LED植物照明的發(fā)展優(yōu)勢(shì)及全球研究進(jìn)程分析

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

　 　隨著人們對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷進(jìn)步和新材料的開發(fā)應(yīng)用，LED的發(fā)展取得了突破性進(jìn)展，價(jià)格也大幅度下降，其應(yīng)用于植 物設(shè)施栽培的研究逐漸被各國(guó)學(xué)者關(guān)注。尤其是在超高亮度LED開發(fā)成功后，被廣泛應(yīng)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(shì)

　　（1）高效無公害

　 　21世紀(jì)將是生態(tài)農(nóng)業(yè)的世紀(jì)，而物理農(nóng)業(yè)是實(shí)現(xiàn)生態(tài)農(nóng)業(yè)的主要途徑之一，在眾多的物理學(xué)科知識(shí)中，光學(xué)在其中起著至關(guān)重要的作用，因此，有學(xué)者認(rèn)為“光 的世紀(jì)”即將來臨。如何在太陽(yáng)光照不足情況下調(diào)控特定人造光源對(duì)綠色植物實(shí)施不同“光肥”，不僅促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，還可以達(dá)到增產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、抗病、無 公害的目的，這對(duì)于促進(jìn)中國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實(shí)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(yīng)用于植物設(shè)施栽培領(lǐng)域具有很多優(yōu)勢(shì)：可提供多種純正 單色光和復(fù)合光譜，可根據(jù)不同作物及不同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期提供相應(yīng)的光譜組合；具有PPFD可調(diào)的特性，可以模擬太陽(yáng)光強(qiáng)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(jī)理，并可以擴(kuò)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(yīng)用研究已經(jīng)引起全世界的廣泛關(guān)注。

　 　以日本和美國(guó)為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家不僅深入研究LED對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控機(jī)理，更注重積極研究將LED廣泛應(yīng)用于植物設(shè)施栽培領(lǐng)域的技術(shù)和產(chǎn)品。（1）美 國(guó)國(guó)家航空航天局把LED補(bǔ)光設(shè)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(jìn)入實(shí)用化階 段；CCS公司制作的植物生長(zhǎng)系統(tǒng)通過生長(zhǎng)控制軟件控制LED照明，能實(shí)現(xiàn)不同光質(zhì)的自動(dòng)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(zhǎng)利用率和照明效率，降低組培苗生產(chǎn)成本等優(yōu)勢(shì)。

　 　中國(guó)植物設(shè)施栽培領(lǐng)域的LED應(yīng)用機(jī)理研究還處于起步階段。借鑒國(guó)外研究成果，進(jìn)一步系統(tǒng)深入研究LED應(yīng)用于中國(guó)設(shè)施栽培領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論十分必要。值 得注意的是，不同植物不同生長(zhǎng)時(shí)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(guó)外文獻(xiàn)報(bào)道應(yīng)用紅藍(lán)LED等光譜組合對(duì)不同植物生長(zhǎng)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(shí)期生長(zhǎng)特性，分析植物對(duì)LED光質(zhì)調(diào)控響應(yīng)機(jī)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(guó)雖然是植物設(shè)施栽培面積大國(guó)，但在設(shè)施栽培領(lǐng)域具有自主知識(shí)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(xué)科和植物學(xué)科的研究者共同合作，研制開發(fā)出符合中國(guó)生產(chǎn)實(shí)際的LED植物光源、照明自動(dòng)控制系統(tǒng)、新型植物生長(zhǎng)調(diào)控裝置 和大型植物工廠化育苗設(shè)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(guó)半導(dǎo)體照明工程的啟動(dòng)，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(yīng)用于植物設(shè)施栽培的生產(chǎn)實(shí)踐中。