LED在我国农业相关领域的研究与应用

范国成，王伟新，林雄杰，胡菡青，杜云贵，蔡子坚，阮传清，刘 波

(1.福建省农业科学院果树研究所 350013;2.福建省农业科学院科研处;3.福建圣元电子科技有限公司;4.福建省农业科学院农业生物资源研究所)

LED又称发光二极管 (light emitting diode，LED)，是一种可以有效把电能转化成电磁辐射的装置，被称为世界上最新的第四代光源，已在农作物生产、食用菌栽培、畜禽养殖、害虫诱捕等方面开展了广泛试验。本文对LED在农业相关领域的研究进展作简要介绍，并就推进农用LED产品研发和应用提出相应的建议。

1 LED光源在农业相关领域的研究

相较于传统的光源，LED具有光强可调整、光质可调控、冷却负荷低等特性，在农业相关领域开展了广泛的研究，取得了可喜的进展。

1.1 农作物生产

LED光谱域宽±20 nm，波长与植物光合作用和形态建成的光谱范围吻合［1］。作为人工光源或者补光光源在植物工厂、组织培养室、植物生长箱中的利用已成为研究热点，包括不同光质、光强、光周期、光照方式对蔬菜、花卉和粮经作物等［2］的生长发育、形态建成、植物生理、品质性状等影响，以及LED光源在减少能耗、降低成本中的作用，初步明确LED不仅能够调控植物的生长发育和形态建成，提高品质，而且能够大大减少能耗，应用前景广阔。

1.2 食用菌栽培

光照是食用菌生长发育过程中一个不可忽略的因素，不同品种食用菌对不同波长可见光的反应不一，不同生长发育阶段对光照强度、光质要求均有差异［3］。普遍认为食用菌营养生长阶段不需要光诱导，而营养生长向生殖生长阶段转变则需要适量的光诱导。目前尽管LED光源在食用菌工厂化企业广泛应用，但一般都只根据经验进行调控光照，没有确切的理论依据。因此，有必要开展食用菌生长各阶段光生物学试验，研究各主栽食用菌所需的光质、光照强度以及光照周期等指标参数，实现食用菌产业的跨越发展。

1.3 畜禽养殖

随着LED等单色光源的出现，国内外围绕畜禽对光质、光强与光周期等需求机理进行了研究，初步探明了畜禽对光环境需求的相关参数。利用LED灯照射AA肉鸡，在其生长前期采用绿光或蓝光照射，能降低料肉比，促进肉鸡的生长发育;生长后期采用蓝光照射，能显著提高其生产性能［4］。已有的研究表明，通过适当的LED光照调节，能够显著促进畜禽生长，提高其免疫力，大大提高畜禽养殖的生产潜力。

1.4 害虫诱捕

利用趋光性进行预测预报和物理防治是害虫防治的有效方法之一。目前我国市场上的LED杀虫灯大都是 (365±50)nm的紫外灯，随着灯光诱杀应用的范围加大，其非选择性缺陷亦日益暴露，在诱杀害虫的同时，对有益昆虫、天敌及非靶标昆虫也有不同程度的诱杀［5］。现有研究显示，LED杀虫灯杀虫效果比黄板好、成本低，且夜间的效果显著高于白天。因为诱虫灯不仅直接对害虫达到诱杀的作用，还干扰害虫取食、交尾、产卵等行为活动［6］。以LED为诱杀光源，结合太阳能光伏，可以研制出波长范围窄、杀虫效果好的太阳能专用杀虫灯，供边远果园及稻田使用。

2 LED光源与普通人工光源能耗对比

目前设施农业主要采用荧光灯作为人工光源，其电能转化效率仅为20%左右，而红外和热能消耗约占70%，使得环境温度上升，加大了空调降温耗电量，致使运行成本提高。LED不依靠灯丝发热来发光，在同样光照效果的情况下，LED耗电量是白炽灯的1/8，是荧光灯的1/2，对节约能源、减少温室效应十分有利，如果采用太阳能光伏LED照明，其节能效果更加显著。

3 推进农用LED产品研发和应用的建议

我国对LED光环境调控技术与机理研究还处于起步阶段，这与我国LED产品研发起步晚，以及LED本身的一些缺点如亮度低、PN结散热困难、光斑、亮度和色度均匀性差、价格高等不无关系。因此，需要光电技术的发展与完善，以及相关政策法规的出台。

首先加大投入，提高LED产品的研发力度，生产出全色域、高亮度、价格适中的LED，解决LED在农业照明中的高成本问题。

其次，加快LED照明产品相关标准规范和检测方法的制定。目前我国还没有正式照明LED的国家标准和行业标准，产品质量得不到保障，致使市场无序竞争。应当加快LED产品及其应用的标准化和规范化工作的步伐，使产品的研发既有章可循，又有明确的目标和方向，也能规范LED照明产品的生产，提高产品质量，促使产品的使用更加科学合理。

再次，加强LED在农业领域研发应用上的科研立项，开发出符合我国生产实际的LED植物光源、照明自动控制系统和大型植物工厂化育苗光环境调控设施。

最后，采取补贴政策，对研发和使用LED产品的企业和农户进行补贴，加快产品的推广，推动精细农业的发展。

［1］刘再亮，马承伟，杨其长.设施环境中红光与远红光比值调控的研究进展［J］.农业工程学报，2004，20(1):270－273.

［2］杨雅婷，程瑞峰，杨其长，等.LED光源不同R/B处理对甘薯组培苗品质及节能效果的影响 ［J］.中国农业气象，2010，31(4):546－550.

［3］李玉，于海龙，周峰，等.光照对食用茵生长发育影响的研究进展 ［J］.食用菌，2011(2):3－4.

［4］曹静，陈耀星，王子旭，等.单色光对肉鸡生长发育的影响［J］.中国农业科学，2007，40(10):2350－2353.

［5］鞠倩，曲明静，陈金凤，等.光谱和性别对几种金龟子趋光行为的影响 ［J］.昆虫知识，2010，47(3):512－516.

［6］段云，武予清，蒋月丽，等.LED光照对棉铃虫成虫明适应状态和交尾的影响［J］.生态学报，2009，29(9):4727－4731.