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http:///Shop/45.shtml《銷售經(jīng)理學(xué)院》56套講座+14350份資料http:///Shop/46.shtml《銷售人員培訓(xùn)學(xué)院》72套講座+4879份資料http:///Shop/47.shtmlLED在設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)楊其長(zhǎng)(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京100081)摘要：設(shè)施園藝是一個(gè)能耗相對(duì)較高的產(chǎn)業(yè)，其中人工光能耗占有相當(dāng)?shù)谋戎兀瑴p少人工光能耗是實(shí)現(xiàn)設(shè)施園藝節(jié)能的重要課題。LED不僅具有體積小、壽命長(zhǎng)、耗能低、波長(zhǎng)固定與低發(fā)熱等優(yōu)點(diǎn)，而且還能根據(jù)植物需要進(jìn)行發(fā)光光譜的精確配置，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)光源無(wú)法替代的節(jié)能、環(huán)保和空間高效利用等功能。該文通過(guò)對(duì)LED在設(shè)施園藝領(lǐng)域研究現(xiàn)狀的詳細(xì)闡述，重點(diǎn)介紹了LED的光源特性及其在設(shè)施栽培、組織培養(yǎng)、植物工廠和太空農(nóng)業(yè)等方面的應(yīng)用進(jìn)展，并對(duì)LED在人工補(bǔ)光、植物工廠、生命保障系統(tǒng)以及與新能源結(jié)合等方面的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析和展望。關(guān)鍵詞：人工光源；發(fā)光二極管(LED)；設(shè)施園藝ApplicationandForegroundofLight-EmittingDiode（LED）inProtectedHorticultureYangQichang(InstituteofEnvironmentandSustainableDevelopmentinAgriculture,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China)Abstract:Theapplicationoflight-emittingdiode(LED)inagricultureandbio-industryhasbeenconcernedbyallovertheworldwiththedevelopmentofLEDtechnology.LEDnotonlyhasmanyadvantages,suchassmallsize,longerlife,lowenergyconsumption,particularwavelengthandlowproductionofheat,butalsocanemittheexactspectrumbasedontheneedofplant.LEDcanactualizealotoffunctions,suchasenergy-saving,environment-friendlyandefficientspaceutilization,whichcan’tbeachievedbyconventionallightsource.TheapplicationofLEDinagricultureandbio-industryhasbeenreviewedinthispaper,whichincludesthecharacteristicsofLEDandtheprogressofLEDappliedinplantcultivation,tissueculture,plantfactoryandcontrolledecologicallifesupportsystem(CELSS).TrendsofLEDappliedinartificiallighting,plantfactory,CELSSandcombinationwithnewenergyarealsooutlined.Keywords:Artificiallighting,Light-EmittingDiode（LED),ProtectedHorticulture0引言設(shè)施園藝是一個(gè)高投入、高產(chǎn)出的產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是高能耗的行業(yè)。