LED 光源在农业照明领域中的应用研究

巢远贵

长沙大学（湖南 长沙 410000）

0 引言

为了提升我国的农业产量，一些地区在当地政府的大力推广与支持下运用了LED 光照技术。如陕西杨凌农业示范区，其利用先进的工业技术，建立了具有太阳能光伏功能的LED 植物工厂。在我国2010 年12 月举办的植物工厂创新成果发布会上，国内众多厂商看准了LED光源在农业中的潜力，都积极研发相关的配套产品。如北京中环易达设施园艺科技有限公司根据LED 的优势推出了“家庭版的植物工厂”以及“家庭园艺”系列产品。

1 在农业领域应用LED 光源的优势

在我国的农业发展中，为了提升产量，同时也为了让人们可以在冬天吃到美味可口的西瓜等反季节蔬果，温室大棚得到了发展。随着温室大棚栽培技术的广泛推广，控制温室大棚的人工气候室就显得尤为重要[1]。如何在控制温度、亮度的前提下节省能源，以符合我国绿色农业发展理念，就成了亟待解决的现实问题。因此，具有高效、节能等优点的LED 植物灯成为农业发展中的必要选择。与以往常规灯具相比，LED 灯具有光源效果高、综合发热低、体积小、使用寿命长等优点，在农业照明领域具有明显的应用优势。

植物的生长离不开水、空气以及光源，这是植物生长的三大基本条件。其中，水与空气的需求很容易满足，而光源的实施就需要一定的技术手段支持[2]。良好的光源不仅可以促进植物的生长，同时还可以为植物生长提供必要的温度，有助于其应对恶劣天气。目前，我国传统的人工照明存在诸多缺陷。人工照明中的光源、光谱经过分解，基本为线状谱线，线状谱线与植物自身的光合作用匹配效果不理想。而且，在人工照明中，使用白炽灯泡、日光灯管、钠灯等照明设备，不仅耗电量极大，而且在使用过程中容易产生过多的热辐射，对植物生长光激励效率不高。

在植物的生长过程中，为满足其生长发育所需的氧气、能量，促使其生成叶绿素，光源是不可缺少的物理环境因素之一。通过对光源的综合分析，得出对植物产生重要作用的光线光谱主要是红光和蓝光。红光的波长主要为630 ～660 nm，其可以帮助植物开花结果；蓝光的波长主要为450 ～470 nm，蓝光可以帮助植物长茎生叶。LED 光源具备以上两种光线，其不仅可以促进植物的生长，还可以延长花期，提高生长品质[3]。在植物大棚中，LED 光源与电脑配合，可以作为补充光照，在任何时间段增强光照，提升整体照明效果。而且，通过计算机系统的综合控制，无论黄昏或夜晚，LED 光源都可以有效延长和科学控制植物生长所需的光照时间。在温室种植中，LED 植物灯是代替日照的最佳光源，可以实现对某些特殊品种的“24 小时看管”。

因此，对温室植物种植而言，LED 光源起到了非常重要的效果。在早期使用的植物照明光源中，由于其并非全光谱光源，因此无法为植物的生长提供必要的光照。而LED 光照技术对现有的照明技术进行了有效的革新，在植物生长过程中运用该技术，将有效缩短植物生长所需的时间。

2 LED 光源在农业照明领域的市场需求

在我国传统农业的生产中，使用的照明灯具主要是高压钠灯、荧光灯以及白炽灯。在这三种灯光的使用中，高压钠灯因具有效率高、寿命长、面积广的特点而被广泛运用[4]。在温室大棚中，使用一整套的高压钠灯（以飞利浦高压钠灯灯具为例），其所需功率约为400 W,价格为300 ～400 元。目前，我国温室面积约为0.35×108m2，保守估计，按每15 m2一支钠灯计算，那么至少需要230万支高压钠灯才可以满足基本需求。因此，对财力、能源等都产生了较高的消耗。

目前，在我国的农业发展中，主要采用密闭式植物生长系统，在该系统中，其分支植物组培、植物工厂、食用菌工厂等普遍使用了传统荧光灯作为照明光源。在组培生产中，如使用飞利浦T5 三基色荧光灯灯管（每根灯管长86 cm、直径16 m），所需的功率约为28 W，整体价格为18 ～20 元[5]。为了更好地分析光照需求，在组培室中，设置有组培架，共3 层，每层面积为4 500 m2（90 cm×50 cm）。按每层5 根灯管计算，总共需要150根灯管。据统计，在光源的设置需求中，全国约有2×107m2的植物组培面积，按一年300 个光照日计算，最少需要飞利浦T5 三基色荧光灯灯管约3 亿根，需要投入50 亿元～60 亿元人民币，资金需求量极大。

除了种植领域，在现代畜牧业中，为保证家禽的生长需求与孵化需求，普遍采用人工照明促进生产。据统计，在25 栋鸡舍（总量10 万套）规模的饲养厂（家禽）中，为了维持日常的照明需求，至少需要1 875 支100 W 灯泡。根据综合预算分析，按10 万套年产1 500 t 计，至少需要370 万支灯泡，一年下来，25 栋鸡舍（总量10 万套）规模的家禽饲养厂（全国）的照明需求约60 亿元。

3 LED 光源的广阔前景

我国是农业大国也是人口大国，基于庞大的人口基数，农业的地位以及重要性不言而喻。随着农业科技水平的不断进步，相应的挑战也不断增加。在这些挑战中，除人工因素外，还有气候变化等不可控因素，这些因素对我国农业生产的影响日益加大。此外，在农业的快速发展中，人工污染对环境造成的严重破坏引起了国家及社会的重点关注，世界能源总量亦频频告危[6]。为了缓解上述现象，我国提出了绿色发展的综合理念，在以高技术、低能耗、高效性为指导的现代化农业发展中，全面贯彻落实绿色节能的重要方针。

在农业领域，在产能提升的今天，日益庞大的需求为LED 光源的广泛推广提供了必要的发展平台，为LED光源的综合发展提供了基础。LED 光源不仅有助于提升产能，而且还具有节能、环保、高效、便利、接受性高等优点。我国是发展中国家中最大的工厂化植物组培育苗的生产基地和出口基地，也是目前全世界最大的组培苗消费市场。在农业发展中，我国具有极佳的爆发力和绝佳的发展潜力。因而，LED 光源的农业照明发展前景非常广阔[7-8]。

为了更好地促进类似技术的研发运用，我国提出了战略性新兴产业扶持政策，并将2020 年定为新兴产业继续扶持年。在新兴产业继续扶持年中，各地政府将会依照我国的发展要求，出台更多更优惠的政策和措施，支持农业生产实现低能耗、高附加值、绿色节能环保的发展。LED 光源的发展应抓住眼前的形式及机遇，在市场中大力拓展。

4 结束语

综上所述，我国现有农业照明市场需求量大，并且其规模呈现高度综合发展的趋势。但随着我国农业照明需求的不断扩大，随之而来的是农业生产中耗电量的大幅增加，这与我国综合发展、绿色节能的理念背道而驰。LED 照明技术的广泛运用，可以在农业照明市场的现状中寻求全新的机遇以及高能源消耗解决方案，加快我国新型农业的发展步伐。