LED在设施农业的应用现状与发展趋势(杨其长)VIP免费

LED在设施园艺产业的应用现状与发展趋势杨其长(中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京100081)摘要：设施园艺是一个能耗相对较高的产业，其中人工光能耗占有相当的比重，减少人工光能耗是实现设施园艺节能的重要课题。LED不仅具有体积小、寿命长、耗能低、波长固定与低发热等优点，而且还能根据植物需要进行发光光谱的精确配置，实现传统光源无法替代的节能、环保和空间高效利用等功能。该文通过对LED在设施园艺领域研究现状的详细阐述，重点介绍了LED的光源特性及其在设施栽培、组织培养、植物工厂和太空农业等方面的应用进展，并对LED在人工补光、植物工厂、生命保障系统以及与新能源结合等方面的应用前景进行了分析和展望。关键词：人工光源；发光二极管(LED)；设施园艺ApplicationandForegroundofLight-EmittingDiode（LED）inProtectedHorticultureYangQichang(InstituteofEnvironmentandSustainableDevelopmentinAgriculture,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China)Abstract:Theapplicationoflight-emittingdiode(LED)inagricultureandbio-industryhasbeenconcernedbyallovertheworldwiththedevelopmentofLEDtechnology.LEDnotonlyhasmanyadvantages,suchassmallsize,longerlife,lowenergyconsumption,particularwavelengthandlowproductionofheat,butalsocanemittheexactspectrumbasedontheneedofplant.LEDcanactualizealotoffunctions,suchasenergy-saving,environment-friendlyandefficientspaceutilization,whichcan’tbeachievedbyconventionallightsource.TheapplicationofLEDinagricultureandbio-industryhasbeenreviewedinthispaper,whichincludesthecharacteristicsofLEDandtheprogressofLEDappliedinplantcultivation,tissueculture,plantfactoryandcontrolledecologicallifesupportsystem(CELSS).TrendsofLEDappliedinartificiallighting,plantfactory,CELSSandcombinationwithnewenergyarealsooutlined.Keywords:Artificiallighting,Light-EmittingDiode（LED),ProtectedHorticulture0引言设施园艺是一个高投入、高产出的产业，同时也是高能耗的行业。据联合国粮食计划署统计，全世界一年农业生产的能耗量有35％用于设施园艺产业，能耗费用约占温室作物生产总费用的15％～40％。人工光源作为设施园艺的重要组成部分，同时也是耗能和增加运行成本的主要因素。有关资料显示，大型连栋温室人工补光（以高压钠灯或金属卤素灯为人工光源）的能耗功率约为200kw/ha；植物苗工厂（以荧光灯为人工光源）各种设备的能第2页共10页图1LED结构原理图Fig1SchematicdiagramofLEDstructure编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共10页耗比例为：照明约占82％，空调制冷约占15％，其他占3％（Kozai，2002）；人工光植物工厂（以荧光灯为光源），照明能耗(三层结构）为800W/m2，约占总能耗的45-55％（Yang，2006）)；植物组培人工光（以荧光灯为人工光源）的能耗（培养架四层结构）为500-600W/m2，约占运行费用的30%-40％。长期以来在设施园艺领域使用的人工光源主要有高压钠灯、荧光灯、金属卤素灯、白炽灯等，这些光源的突出缺点是能耗大、运行费用高。因此，提高发光效率、减少能耗一直是设施园艺领域人工光应用的重要课题。近年来，随着光电技术的发展，带动了高亮度红光、蓝光与远红光发光二极管（Light-EmittingDiode,LED）的诞生，使低能耗人工光源在设施园艺领域的应用成为可能。LED具有高光电转换效率、使用直流电、体积小、寿命长、耗能低、波长固定与低发热等优点，与目前普遍使用的高压钠灯和荧光灯相比，不仅光量、光质（红/蓝光比例或红/远红光比例等）可调，而且还是低发热量的冷光源，可近距离照射，从而使植物的栽培层数和空间利用率大大提高。因此，LED被认为是未来设施园艺领域最有前途的人工光源，具有良好的发展前景[1,2]。1LED的基本原理与优势LED（Light-EmittingDiode），又称发光二极管，由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体材料制成，其核心是PN结...