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食計(jì)劃署統(tǒng)計(jì)，全世界一年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的能耗量有35％用于設(shè)施園藝產(chǎn)業(yè)，能耗費(fèi)用約占溫室作物生產(chǎn)總費(fèi)用的15％～40％。人工光源作為設(shè)施園藝的重要組成部分，同時(shí)也是耗能和增加運(yùn)行成本的主要因素。有關(guān)資料顯示，大型連棟溫室人工補(bǔ)光（以高壓鈉燈或金屬鹵素?zé)魹槿斯す庠矗┑哪芎墓β始s為200kw/ha；植物苗工廠（以熒光燈為人工光源）各種設(shè)備的能耗比例為：照明約占82％，空調(diào)制冷約占15％，其他占3％（Kozai，2002）；人工光植物工廠（以熒光燈為光源），照明能耗(三層結(jié)構(gòu)）為800W/m2，約占總能耗的45-55％（Yang，2006）)；植物組培人工光（以熒光燈為人工光源）的能耗（培養(yǎng)架四層結(jié)構(gòu)）為500-600W/m2，約占運(yùn)行費(fèi)用的30%-40％。長(zhǎng)期以來(lái)在設(shè)施園藝領(lǐng)域使用的人工光源主要有高壓鈉燈、熒光燈、金屬鹵素?zé)簟谉霟舻?，這些光源的突出缺點(diǎn)是能耗大、運(yùn)行費(fèi)用高。因此，提高發(fā)光效率、減少能耗一直是設(shè)施園藝領(lǐng)域人工光應(yīng)用的重要課題。近年來(lái)，隨著光電技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)了高亮度紅光、藍(lán)光與遠(yuǎn)紅光發(fā)光二極管（Light-EmittingDiode,LED）的誕生，使低能耗人工光源在設(shè)施園藝領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能。LED具有高光電轉(zhuǎn)換效率、使用直流電、體積小、壽命長(zhǎng)、耗能低、波長(zhǎng)固定與低發(fā)熱等優(yōu)點(diǎn)，與目前普遍使用的高壓鈉燈和熒光燈相比，不僅光量、光質(zhì)（紅/藍(lán)光比例或紅/遠(yuǎn)紅光比例等）可調(diào)，而且還是低發(fā)熱量的冷光源，可近距離照射，從而使植物的栽培層數(shù)和空間利用率大大提高。因此，LED被認(rèn)為是未來(lái)設(shè)施園藝領(lǐng)域最有前途的人工光源，具有良好的發(fā)展前景[1,2]。1LED的基本原理與優(yōu)勢(shì)圖1LED結(jié)構(gòu)原理圖Fig1SchematicdiagramofLEDstructureLED（Light-EmittingDiode），又稱發(fā)光二極管，由Ⅲ-圖1LED結(jié)構(gòu)原理圖Fig1SchematicdiagramofLEDstructureLED的相關(guān)產(chǎn)品早在20世紀(jì)60年代初就已面世，1962年世界上首個(gè)GaAsP紅色LED（λp=650nm）研制成功，

隨后黃色LED開始出現(xiàn)，但這一階段LED光源僅局限于標(biāo)識(shí)、觀賞等領(lǐng)域的應(yīng)用。20世紀(jì)80年代中期，高亮度LED開始推出，1993年又相繼研制出藍(lán)色和綠色LED產(chǎn)品，1996年白色LED相繼研制成功。但由于受亮度、價(jià)格等因素的影響，LED很長(zhǎng)一段時(shí)期一直未能作為通用光源推廣應(yīng)用。最近10年來(lái)，隨著國(guó)際上對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光材料研究的不斷深入，LED性能的不斷提高，價(jià)格的大幅度下降，以及大功率LED產(chǎn)品的相繼推出，使LED的普及逐漸成為可能[4]。圖2紅藍(lán)光光譜分布目前，LED已被廣泛應(yīng)用于汽車、通訊、資訊、交通信號(hào)、家電、照明以及生物醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域。與高壓鈉燈、白熾燈、熒光燈等其他人工光源相比，LED的優(yōu)勢(shì)在于：1.使用電源電壓較低，供電電壓僅為6~24V，比使用高壓電源更安全；2.節(jié)能高效，耗電量?jī)H為白熾燈的八分之一，熒光燈的二分之一；3.