半導體光源現代農業(yè)應用進展

<p>文 楊其長“萬物生長靠太陽”， 在現代農業(yè)生產中， 除太陽的自然光外， 人工光源也正在得到廣泛應用， 設施種植業(yè)、集約化養(yǎng)殖業(yè)、食用菌和微藻繁殖等， 以及海洋捕撈的燈光誘魚、作物害蟲防治的燈光誘蟲等都與人工光照密切相關。 隨著現代農業(yè)的快速發(fā)展，農業(yè)照明光源正發(fā)揮著越來越重要的作用。現代農業(yè)對人工照明光源的需求照明的作用 ， 而且照明的顏色 、強度、 時長及光是植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子， 自然 間斷控制等都會對對畜禽生產性能產生重要影界中由于緯度、 季節(jié) 、 氣候、 污染等原因， 太 響。 適宜的人工照明 ， 能夠克服畜禽繁殖生理陽光照不足的現象時有發(fā)生， 人工補光已經成 機能季節(jié)性限制 ，最大限度地發(fā)揮其遺傳潛能。為設施（ 如溫室 、大棚等）植物生產的重要手段。 光照是水產動物代謝系統(tǒng)重要影響因子 ， 通此外， 在密閉式人工光生產系統(tǒng)， 如植物工廠、過光強、 光質和光周期直接或間接地影響水產動組培車間、 育苗工廠等，更是離不開人工光源。 物的攝食、 生長和存活等， 人工照明已經成為設集約化養(yǎng)雞場、養(yǎng)豬場等都是在封閉或 施水產重要的技術手段。此外， 魚對光具有敏感半封閉壞境下進行飼養(yǎng)， 人工光源不僅能起到性與趨光習性， 多年來世界各地一直存在使用火 高科技與產業(yè)化 月刊產業(yè)應用或燈光捕魚的習慣，目前采用人工光源進行海洋鐵皮石斛、 菠菜、 虎頭蘭、 馬鈴薯、 白鶴芋、 黃瓜、誘捕作業(yè)已經成為現代漁業(yè)的一個重要方式。番茄等數種作物的光配方， 創(chuàng)制了專用 光照是多數食用菌子實體原基產生和子實植物光源，并實現在植物生產系統(tǒng)， 如溫室大棚、體生長發(fā)育必要的環(huán)境要素，食用菌種類及生植物組培、植物工廠等領域的廣泛應用。長階段不同 ，其對光照條件需求各異，光環(huán)境早期養(yǎng)殖業(yè)使用的人工光源白識燈、 熒光燈要素的按需調節(jié)對食用菌生長發(fā)育極為關鍵。等， 不僅能耗大，而且難以實現對畜禽生理需求微藻鈿胞生長及生化成分變化也與光照密切相的光質調控。近年來隨著 的應用， 國內外關，人工光源對微藻的生長 、繁殖、 藻體顏色、 學者圍繞畜禽對光色、 光強與光周期等光環(huán)境要細胞形態(tài)及代謝產物含量影響顯著 ，正在成為素與生長性能的關系進行了深入研究，探明畜禽微藻繁殖的重要手段。對光環(huán)境需求的相關參數，確定了調控光色、 光長期以來，在農業(yè)照明領域使用的人工光強和光周期來改善畜禽生理節(jié)律、攝食行為、 生源主要有高壓鈉燈、熒光燈、 金屬鹵素燈、 白長發(fā)育 、 繁殖性能的技術體系。 通過 光照熾燈等， 這些光源的突出缺點是能耗大、 運行調節(jié) ， 能夠顯著促進畜禽生長， 提高其免疫力。成本高、 光質難以調控。 不僅節(jié)能，而且食用菌對光環(huán)境因子尤其是光質、光強還可進行光強、 光質的任意調整， 可滿足動植反應非常敏感， 紅光有利于平菇菌絲體的生物高效生產的各種需求 ， 被認為是現代農業(yè)最長 ， 藍光有利于菇蓋變大、變厚、顏色變深有前途的人工照明光源。