LED植物照明的發(fā)展優(yōu)勢及全球研究進程分析

1964年世界首個紅色LED研制成功，之后黃色LED出現(xiàn)，直到1994年藍色、綠色LED才研制成功。但由于其亮度差、價格昂貴等條件的限制，一直無法作為通用光源推廣應用。

隨著人們對半導體發(fā)光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷進步和新材料的開發(fā)應用，LED的發(fā)展取得了突破性進展，價格也大幅度下降，其應用于植物設施栽培的研究逐漸被各國學者關(guān)注。尤其是在超高亮度LED開發(fā)成功后，被廣泛應用于植物生理或栽培領(lǐng)域的研究，如光形態(tài)發(fā)生、光合作用及葉綠素合成研究等。

發(fā)展優(yōu)勢

（1）高效無公害

21世紀將是生態(tài)農(nóng)業(yè)的世紀，而物理農(nóng)業(yè)是實現(xiàn)生態(tài)農(nóng)業(yè)的主要途徑之一，在眾多的物理學科知識中，光學在其中起著至關(guān)重要的作用，因此，有學者認為“光的世紀”即將來臨。如何在太陽光照不足情況下調(diào)控特定人造光源對綠色植物實施不同“光肥”，不僅促進作物生長發(fā)育，還可以達到增產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、抗病、無公害的目的，這對于促進中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實意義。

（2）節(jié)約能源

LED以其固有的優(yōu)越性正吸引著世界的目光，特別在全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下。將LED應用于植物設施栽培領(lǐng)域具有很多優(yōu)勢：可提供多種純正單色光和復合光譜，可根據(jù)不同作物及不同生長發(fā)育時期提供相應的光譜組合；具有PPFD可調(diào)的特性，可以模擬太陽光強度的變化；發(fā)光頻率與占空比可調(diào)節(jié)的特性可以提供高頻間歇給光模式，有利于探討光合作用中明期和暗期的控制機理，并可以擴大節(jié)能空間。

全球努力

LED在植物生理與植物栽培領(lǐng)域的應用研究已經(jīng)引起全世界的廣泛關(guān)注。

以日本和美國為代表的發(fā)達國家不僅深入研究LED對植物生長發(fā)育的調(diào)控機理，更注重積極研究將LED廣泛應用于植物設施栽培領(lǐng)域的技術(shù)和產(chǎn)品。（1）美國國家航空航天局把LED補光設施作為宇宙基地等閉鎖式生命維持系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)之一開展研究。（2）日本的閉鎖式LED植物工廠的研究已經(jīng)進入實用化階段；CCS公司制作的植物生長系統(tǒng)通過生長控制軟件控制LED照明，能實現(xiàn)不同光質(zhì)的自動控制；新型LED光源組培容器“Uni-PACK”也研制成功，具有提高組培空間利用率、有效波長利用率和照明效率，降低組培苗生產(chǎn)成本等優(yōu)勢。

中國植物設施栽培領(lǐng)域的LED應用機理研究還處于起步階段。借鑒國外研究成果，進一步系統(tǒng)深入研究LED應用于中國設施栽培領(lǐng)域的基礎理論十分必要。值得注意的是，不同植物不同生長時期所需的光譜組合、PPFD及光照周期存在一定差異，雖有一些國外文獻報道應用紅藍LED等光譜組合對不同植物生長發(fā)育和形態(tài)建成影響的研究，但缺乏結(jié)合不同物種不同時期生長特性，分析植物對LED光質(zhì)調(diào)控響應機理的研究，因此也未能給出不同植物在不同生育期中最佳LED光譜組成、PPFD及光照周期的可靠參數(shù)和系統(tǒng)資料。

此外，中國雖然是植物設施栽培面積大國，但在設施栽培領(lǐng)域具有自主知識產(chǎn)權(quán)的LED技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)基本還是空白，急需工程學科和植物學科的研究者共同合作，研制開發(fā)出符合中國生產(chǎn)實際的LED植物光源、照明自動控制系統(tǒng)、新型植物生長調(diào)控裝置和大型植物工廠化育苗設施等。隨著LED技術(shù)的發(fā)展與生產(chǎn)成本的逐年下降，特別是隨著中國半導體照明工程的啟動，相信在不久的將來，與LED相關(guān)的各種技術(shù)和產(chǎn)品將廣泛應用于植物設施栽培的生產(chǎn)實踐中。

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