可發(fā)出光波較窄的單色光（圖2），如紅外、紅色、橙色、黃色、綠色、藍(lán)色等，而且還可以根據(jù)不同需要任意組合；4.低發(fā)熱特性的冷光源，可以近距離照射植物，提高空間利用率；5.可以在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)出脈沖光，響應(yīng)時(shí)間快；6.體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性強(qiáng)；7.無(wú)污染，作為全固體發(fā)光體，不含金屬汞、耐沖擊、不易破碎，廢棄物可回收，是一種綠色照明產(chǎn)品；8.壽命長(zhǎng)，可達(dá)50,000小時(shí)以上，是普通照明燈具的幾十倍。近年來(lái)，隨著光電技術(shù)的不斷革新，LED正向高亮度、低成本的目標(biāo)快速推進(jìn)[2,3]，為這一新型光源的普及與應(yīng)用提供了廣闊的空間[5]。2LED在設(shè)施園藝領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀園藝作物的光合作用，主要是利用波長(zhǎng)為610mm~720nm（波峰為660nm）的紅橙光，吸收的光能約占生理輻射的55％左右；其次是波長(zhǎng)為400~510nm（波峰為450nm）的藍(lán)紫光，約占8％左右。LED能夠發(fā)出植物生長(zhǎng)所需要的單色光（如波峰為450nm的藍(lán)光、波峰為660nm的紅光等），光譜域?qū)拑H為±20nm，紅藍(lán)光LED組合后，能形成與作物光合作用和形態(tài)建成基本吻合的光譜吸收峰值，光能利用率可達(dá)80％~90％，節(jié)能效果顯著。LED光源這種獨(dú)特的性能，為其在設(shè)施園藝領(lǐng)域的應(yīng)用提供了有效的發(fā)展空間[6]。2.1LED在設(shè)施栽培領(lǐng)域的應(yīng)用世界上最早將LED用于植物栽培的是日本三菱公司，早在1982年就有關(guān)于采用波長(zhǎng)650nm紅色LED進(jìn)行溫室番茄補(bǔ)光的試驗(yàn)報(bào)道[6]。1987年美國(guó)Wisconsin大學(xué)Tibbitts等人開始采用LED進(jìn)行萵苣的栽培試驗(yàn)，1991年該校的Bula等人利用紅光660nm的LED與藍(lán)色熒光燈結(jié)合，進(jìn)行生菜（LactucaSativaL）的栽培試驗(yàn)，獲得成功[7]。1993年日本香川大學(xué)的岡本和柳用紅色LED進(jìn)行了菠菜和萵苣的栽培試驗(yàn)。三菱化學(xué)（株）的渡邊和田中也利用LED進(jìn)行植物栽培的實(shí)用化研究，探討了脈沖光照射周期與占空比對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，占空比達(dá)25％~50％時(shí)，可加速植物生長(zhǎng)。Okamoto等(1996)使用超高亮度紅光LED與藍(lán)光LED，在紅藍(lán)光比值（R/B）為2：1時(shí)，可以正常培育萵苣；同年，Yanagi等(1996)使用紅光LED與藍(lán)光LED來(lái)探討光質(zhì)與光量對(duì)萵苣生長(zhǎng)與光形態(tài)建成的影響，將萵苣栽培于純藍(lán)光LED（170μmol·m-2·s-1)的環(huán)境中，證實(shí)可分化生長(zhǎng)，雖然干物重小于純紅光或紅藍(lán)光組合下的植株，但純藍(lán)光下的植株顯得更加矮壯和健康。三菱化學(xué)的渡邊博之（2002）使用LED脈沖光對(duì)萵苣的生長(zhǎng)以及光合成反應(yīng)的影響進(jìn)行研究。結(jié)果表明，在周期為100μs以下的脈沖光條件下，生菜生長(zhǎng)比連續(xù)光照射條件下促進(jìn)效果提高了20%，從而證實(shí)了采用不同頻率脈沖光照射萵苣可以加速植物生長(zhǎng)。Heo等（2002）研究發(fā)現(xiàn)，熒光燈+紅色LED,熒光燈+遠(yuǎn)紅外LED復(fù)合光照處理，比單一熒光燈處理能顯著提高萬(wàn)壽菊的氣孔數(shù)量[8]。中林和重（2002）研究了紅色、藍(lán)色LED特定頻率的光刺激對(duì)小油菜的影響，證實(shí)了采用LED進(jìn)行光刺激對(duì)植物體生長(zhǎng)、汁液成份以及無(wú)機(jī)成份（鉀、鈉）含量產(chǎn)生影響。