LED在我國農(nóng)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用

范國成，王偉新，林雄杰，胡菡青，杜云貴，蔡子堅(jiān)，阮傳清，劉 波

(1.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所 350013;2.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研處;3.福建圣元電子科技有限公司;4.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生物資源研究所)

LED又稱發(fā)光二極管 (light emitting diode，LED)，是一種可以有效把電能轉(zhuǎn)化成電磁輻射的裝置，被稱為世界上最新的第四代光源，已在農(nóng)作物生產(chǎn)、食用菌栽培、畜禽養(yǎng)殖、害蟲誘捕等方面開展了廣泛試驗(yàn)。本文對LED在農(nóng)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展作簡要介紹，并就推進(jìn)農(nóng)用LED產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用提出相應(yīng)的建議。

1 LED光源在農(nóng)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的研究

相較于傳統(tǒng)的光源，LED具有光強(qiáng)可調(diào)整、光質(zhì)可調(diào)控、冷卻負(fù)荷低等特性，在農(nóng)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域開展了廣泛的研究，取得了可喜的進(jìn)展。

1.1 農(nóng)作物生產(chǎn)

LED光譜域?qū)挕?0 nm，波長與植物光合作用和形態(tài)建成的光譜范圍吻合［1］。作為人工光源或者補(bǔ)光光源在植物工廠、組織培養(yǎng)室、植物生長箱中的利用已成為研究熱點(diǎn)，包括不同光質(zhì)、光強(qiáng)、光周期、光照方式對蔬菜、花卉和糧經(jīng)作物等［2］的生長發(fā)育、形態(tài)建成、植物生理、品質(zhì)性狀等影響，以及LED光源在減少能耗、降低成本中的作用，初步明確LED不僅能夠調(diào)控植物的生長發(fā)育和形態(tài)建成，提高品質(zhì)，而且能夠大大減少能耗，應(yīng)用前景廣闊。

1.2 食用菌栽培

光照是食用菌生長發(fā)育過程中一個不可忽略的因素，不同品種食用菌對不同波長可見光的反應(yīng)不一，不同生長發(fā)育階段對光照強(qiáng)度、光質(zhì)要求均有差異［3］。普遍認(rèn)為食用菌營養(yǎng)生長階段不需要光誘導(dǎo)，而營養(yǎng)生長向生殖生長階段轉(zhuǎn)變則需要適量的光誘導(dǎo)。目前盡管LED光源在食用菌工廠化企業(yè)廣泛應(yīng)用，但一般都只根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)控光照，沒有確切的理論依據(jù)。因此，有必要開展食用菌生長各階段光生物學(xué)試驗(yàn)，研究各主栽食用菌所需的光質(zhì)、光照強(qiáng)度以及光照周期等指標(biāo)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)食用菌產(chǎn)業(yè)的跨越發(fā)展。

1.3 畜禽養(yǎng)殖

隨著LED等單色光源的出現(xiàn)，國內(nèi)外圍繞畜禽對光質(zhì)、光強(qiáng)與光周期等需求機(jī)理進(jìn)行了研究，初步探明了畜禽對光環(huán)境需求的相關(guān)參數(shù)。利用LED燈照射AA肉雞，在其生長前期采用綠光或藍(lán)光照射，能降低料肉比，促進(jìn)肉雞的生長發(fā)育;生長后期采用藍(lán)光照射，能顯著提高其生產(chǎn)性能［4］。已有的研究表明，通過適當(dāng)?shù)腖ED光照調(diào)節(jié)，能夠顯著促進(jìn)畜禽生長，提高其免疫力，大大提高畜禽養(yǎng)殖的生產(chǎn)潛力。

