LED在现代农业的应用现状与发展战略.pdf

InternationalFOrumonSolidState 8thChina Lighting LED在现代农业的应用现状与发展战略 杨其长l，徐志刚2，陈弘达3，泮进明4 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，农业部设施农业节能与废弃物处理重点实验室，北京； 2南京农业大学，南京210095； 00083； 3中国科学院半导体研究所，北京1 4浙江大学生物系统工程与食品科学学院杭州31∞58 摘要：随着LE0技术的发展和锄造战本的下降．LED光源在现代农＼韭中的匝码越来越受勤世界各国的广泛关注， LED不仅具有体积小．寿命长、能耗低、发光效率高．发热低等光电特性优点．而且还能根据农业生物的需要 送行光谱的精确配置．司促进农业生物的生长发育稻光形态建成．弑而提高其产量褫磊员4本文介绍7LEoE 农业照明领域的匝黾现状。分梗了LED在农业领域的瘦甬潜力．指出了限锄农黾LED推广匮胃的关键因素。并 提出7促进LED在现代农业中嘘甬的发展思路．方向稻重点以及羽策。 关键谒；人I光源；发光二极管(LED)；现代农业；生物产业；发展战略 Emitting “万物生长靠太阳”，光照是地球上生物赖以生 在农业领域的应用成为可能。LED(Light 存与繁衍的基础，动植物的生长发育与生理代谢过程 Diode)，又称发光二极管，由…一JV族化合物，如 都与光照有着密切的关系，光照条件的好坏直接影响 农业生物的产量和品质。自然界中，太阳的光照随地 化镓)等半导体材料制成，其核心是PN结，当两端加 理纬度、季节和天气状况的不同而变化，高纬度地区 上正向电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩 以及其他地区冬春季节连阴、雨、雪、雾天气等，以 的能量而引起光子发射产生光【划。LED具有高光电转 及大气污染和浮尘等因素，大气透明度低，加之是设 换效率、使用直流电、体积小、寿命长、耗能低、波 施覆盖材料遮蔽和过滤作用导致设施内部光照不足 长固定与低发热等优点，与目前普遍使用的高压钠灯 的现象时有发生，人工补光已经成为现代农业高效生 和荧光灯相比，不仅光量、光质(红／蓝光比例或红／ 产的重要保障手段。此外，密闭式人工光生产系统， 远红光比例等)可调，而且还是低发热量的冷光源， 如植物工厂、组培快繁、规模化畜禽养殖、微藻繁育、 大大减少能源消耗Ⅲ。近年来，随着光电技术的不断 食用菌工厂等，人工光照更是不可或缺。因此，在现 革新，LED正向高亮度、低成本的目标快速推进，为 代农业生产中人工光源正发挥着越来越重要的作用…。 这一新型光源的普及与应用提供了广阔的空间。 长期以来，在农业照明领域使用的人工光源主要 植物是以光合作用来完成其发育和物质积累过 有高压钠灯、荧光灯、金属卤素灯、白炽灯等，这些 程的，其中光质特征对这一过程具有重要影响。相关 光源的突出缺点是光效低、能耗大、运行成本高，能 研究表明，植物光合作用在可见光光谱(380。760rlm) 耗费用约占系统运行成本的20％～40％”1。另外，这范围内所吸收的光能约占其生理辐射光能的60％ 些光源的光谱相对固定，无效波长较多，产热量大， 。65％，其中主要以波长610720nm的红、橙光(约占 无法近距离照射植物。因此，开发出高光效、低能耗 生理辐射的55％左右)以及波长400’51Ohm的蓝、紫 的节能光源一直是农业领域人工光照明应用的重要 光(约占生理辐射的8％左右)为吸收峰值区域5。訇。 课题。近年来，随着光电技术的发展，带动了高亮度 LED能够发出植物生长所需要的单色光(如波峰为 红光、蓝光与远红光LED的诞生，