魏靈玲等（2007）利用紅色LED（660nm）+藍(lán)色LED（450nm）進(jìn)行了黃瓜的育苗試驗(yàn)（圖3所示），結(jié)果表明，LED的紅藍(lán)光比值（R/B）為7：1時(shí)，黃瓜苗的各項(xiàng)生理指標(biāo)最優(yōu)，LED的能耗與熒光燈相比為1：2.73，節(jié)能效果顯著[9]。聞婧等（2009）通過(guò)對(duì)R/B的不同配比條件下葉用萵苣生理形狀及品質(zhì)的影響機(jī)理研究，。。。。。。圖3LED黃瓜育苗試驗(yàn)Fig2TestofcucumberseedlingunderLED到目前為止，LED已成功用于多種作物的設(shè)施栽培，包括：萵苣（Bulaetal.,1991;Okamotoetal..1997）、胡椒(Schuergeretal.,1997)、胡瓜(Schuerger&Brown,1997)、小麥(Goinsetal.,1997)、菠菜(Yanagi&Okamoto.1994)、虎頭蘭(Tankaetal.,1998)、草莓(Nhutetal.,2000)、馬鈴薯(Iwanamietal.,1992,Jao&Fang,2002)、蝴蝶蘭(Jao&Fang,2002))、白鶴芋(Nhutetal.,2001)及藻類(Lee&Palsson,1994;Hans,etal.,1996)等[10~14]。隨著LED圖3LED黃瓜育苗試驗(yàn)Fig2TestofcucumberseedlingunderLED2.2LED在組培領(lǐng)域的應(yīng)用植物組織培養(yǎng)是一項(xiàng)可以通過(guò)規(guī)模化生產(chǎn)，在短時(shí)間內(nèi)獲得大量同品質(zhì)種苗的快速繁育技術(shù)，組培育苗由于繁育速度快，不受外界氣候、地勢(shì)、地域和時(shí)間等條件的約束，目前已經(jīng)成為遺傳育種、種質(zhì)資源保護(hù)和脫毒快繁的重要手段。但由于采用的人工光源多為熒光燈，光效低，發(fā)熱量大，能耗成本高。應(yīng)用新型節(jié)能光源、減少能耗一直是植物組培研究的一大熱點(diǎn)。20世紀(jì)90年代以來(lái)，世界各國(guó)都在積極研究利用LED作為組培光源的可行性。在單色光對(duì)組培苗的影響方面，Iwanami等(1992)通過(guò)使用LED補(bǔ)充單色紅光或遠(yuǎn)紅光來(lái)改變光質(zhì)，進(jìn)而控制馬鈴薯組培苗莖的長(zhǎng)度與生長(zhǎng)狀況。Tanaka（1998）等人研究發(fā)現(xiàn)，紅光LED能促進(jìn)蘭花組培苗葉片生長(zhǎng)，但葉綠素含量、莖和根的干重比熒光燈略低。Kim等（2004）研究認(rèn)為，單獨(dú)紅光LED或紅光LED+遠(yuǎn)紅光LED處理下，菊花組培苗莖過(guò)分伸長(zhǎng)導(dǎo)致莖桿脆弱，其他重要指標(biāo)也降低了，總體上不利于植物正常生長(zhǎng)發(fā)育。主要原因是單色紅光導(dǎo)致了系統(tǒng)可利用的光能分布不平衡，抑制了莖的生長(zhǎng)[15]。Poudel等（2008）研究發(fā)現(xiàn)，純紅光LED處理的葡萄組培苗，其株高與節(jié)間長(zhǎng)度明顯比熒光燈處理的長(zhǎng)，但葉綠素含量以及葉片氣孔數(shù)目以單色藍(lán)光LED處理的為最高，紅光LED處理的為最低[16]。圖4LED組培光源Fig3TheLEDlightingsourcefortissueculture在紅藍(lán)光組合及其配比對(duì)組培苗影響方面，研究表明，紅藍(lán)光LED組合對(duì)組培植物生長(zhǎng)發(fā)育能產(chǎn)生積極影響，主要是由于紅、藍(lán)光的光譜能量分布與葉綠素吸收光譜峰值區(qū)域一致，從而提高了組培苗的凈光合速率。Tanaka（1998）等人用不同組合的紅藍(lán)光LED與熒光燈相比較對(duì)香蕉組培苗的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行了研究，采用80％紅光LED＋20％藍(lán)光與90％紅光LED＋10％藍(lán)光LED在不同的光照強(qiáng)度（45，60，75μmol·m-2·s-1）下照射香蕉苗，結(jié)果表明，在80％紅光LED＋20％藍(lán)光LED（60μmol·m-2·s-1）的光照強(qiáng)度下試管苗的芽和根鮮重明顯高于其他處理[17]。Hahn等（2000）研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)單一紅光LED或藍(lán)光LED處理的毛地黃組培苗出現(xiàn)徒長(zhǎng)現(xiàn)象，但是在紅藍(lán)光LED組合下生長(zhǎng)健壯。