等 ， 波長單一、 光強與光質可調的優(yōu)勢為食用菌光環(huán)境精準調控提供了有效手段。 光現代農業(yè)應用進展 照作為影響微藻細胞生長及生化分子變化重要植物光合作用在可見光光譜（ ？）的環(huán)境因子 ， 光質對蛋白核小球藻的生物量積范圍內所吸收的光能約占其生理輻射光能的累 、 葉綠素含量、 細胞內蛋白質含量有明顯的 ， 其中主要以波長 納米影響 ， 對微藻次生代謝產物積累也具有重要影（ 波峰為納米 ） 的紅、 橙光 （ 約占生理輻射響 ， 為微藻不同生長階段次生代謝產物積的左右 ） 以及波長納米 （波峰為累可變光質提供了重要支撐。 納米 ）的藍、紫光（ 約占生理輻射的左右 ）作為一種物理手段 ， 不僅可以增加為吸收峰值區(qū)域。 能夠發(fā)出植物生長所需水產養(yǎng)殖生長效率，而且還可以促進魚類生要的單色光 ， 而且紅、 藍光 組合后， 還能長、 控制魚類性腺發(fā)育。 的單色可調控特形成與植物光合作用與形態(tài)建成基本吻合的光性為水產高效生產提供有效的技術支撐。集魚譜， 光能利用效率達 ， 節(jié)能效果顯著。燈經歷了從煤油燈、 白只燈、 金錯燈、 金 燈多年來， 國內外學者圍繞植物照明應到燈的更新換代 ， 尤其是透光率高、用進行不懈的探索， 探明了紅光、 藍光及與其他指向性強，光線可通過海水直達海洋深層 ， 正光譜組合對植物的影響 ， 先后形成了萵苣、 草莓、 成為海洋捕撈的有效輔助手段。 年 月號總第期昆蟲對光的選擇不僅僅體現在光照強度 ，還代傳統(tǒng)光源可以大大減少農業(yè)系統(tǒng)能耗。 溫室表現為對光質的選擇，不同種類的害蟲與益蟲對補光可實現節(jié)能？ ，植物工廠、 植物波長的要求不盡一致。可以根據害蟲與益組培可以降低能耗約 ， 節(jié)能效果極為顯著。蟲對不同波長及其該波長下光譜能量對不同發(fā)育是現代農業(yè)最有前途的人工光源 ， 對階段及生理狀態(tài)的趨光行為進行設計 ，可以大幅提高資源利用率， 減少環(huán)境污染 ， 都具有十分增加害蟲的殺滅率，為生態(tài)植保提供術支撐。重要的意義。農業(yè)照明潛力分析限制農業(yè)照明應用的因素分析光源農業(yè)應用剛剛起步， 但發(fā)展?jié)摿Τ杀酒摺?成本是產品能否取得市場競爭巨大，其獨特的光源特征、 顯著的節(jié)能效果以優(yōu)勢的關鍵因素 ， 對于農業(yè)照明光源來說，及新型光源的替代需求， 為 光源在現代價格偏高也是限制其大規(guī)模普及的重要原因。農業(yè)應用提供了廣闊的市場空間。一個功率 瓦的熒光燈成本為 元左右 ，而與民用市場相比， 農業(yè)照明光源相對一個功率 瓦的燈管售價高達 元以滯后， 但潛在的巨大市場極為驚人。 目前我國上。雖然價格不斷下降， 但與傳統(tǒng)光源溫室大棚面積達 多萬畝、植物工廠 相比仍然偏高 ， 很大程度上限制了農業(yè)萬平方米以上、植物組培 多萬平方米，照明光源的應用與推廣。燈具需求億只以上 ；設施畜禽與水產技術成熟度還有待提高。農業(yè)領域的特殊養(yǎng)殖燈具需求在 萬只以上 ； 微藻繁育、 食性決定了不是所有的 光源都能不加選擇用菌 、 植保誘蟲等光源需求 億只以上 ；加上地直接使用 ，必須針對動植物的需求進行光源其他農業(yè)需求 ，現代農業(yè)對 的市場需求總配方及特定光源研究。 