浅析LED在农业照明领域研究进展及应用现状概要VIP专享VIP免费

浅析LED在农业照明领域研究进展及应用现状一、现代农业照明光源的需求农业是国民经济的基础,日常生活中的肉蛋奶、蔬菜、花卉、瓜果、食用菌等农副产品的很大一部分都是在设施条件下生产出来的,其中农业照明起到了极为重要的作用。总体上来看,在现代农业的很多领域,如设施植物生产、集约化养殖业、水产捕捞、病虫害防治、食用菌生产及微藻繁殖等,都与人工照明有着极其密切的关系。植物生产对人工照明的需求方面,俗话说“万物生长靠太阳”,光照是地球上生物赖以生存与繁衍的基础,作物的光合作用离不开光照,光照条件的好坏直接影响作物的产量和品质。自然界中,太阳的光照随地理纬度、季节和天气状况的不同而变化,高纬度地区冬季日长变短以及其它地区冬春季节连阴、雨、雪、雾天气等特定气候条件下,光照强度和光照时间不足的现象时有发生,因此,在现代植物生产系统中(如温室、大棚等人工补光已经成为高效生产的重要手段。此外,在密闭式人工光生产系统,如植物工厂、组培车间、育苗工厂等,采用完全人工光进行光合作用,因此也离不开对人工照明光源的需求。在养殖生产对人工照明的需求方面,集约化养鸡场、养猪场等都在封闭或半封闭环境下进行饲养,人工光源不仅能起到照明的作用,而且对畜禽生产性能也会产生重要影响。大量的研究表明,在畜禽养殖过程中,照明光源的颜色与波长、光照的时间与强度、光照期与黑暗期的配合等都会对畜禽的生产性能、生理特性、行为特性、体质健康等产生显著影响。适宜的人工照明,能够克服了畜禽繁殖生理机能季节性限制,使其遗传潜力能最大限度地发挥出来,增加畜禽养殖的经济效益。在水产捕捞与灯光诱鱼对人工照明的需求方面,自公元8世纪开始,人们利用鱼对光的敏感性,就采用灯光进行集鱼与捕鱼。多年来,世界各地一直存在使用火或其他形式的灯光捕鱼的方法,如今这些捕鱼方法已经成为许多国家现代渔业的一个重要特征。一些学者还对不同颜色光源的诱鱼效果进行了试验,结果表明,蓝光具有更深的水体穿透性,使用以蓝色为主体的人工光源可以取得更好的捕捞效果。在人工微藻对照明的需求方面,近年来,随着全球资源、能源及环境危机的加剧,开发利用光合自养生物微藻,直接将太阳能及CO2转化成人们生产生活需要的医药、生物基化学品(如天然色素、异戊二烯等和生物能源(如乙醇、丁醇、生物柴油等,已经成为世界各国关注的焦点。光照是影响微藻细胞生长及生化成分变化最重要的因子之一,对微藻的生长、繁殖、藻体颜色、细胞形态及代谢产物含量均有重要的影响,人工光源逐渐作为有效手段在微藻繁殖中得到广泛应用。此外,在现代农业生产过程中,众多领域,如病虫害防治、食用菌生产等,也对人工光源具有广泛的需求。长期以来,在农业照明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、运行成本高,能耗费用约占系统运行成本的40%~60%。因此,开发出高光效、低能耗的节能光源一直是农业领域人工光照明应用的重要课题。近年来,随着LED技术的快速发展,使低能耗、高光效光源在农业领域的应用成为可能。与传统人工光源相比,LED不仅节能效果显著,而且还可进行光量、光质(红/蓝光比例或红/远红光比例等的任意调整,以满足动植物生产的各种生理需求,实现高效化生产。因此,LED被认为是21世纪农业领域最有前途的人工光源,具有良好的发展前景。二、LED农业照明领域研究进展1.LED植物照明研究进展长期的研究表明,植物光合作用在可见光光谱(380~760nm范围内所吸收的光能约占其生理辐射光能的60%~65%,其中主要以波长610~720nm(波峰为660nm的红、橙光(约占生理辐射的55%左右以及波长400~510nm(波峰为450nm的蓝、紫光(约占生理辐射的8%左右为吸收峰值区域。因此,开发出以这两个波段(特别是波峰为主体的植物人工光源将会大大提高其光能利用效率。近年来,随着LED技术的不断进步,为实现这一目标提供了可能。LED能够发出植物生长所需要的单色光(如波峰为450nm的蓝光、波峰为660nm的红光等,光谱域宽仅为±20nm,而且红、蓝光LED组合后,还能形成与植物光合作用与形态建成基本吻合的光谱,光能利用效率达80%~90%,节能效果极为显著。LED光源这种独特的性能,为其在植物生产...