饒瑞佶、方煒（2000）使用超高亮度紅光與藍(lán)光LED開發(fā)出可調(diào)整光量、光質(zhì)、發(fā)光頻率與占空比的人工光源系統(tǒng)（圖4所示）。JaoandFang(2001)使用高頻閃爍的紅、藍(lán)光LED為光源，發(fā)現(xiàn)可在不提高耗電成本下提高馬鈴薯組培苗的生長(zhǎng)速率[13,14,18]。以色列卡納塔克邦大學(xué)設(shè)施技術(shù)發(fā)展研究中心（2001）用紅光、藍(lán)光及其組合LED對(duì)百合屬植物的幼芽分化再生進(jìn)行研究，結(jié)果表明紅藍(lán)光組合LED與其它光源相比更能促進(jìn)花芽分化，更適合幼芽生長(zhǎng)，植株大小和干、鮮重都有了明顯的增長(zhǎng)。田中道男（2002）開發(fā)了由紅色LED（660nm）和藍(lán)色LED（450nm）組成的獨(dú)立光源新型組培容器“UniPACK”。為解決LED光源的散熱問(wèn)題，從LED光源板的各個(gè)側(cè)面打孔并安裝了特制的風(fēng)扇。同時(shí)在LED模板的內(nèi)側(cè)使用冷卻水循環(huán)降溫的方法防止模板溫度上升。Nhut等（2003）研究發(fā)現(xiàn)，70％紅光LED＋30％藍(lán)光LED照射下，草莓組培苗的葉片數(shù)、根數(shù)、根長(zhǎng)、鮮重、干重值最大，移栽后長(zhǎng)勢(shì)也最好[1,19,20]。楊雅婷等（2009）研究了紅藍(lán)光LED圖4LED組培光源Fig3TheLEDlightingsourcefortissueculture2.3LED在植物工廠的應(yīng)用植物工廠作為設(shè)施園藝的最高級(jí)發(fā)展階段，被認(rèn)為是21世紀(jì)農(nóng)業(yè)取得革命性突破的重要技術(shù)手段之一。植物工廠是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)設(shè)施內(nèi)植物生育過(guò)程的溫度、濕度、光照、CO2濃度和營(yíng)養(yǎng)等環(huán)境條件進(jìn)行高精度的控制，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物周年連續(xù)生產(chǎn)的高效農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。目前，植物工廠有兩種主要模式。一種是以溫室為主體的太陽(yáng)光和人工光并用型植物工廠；另一種是以封閉的隔熱空間為主體的人工光完全控制型植物工廠[6]。與并用型植物工廠相比，人工光完全控制型植物工廠受外界氣候影響小，可實(shí)現(xiàn)周年連續(xù)生產(chǎn)，且可多層培植，空間利用率和產(chǎn)量水平高，優(yōu)勢(shì)明顯，但空調(diào)和照明耗電大、運(yùn)行成本高也成為其發(fā)展的重要制約因素。因此，節(jié)能降耗已經(jīng)成為人工光完全控制型植物工廠的重要課題[8,21]。高效率人工光源的選擇是解決植物工廠能耗問(wèn)題的重要手段，目前植物工廠主要以高壓鈉燈和熒光燈為照明光源，散熱量大，制冷費(fèi)用高。1994年以來(lái)，日本開始試用LED作為植物工廠的照明光源，東海大學(xué)高辻正基和大阪大學(xué)中山正宣使用波長(zhǎng)為660nm的紅色LD加上5%的藍(lán)色LED的組合光源進(jìn)行生菜和水稻的栽培，獲得成功。Okamoto等(1996)使用超高亮度的紅光LED與藍(lán)光LED，在紅藍(lán)光比值（R/B）為2：1時(shí)，培育萵苣獲得成功。Yanagi等(1996)使用單色紅光LED、藍(lán)光LED及其組合進(jìn)行了萵苣生長(zhǎng)與形態(tài)建成的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，將萵苣栽培于單色藍(lán)光LED（170μmol·m-2·s-1)的環(huán)境中，其干物重小于純紅光LED或紅藍(lán)光LED組合下的植株，但植株顯得更加矮壯和健康。渡邊博之（1997）報(bào)道了一種采用水冷模板LED光源的蔬菜植物工廠，采用NFT方式生產(chǎn)生菜、芹菜等，生產(chǎn)能力為5900株/天，150萬(wàn)株/年。