LED光调控技术在设施农业中的应用研究

2018-02-11叶常茂卢利清

乡村科技 2018年21期

叶常茂卢利清

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东广州 510663）

相比于在自然环境下进行农业生产，在设施农业生产过程中，光照对植物的影响因素更多，但是这些因素往往都是可控的。例如，采用LED光调控技术能够尽可能消除这些影响因素，从而确保植物能够快速生长。

1 对设施农业采用光调控的必要性

光是影响植物生长发育的重要环境因素之一，其不仅给作为一种能量参与植物的光合作用，而且可以作为一种信号源调节植物的生长、分化和代谢。在之前的农作物种植过程中，往往大量使用肥料和农药，使得农作物的生长环境越来越差。再加上受到气候等不确定因素的影响，使得光照逐渐成为制约设施农业发展的重要因素，农作物种植已经无法满足人们高品质的要求。而利用光调控技术来改变各光色的成分占比和光照强度，能够调整植物生长情况，缩短农作物生长周期，同时保障农产品的质量［1］。

2 LED光调控技术在设施农业中的应用

传统农业生产一般采用高压钠灯、荧光灯等进行照明，但是这些光源存在能耗大、效率低下等弊端。LED是直接将电转化为光的发光二极管，有着能耗低、能效高、体积小等特点，现已被广泛应用于设施农业领域。目前，LED在农作物繁育的时候用作温室补光，在植物培育的时候，作为光源来控制农作物生长。LED光源是目前最合适运用到现代农业中的光源。

2.1 在温室补光中的应用

在自然界中，太阳光随着地理位置、海拔高度、四季变化和时间的不同而变化，温室光照度除了与此有关外，还与温室结构、管理措施和材料的透光性等有关。受到上述因素的影响，尤其是在冬季或早春，温室内的光照往往满足不了农作物的生长需求。为了确保给农作物生长提供充足的光照，人工补光成为温室管理过程中必不可少的一环。将LED作为温室补光光源，可以根据气候条件、作物类型等调整LED补光的强度、时间等，而且其结构简单、高度可调等，应用优势显著。通过大量的研究表明，对农作物进行不同强度、光谱、光色等的LED光照处理，能直接影响农作物的生长情况。例如，在温室中栽培番茄，不同的光质会对番茄的生长产生不同的影响，如受到红光和红蓝光混合照射以后，番茄苗木的茎更加粗壮，而在蓝光照射下，番茄的生长高度会明显降低［2］。

2.2 在种苗繁育中的应用

光调控技术运用在种苗繁育中，对于保护和利用种质资源、提高种苗质量等有着非常重要的作用。LED在种苗繁育中的应用主要包括植物组织培养、扦插和嫁接苗的光照研究等。例如，在组织培养过程中，将LED作为供给光源，对其光照强度、光质配比等进行调控，有利于促进植株的生长发育和形态建成，而且能缩短培育周期。目前，国内外专家针对LED光源在植物培苗中的运用进行了广泛的研究，其研究方向包括LED散发不同的单色光对于培苗的影响、红色和蓝色占比不同的情况下对培苗的影响、光质参数不同对培苗的影响［3］。

3 LED光调控技术对设施农作物生长发育调节的复杂性

首先，各种农产品、农作物生长的不同阶段对于光源的需求方式及吸收方式不同，以及农作物对于营养的需求迥异，在人工光照条件下，还需要考虑到光照的偏振性及相干性等因素，从而大大增强了光照的复杂性。其次，植物之间对于光照的需求各异，无法将某一种植物的光使用情况直接复制到另一种植物上，植物对光照的需求需要多次研究论证。最后，LED光对于植物之间的影响出现离散型响应方式。三方面的共同影响会加大其复杂程度，所以在实际应用过程中，需要有针对性地对植物进行光环境的调控，以确保通过最小的投入来获取最大的收益，避免出现采用LED光调控技术对植物生长产生不利影响的现象［4］。

4 LED光调控技术在设施农业中的应用展望

植物光合作用是植物生长的基本条件，在光照不足的时候，通过人工补充光照能够确保植物获取其快速生长所需的能量。LED补光的原理是通过采取光催化来促进植物进行光合作用，以实现对农作物生长的调控。LED光调控技术运用在设施农业中是对外部条件的控制，依照植物生长所需有针对性地进行补充，以实现农作物增产的目标。最近几年，随着科学技术的快速发展，LED的制造成本和能耗成本也越来越低，其在设施农业中的应用优势愈发明显，未来可能出现根据植物需求而进行自动调节的光照及光谱的LED光调控技术，其光谱、光强都能够实时根据植物的生长情况进行调整，进而降低生产成本。