但長期研發(fā)經費的不足 ，規(guī)模？億元以上。嚴重滯后于現實對 農用照明技術的需求 ，農業(yè)照明光源綜合優(yōu)勢獨具特色。 包迫切需要國家加大支持力度 ， 完善農用 括 ： ） 生物能效高。植物光合作用主要利用紅技術體系。橙光與藍紫光這兩段光譜， 可以控制其輻產業(yè)化與標準化程度仍較低。 農用 射光譜在植物需要的波段， 還可以根據植物需求光源目前仍處于試驗研究階段 ， 還沒有形成完精確調整紅藍光（ ） 比例，使輻射能完全為善的標準化技術體系 ， 光源的研發(fā)與應用僅限植物所吸收，提高光源的生物能效 ； ） 顯著提于科教單位，缺乏能夠將研究成果轉化的專業(yè)高植物栽培密度。 屬于冷光源， 其輻射熱性生產企業(yè) ， 也未能形成相應的產業(yè)集群。效應遠遠小于傳統(tǒng)光源 ， 因此可實現對植物的近缺乏有效的政策扶持。 作為一種新型節(jié)能距離照射， 在植物工廠或植物組培系統(tǒng)可使栽培光源 ，的發(fā)展需要政府的政策扶持 ， 然而層間距大大縮短，顯著提高空間利用效率。相比較而言， 農業(yè)照明領域還未得到足夠農業(yè)照明光源節(jié)能效果顯著。 替的重視， 缺乏有效的科技支撐和政策支持， 推高科技與產業(yè)化 月刊產業(yè)應用廣應用受到一定的限制。制定出一系列相應的標準，使一大批農用 （ 船原的制造企業(yè)參與新產品開發(fā) ， 從而推動行 展戰(zhàn)略與政策建議 業(yè)的快速發(fā)展。加快低成本農用 光源的研發(fā)。 成本是推動農用 示范工程建設。 建議國家制約光源農業(yè)應用的瓶頸， 降低成本是其在國內建立若干 農用光源示范工程，形能夠大面積應用推廣的關鍵。 燈珠設計可成農業(yè)與生物領域不同應用方向 ， 如溫室補光、選用一些價格低廉的通用型產品 ， 也以采用芯組培育苗、 植物工廠、 中藥種植以及禽類養(yǎng)殖片加熒光粉激發(fā)等技術降低成本 ， 外觀設計上等 示范的產業(yè)化基地，并通過政府主導、注重實用即可， 從而使制造成本大幅度降低。企業(yè)主體、 市場配置“三力合一” 的試驗示范，加大農用 研發(fā)投入。 由于農業(yè)生物擴大農用 光源的示范推廣力度。的特殊性要求 ， 必須針對動植物的特定需求加大農用 的政策扶持。 農業(yè)應研制出相應的 照明光源。 建議國家加大用成本相對偏高 ， 為進一步加快推廣應用力 農用光源的研發(fā)和經費支持力度， 全方位度， 建議國家加大對農用 的政策扶持力提升 農業(yè)應用的自主創(chuàng)新能力。度 ， 包括增加科研立項、農用 產品補貼等，加快農用 光源標準化構建。 標準化確保生產單位在購置 農用燈時能夠直接是實現產業(yè)快速發(fā)展的關鍵， 目前 光源享受到 政策性支農財政補貼 ， 以便在植物工廠、 組培育苗、 畜禽養(yǎng)殖、 食用菌 、更好地促進農用 產業(yè)的健康發(fā)展。 溫室補光及其它領域的應用已基本成熟， 可以作者單位： 中國農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所 年 月號總第 期</p>