該工廠的建筑尺寸為13m×13m×12m，栽培床面積為800m2(8m×10m×10層)，栽培光源為改良型水冷式紅色LED，其他環(huán)境要素如溫度、濕度、CO2、氣流速度等均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。蔬菜定植2周后即可收獲，植物培育效率（光合成所用的光能/燈管投入的電力）為0.01，光能利用效率極高[6,8,22]。2.4LED在太空生命保障系統(tǒng)的應(yīng)用研究隨著空間技術(shù)的發(fā)展，人類進(jìn)行太空探索逐漸成為現(xiàn)實(shí)，基于空間環(huán)境的特殊要求，植物栽培使用的光源必須具有發(fā)光效率高、輸出光譜與植物光合作用需求吻合、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、無(wú)污染等特征。由于LED具有空間環(huán)境所需要的基本特征，近年來(lái)已經(jīng)成為太空農(nóng)業(yè)重要的人工光源。美國(guó)航空航天局（NASA）針對(duì)宇宙基地閉鎖式生命維持系統(tǒng)（ControlledEcologicalLifeSupportSystem,CELSS）的植物生產(chǎn)特點(diǎn)，把LED光源列為空間植物栽培系統(tǒng)首選光源（Bartaefal,1992）[6]，并委托Wisconsin大學(xué)等單位開展研究，探索利用最小面積生產(chǎn)出可供一個(gè)人在太空中生活的必需食物，目前已經(jīng)研究出利用6-14m2就能提供一個(gè)人需要的面粉、豆、薯、菜、蕃茄、玉米等食物的生產(chǎn)模式。Cuello等（2002）研究發(fā)現(xiàn)，在CELSS系統(tǒng)中LED的光能轉(zhuǎn)換率比氙氣金鹵燈高出5倍[2,23]。Bula等針對(duì)空間植物的特點(diǎn)，提出了在CELSS系統(tǒng)中人工植物光源必須具備發(fā)光效率高、光質(zhì)適宜、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、安全可靠和無(wú)污染等特點(diǎn)，并指出LED是最理想的太空植物光源[6,19,23]。我國(guó)航天醫(yī)學(xué)工程研究所郭雙生等（2003）在模擬空間艙內(nèi)環(huán)境溫度控制在22℃、相對(duì)濕度70％、CO2濃度500μmol·mol-1、光照周期24h（亮）/0h（暗）的條件下，利用紅藍(lán)兩種LED的四種不同組合作為照明光源，在多孔管和多孔陶瓷顆粒無(wú)土栽培裝置下進(jìn)行植物栽培試驗(yàn)，結(jié)果表明，紅色LED下生長(zhǎng)的植物初期呈匍匐狀，后期直立、細(xì)長(zhǎng)；紅藍(lán)光LED組合下的植株生長(zhǎng)基本正常，但90％紅光LED＋10％藍(lán)光LED更為適宜[24]。這一結(jié)果對(duì)我國(guó)太空生命保障系統(tǒng)LED的應(yīng)用研究具有重要的參考價(jià)值。3.LED在設(shè)施園藝領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)21世紀(jì)被譽(yù)為是“光的世紀(jì)”，植物光合作用是地球上一切生命的基礎(chǔ)。太陽(yáng)光照不足情況下的人工補(bǔ)光以及密閉環(huán)境下的人工照明均需要高光效、低能耗的新型光源。LED以其節(jié)能高效的特有優(yōu)勢(shì)正吸引著全世界的目光，尤其是在全球能源短缺的背景下，LED的推廣普及正受到世界各國(guó)的高度重視，預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)LED將會(huì)在設(shè)施園藝領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。3.1LED將在設(shè)施園藝人工補(bǔ)光領(lǐng)域發(fā)揮重要作用人工補(bǔ)光是設(shè)施園藝的重要手段，尤其是在光照較弱的季節(jié)以及高緯度地區(qū)這種需求更為迫切。目前，普遍使用的光源主要為高壓鈉燈和金屬鹵素?zé)舻?，能耗大，運(yùn)行成本高，嚴(yán)重影響人工補(bǔ)光技術(shù)的普及。近年來(lái)，隨著高亮度、大功率LED產(chǎn)品的開發(fā)，紅、藍(lán)和遠(yuǎn)紅光LED及其組合燈具的不斷推出，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能50％~80％。