)品的中小企業(yè)占據(jù)了大多數(shù)，缺乏核心自主知識產(chǎn)權(quán)和系統(tǒng)性研究，能夠參與國際競爭的龍頭企業(yè)集團(tuán)寥寥無幾。此外，LED農(nóng)業(yè)照明產(chǎn)品良莠不齊，產(chǎn)業(yè)化與標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，成本較高，缺乏市場競爭力。

 

　　成本依然偏高

 

　　成本是一個產(chǎn)品能否具有市場競爭力的關(guān)鍵因素，也決定了這種產(chǎn)品能否得到用戶的認(rèn)可，能否占據(jù)一定的市場份額。對于LED農(nóng)業(yè)照明光源來說，價格高是限制其發(fā)展的主要因素之一。

 

　　缺乏政策扶持