1.4 害蟲誘捕

利用趨光性進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)和物理防治是害蟲防治的有效方法之一。目前我國市場上的LED殺蟲燈大都是 (365±50)nm的紫外燈，隨著燈光誘殺應(yīng)用的范圍加大，其非選擇性缺陷亦日益暴露，在誘殺害蟲的同時(shí)，對有益昆蟲、天敵及非靶標(biāo)昆蟲也有不同程度的誘殺［5］?，F(xiàn)有研究顯示，LED殺蟲燈殺蟲效果比黃板好、成本低，且夜間的效果顯著高于白天。因?yàn)檎T蟲燈不僅直接對害蟲達(dá)到誘殺的作用，還干擾害蟲取食、交尾、產(chǎn)卵等行為活動［6］。以LED為誘殺光源，結(jié)合太陽能光伏，可以研制出波長范圍窄、殺蟲效果好的太陽能專用殺蟲燈，供邊遠(yuǎn)果園及稻田使用。

2 LED光源與普通人工光源能耗對比

目前設(shè)施農(nóng)業(yè)主要采用熒光燈作為人工光源，其電能轉(zhuǎn)化效率僅為20%左右，而紅外和熱能消耗約占70%，使得環(huán)境溫度上升，加大了空調(diào)降溫耗電量，致使運(yùn)行成本提高。LED不依靠燈絲發(fā)熱來發(fā)光，在同樣光照效果的情況下，LED耗電量是白熾燈的1/8，是熒光燈的1/2，對節(jié)約能源、減少溫室效應(yīng)十分有利，如果采用太陽能光伏LED照明，其節(jié)能效果更加顯著。

3 推進(jìn)農(nóng)用LED產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用的建議

我國對LED光環(huán)境調(diào)控技術(shù)與機(jī)理研究還處于起步階段，這與我國LED產(chǎn)品研發(fā)起步晚，以及LED本身的一些缺點(diǎn)如亮度低、PN結(jié)散熱困難、光斑、亮度和色度均勻性差、價(jià)格高等不無關(guān)系。因此，需要光電技術(shù)的發(fā)展與完善，以及相關(guān)政策法規(guī)的出臺。

首先加大投入，提高LED產(chǎn)品的研發(fā)力度，生產(chǎn)出全色域、高亮度、價(jià)格適中的LED，解決LED在農(nóng)業(yè)照明中的高成本問題。

其次，加快LED照明產(chǎn)品相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和檢測方法的制定。目前我國還沒有正式照明LED的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保障，致使市場無序競爭。應(yīng)當(dāng)加快LED產(chǎn)品及其應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化工作的步伐，使產(chǎn)品的研發(fā)既有章可循，又有明確的目標(biāo)和方向，也能規(guī)范LED照明產(chǎn)品的生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，促使產(chǎn)品的使用更加科學(xué)合理。

再次，加強(qiáng)LED在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研發(fā)應(yīng)用上的科研立項(xiàng)，開發(fā)出符合我國生產(chǎn)實(shí)際的LED植物光源、照明自動控制系統(tǒng)和大型植物工廠化育苗光環(huán)境調(diào)控設(shè)施。

最后，采取補(bǔ)貼政策，對研發(fā)和使用LED產(chǎn)品的企業(yè)和農(nóng)戶進(jìn)行補(bǔ)貼，加快產(chǎn)品的推廣，推動精細(xì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

［1］劉再亮，馬承偉，楊其長.設(shè)施環(huán)境中紅光與遠(yuǎn)紅光比值調(diào)控的研究進(jìn)展［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2004，20(1):270－273.

［2］楊雅婷，程瑞峰，楊其長，等.LED光源不同R/B處理對甘薯組培苗品質(zhì)及節(jié)能效果的影響 ［J］.中國農(nóng)業(yè)氣象，2010，31(4):546－550.

［3］李玉，于海龍，周峰，等.光照對食用茵生長發(fā)育影響的研究進(jìn)展 ［J］.食用菌，2011(2):3－4.

［4］曹靜，陳耀星，王子旭，等.單色光對肉雞生長發(fā)育的影響［J］.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，40(10):2350－2353.

［5］鞠倩，曲明靜，陳金鳳，等.光譜和性別對幾種金龜子趨光行為的影響 ［J］.昆蟲知識，2010，47(3):512－516.

［6］段云，武予清，蔣月麗，等.LED光照對棉鈴蟲成蟲明適應(yīng)狀態(tài)和交尾的影響［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29(9):4727－4731.