荷蘭等一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)在大功率LED的溫室補(bǔ)光方面進(jìn)行了中試（圖5所示）。預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，隨著半導(dǎo)體光源性能的不斷完善，價(jià)格的進(jìn)一步降低，以LED為核心的人工補(bǔ)光技術(shù)必將在設(shè)施園藝領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。圖5溫室LED人工補(bǔ)光3.2LED將在植物工廠和生命保障系統(tǒng)中發(fā)揮積極作用LED的顯著特征是能發(fā)出不同波長(zhǎng)的單色光，并可根據(jù)植物光合作用和形態(tài)建成的光譜需求進(jìn)行相應(yīng)的組合，形成節(jié)能高效的人工光源。LED這些顯著優(yōu)勢(shì)，必將會(huì)在農(nóng)業(yè)與生物產(chǎn)業(yè)的眾多領(lǐng)域發(fā)揮積極作用。在植物組培領(lǐng)域，將會(huì)出現(xiàn)替代傳統(tǒng)熒光燈的組培LED專用燈具，大幅度降低組培系統(tǒng)的能耗；在完全控制型植物工廠將會(huì)出現(xiàn)采用多個(gè)單色光（如紅藍(lán)光）LED組合的人工光源，使作物栽培層的間距和空間利用率成倍提高，進(jìn)而促進(jìn)植物工廠的普及與應(yīng)用。在太空航天器、遠(yuǎn)洋航船以及其他星球等特定場(chǎng)所，將會(huì)出現(xiàn)以LED為人工光源的植物生產(chǎn)系統(tǒng)，以滿足特殊環(huán)境下人們的食物需求。3.3LED與新能源結(jié)合將會(huì)帶來(lái)植物生產(chǎn)體系的革命性突破隨著太陽(yáng)能光伏技術(shù)的發(fā)展以及風(fēng)能、潮汐能、生物能等新能源的應(yīng)用，節(jié)能光源LED與這些新能源的結(jié)合將是必然趨勢(shì)。屆時(shí)，設(shè)施園藝將會(huì)徹底擺脫對(duì)化石能源的依賴，實(shí)現(xiàn)污染物零排放條件下的作物高效生產(chǎn)。太陽(yáng)能光伏技術(shù)以及其它新能源與LED的結(jié)合，也使得工廠化農(nóng)業(yè)、摩天大樓農(nóng)業(yè)以及太空農(nóng)業(yè)、星球農(nóng)業(yè)的能源利用效率得到大幅度提高，甚至?xí)?lái)植物生產(chǎn)體系的重大革命與突破。綜上所述，LED在設(shè)施園藝的應(yīng)用已經(jīng)顯示出旺盛的活力，然而，要實(shí)現(xiàn)LED光源的真正普及，仍有很多課題需要探索。單色LED對(duì)不同植物的作用機(jī)理、適宜的LED組合配比參數(shù)及其專用燈具的開發(fā)，以及如何進(jìn)一步提高光效、降低成本等，都是當(dāng)前亟待解決的關(guān)鍵課題。隨著半導(dǎo)體光源工程的啟動(dòng)、LED技術(shù)的不斷成熟、制造成本的逐漸降低以及國(guó)家對(duì)節(jié)能工程的進(jìn)一步重視，相信不久的將來(lái)LED會(huì)在農(nóng)業(yè)的眾多領(lǐng)域得到廣泛作用。參考文獻(xiàn)[1]魏靈玲,楊其長(zhǎng),劉水麗.LED在植物工廠中的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2007,23(11):408-411.[2]崔瑾,徐志剛,邸秀茹等.LED在植物設(shè)施栽培中的應(yīng)用和前景[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008,24(8):249~253.[3]劉江,范廣涵,劉承宜.改進(jìn)實(shí)用型LED生物光源系列[J].應(yīng)用激光,2003,6(3):147~151.[4]王海鷗,李廣安.認(rèn)識(shí)照明LED[J].中國(guó)照明電器,2004(2):1~3.[5]吳文鋒.LED光源照明應(yīng)用及技術(shù)推廣[J].半導(dǎo)體照明LED,2004(6):83~84.[6]楊其長(zhǎng),張成波.植物工廠概論[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技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