LED光調(diào)控技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究

葉常茂 盧利清

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東 廣州 510663）

相比于在自然環(huán)境下進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，光照對植物的影響因素更多，但是這些因素往往都是可控的。例如，采用LED光調(diào)控技術(shù)能夠盡可能消除這些影響因素，從而確保植物能夠快速生長。

1 對設(shè)施農(nóng)業(yè)采用光調(diào)控的必要性

光是影響植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因素之一，其不僅給作為一種能量參與植物的光合作用，而且可以作為一種信號源調(diào)節(jié)植物的生長、分化和代謝。在之前的農(nóng)作物種植過程中，往往大量使用肥料和農(nóng)藥，使得農(nóng)作物的生長環(huán)境越來越差。再加上受到氣候等不確定因素的影響，使得光照逐漸成為制約設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素，農(nóng)作物種植已經(jīng)無法滿足人們高品質(zhì)的要求。而利用光調(diào)控技術(shù)來改變各光色的成分占比和光照強(qiáng)度，能夠調(diào)整植物生長情況，縮短農(nóng)作物生長周期，同時(shí)保障農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量［1］。

2 LED光調(diào)控技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一般采用高壓鈉燈、熒光燈等進(jìn)行照明，但是這些光源存在能耗大、效率低下等弊端。LED是直接將電轉(zhuǎn)化為光的發(fā)光二極管，有著能耗低、能效高、體積小等特點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。目前，LED在農(nóng)作物繁育的時(shí)候用作溫室補(bǔ)光，在植物培育的時(shí)候，作為光源來控制農(nóng)作物生長。LED光源是目前最合適運(yùn)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的光源。

2.1 在溫室補(bǔ)光中的應(yīng)用

在自然界中，太陽光隨著地理位置、海拔高度、四季變化和時(shí)間的不同而變化，溫室光照度除了與此有關(guān)外，還與溫室結(jié)構(gòu)、管理措施和材料的透光性等有關(guān)。受到上述因素的影響，尤其是在冬季或早春，溫室內(nèi)的光照往往滿足不了農(nóng)作物的生長需求。為了確保給農(nóng)作物生長提供充足的光照，人工補(bǔ)光成為溫室管理過程中必不可少的一環(huán)。將LED作為溫室補(bǔ)光光源，可以根據(jù)氣候條件、作物類型等調(diào)整LED補(bǔ)光的強(qiáng)度、時(shí)間等，而且其結(jié)構(gòu)簡單、高度可調(diào)等，應(yīng)用優(yōu)勢顯著。通過大量的研究表明，對農(nóng)作物進(jìn)行不同強(qiáng)度、光譜、光色等的LED光照處理，能直接影響農(nóng)作物的生長情況。例如，在溫室中栽培番茄，不同的光質(zhì)會對番茄的生長產(chǎn)生不同的影響，如受到紅光和紅藍(lán)光混合照射以后，番茄苗木的莖更加粗壯，而在藍(lán)光照射下，番茄的生長高度會明顯降低［2］。

2.2 在種苗繁育中的應(yīng)用

光調(diào)控技術(shù)運(yùn)用在種苗繁育中，對于保護(hù)和利用種質(zhì)資源、提高種苗質(zhì)量等有著非常重要的作用。LED在種苗繁育中的應(yīng)用主要包括植物組織培養(yǎng)、扦插和嫁接苗的光照研究等。例如，在組織培養(yǎng)過程中，將LED作為供給光源，對其光照強(qiáng)度、光質(zhì)配比等進(jìn)行調(diào)控，有利于促進(jìn)植株的生長發(fā)育和形態(tài)建成，而且能縮短培育周期。目前，國內(nèi)外專家針對LED光源在植物培苗中的運(yùn)用進(jìn)行了廣泛的研究，其研究方向包括LED散發(fā)不同的單色光對于培苗的影響、紅色和藍(lán)色占比不同的情況下對培苗的影響、光質(zhì)參數(shù)不同對培苗的影響［3］。

3 LED光調(diào)控技術(shù)對設(shè)施農(nóng)作物生長發(fā)育調(diào)節(jié)的復(fù)雜性

首先，各種農(nóng)產(chǎn)品、農(nóng)作物生長的不同階段對于光源的需求方式及吸收方式不同，以及農(nóng)作物對于營養(yǎng)的需求迥異，在人工光照條件下，還需要考慮到光照的偏振性及相干性等因素，從而大大增強(qiáng)了光照的復(fù)雜性。其次，植物之間對于光照的需求各異，無法將某一種植物的光使用情況直接復(fù)制到另一種植物上，植物對光照的需求需要多次研究論證。最后，LED光對于植物之間的影響出現(xiàn)離散型響應(yīng)方式。三方面的共同影響會加大其復(fù)雜程度，所以在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要有針對性地對植物進(jìn)行光環(huán)境的調(diào)控，以確保通過最小的投入來獲取最大的收益，避免出現(xiàn)采用LED光調(diào)控技術(shù)對植物生長產(chǎn)生不利影響的現(xiàn)象［4］。

4 LED光調(diào)控技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用展望

植物光合作用是植物生長的基本條件，在光照不足的時(shí)候，通過人工補(bǔ)充光照能夠確保植物獲取其快速生長所需的能量。LED補(bǔ)光的原理是通過采取光催化來促進(jìn)植物進(jìn)行光合作用，以實(shí)現(xiàn)對農(nóng)作物生長的調(diào)控。LED光調(diào)控技術(shù)運(yùn)用在設(shè)施農(nóng)業(yè)中是對外部條件的控制，依照植物生長所需有針對性地進(jìn)行補(bǔ)充，以實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物增產(chǎn)的目標(biāo)。最近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，LED的制造成本和能耗成本也越來越低，其在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢愈發(fā)明顯，未來可能出現(xiàn)根據(jù)植物需求而進(jìn)行自動調(diào)節(jié)的光照及光譜的LED光調(diào)控技術(shù)，其光譜、光強(qiáng)都能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)植物的生長情況進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本。

5 結(jié)語

目前，以LED作為設(shè)施作物照明主要供給光源的研究方興未艾，但是，基于LED對設(shè)施農(nóng)作物生長發(fā)育調(diào)節(jié)的復(fù)雜性，探索LED影響設(shè)施農(nóng)作物生長發(fā)育的光配方及專用燈具的研發(fā)尚有很長的路要走。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，未來LED光調(diào)控技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中將會發(fā)揮更大的作用。