LED植物照明应用现状

LED植物照明应用现状植物照明是LED农业应用最为广阔的领域之一，温室大棚、植物组培、植物工厂以及食用菌生产等众多场合均可采用LED代替传统光源。目前，LED植物照明光源主要应用场合包括：(1)温室补光光是作物生长最重要的环境因子之一，荷兰学者认为：“1%的光照就是1%的产量”，可见光照在作物生产中的重要程度。温室本身的光照比露地要低得多，尤其在冬春季节和连阴、雨、雪、雾等天气条件下，光照不足的状况会更加明显，常常会限制温室作物的产量和品质，人工补光已经成为温室高效生产的重要手段。目前，温室的人工补光光源主要有高压钠灯、低压钠灯、金属卤化物灯和荧光灯等，这些光源的红外和绿光等光谱成分较大，作物光合作用所需的红、蓝光谱成分相对较少，光能利用率低，耗能大，运行成本高。近年来，随着LED光源的快速发展，尤其是大功率LED芯片产品的开发成功，为温室补光提供了新的手段。常用的LED温室补光光源主要有两种，一种是垂直照射的LED点光源，灯具采用类似于高压钠灯的圆头灯结构;一种是穿插于植株之间进行侧面照射的LED带光源，目前，LED光源用于温室人工补光仍处于小规模阶段。(2)植物工厂植物工厂是通过计算机对设施内植物生育过程的温度、湿度、光照、CO2浓度和营养等环境条件进行高精度控制，实现农作物周年连续生产的高效农业系统，被认为是21世纪农业取得革命性突破的重要技术手段之一。目前，植物工厂有两种主要型式：一种是以温室为主体的太阳光和人工光并用型植物工厂，其光源系统与温室补光完全一致;另一种是以封闭的隔热空间为主体的人工光完全控制型植物工厂，这种植物工厂是在完全人工环境下进行植物生产的方式，受外界气候影响小，可周年连续生产，空间利用率和单位面积产量高，但空调和照明耗电大、运行成本高也是限制其发展的重要瓶颈。因此，节能降耗已经成为人工光完全控制型植物工厂的重要课题。高效率LED光源的应用是解决植物工厂能耗问题的重要手段，目前植物工厂的人工照明光源主要有高压钠灯和荧光灯等，能耗高，散热量大，空调运行成本高。LED的出现为解决植物工厂能耗问题提供了重要手段。1994年以来，日本开始试用LED作为植物工厂的照明光源，使用波长为660nm的红色LED加上5%的蓝色LED的组合光源进行人工植物工厂栽培生菜和水稻作物，获得成功。1997年渡边博之采用水冷模板LED光源在植物工厂内种植蔬菜，栽培方式为营养液膜法(NFT)，作物选用生菜、芹菜等，蔬菜定植2周后即可收获，在800m2(8m×10m×10层)的栽培面积上，每天生产蔬菜5900株，年产蔬菜150万株。2009年2月，日本FairyAngel公司宣布，开始与LED照明厂商CCS联手，开发出使用LED照明的蔬菜工厂“AngelFarm福井”。2009年9月，中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所成功研制出了国内第一例智能型LED植物工厂，建筑面积为200m2，采用LED进行人工光育苗生产，取得了良好的运行效果。(3)植物组培育苗植物组织培养是一项可以通过规模化生产，在短时间内获得大量同品质种苗的快速繁育技术。由于组培育苗繁育速度快，不受外界气候、地域和时间等条件的约束，目前已经成为遗传育种、种质资源保护和脱毒快繁的重要手段。但传统的组培光源多为荧光灯，光效低、发热量大，能耗成本占其运行费用的40%～50%。应用新型节能光源、高光效、减少能耗一直是植物组培领域的一大优点。近年以来，世界各国都在积极应用LED作为组培光源。开发出了光照强度(45、60、75μmol·m-2·s-1)，光质比例为80%红光LED+20%蓝光与90%红光LED+10%蓝光LED两种香蕉组培光源，试验认为80%红光LED+20%蓝光LED(60μmol·m-2·s-1)的光源具有明显的优势，使用超高亮度红光与蓝光LED开发出可调整光量、光质、发光频率与占空比的组培光源系统，可实现在不提高耗电成本条件下提高马铃薯组培苗的生长速率针对组培的特殊需求，开发出了专门用于植物组培的“LED植物培育智能光控系统”；开发出了直接采用市电驱动，并与T8或T5荧光灯管无缝对接的LED灯管，以替代目前在植物组培领域广泛使用的荧光灯。