论文部分内容阅读
[摘 要]伴随着新科技的飞速发展，LED在农业领域的应用备受到人们的关注。LED具有其特殊性质，以实现传统光源无法替代的节能、环保、高效等优点。本文通过LED对农作物的研究，实现LED新技术在未来农业的普及与展望。
[关键词]LED 农业 光照
中图分类号：TH409 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
近现代社会，人们面临着三大问题即环境、食品和资源。在过度追求食品产量和质量同时，也造成了环境破坏和资源不合理的利用，尤甚者直接导致食品的安全问题。如何走可持续发展道路，是摆在当今人们的重要课题。实现LED新技术在农业领域的应用，是未来科技发展的走向。
LED是一种半导体固体的发光器件，是利用固体半导体芯片为发光的材料，它将电能转化为可见光和辐射能。它是一种环保、节能、高效的新型发光材料。它具有以下特性：1、发光率高。LED经过几十年的技术改良，其发光率大为提高。其光效将达到50～200流明/瓦，单色好、光谱窄，可直接发出有色的可见光。2、耗电少。LED采用直流驱动，反应快，可以在高频下操作。如：采用光效比荧光灯还要高两倍LED代替一半的白炽灯和荧光灯，可节约60亿原油。具有巨大可观的经济效益。3、寿命长。LED灯体积小、轻、环氧树脂封装，可以承受高强度机械冲击和震动，不轻易碎坏。平均寿命在10万小时。降低灯具的维护费用，避免经常换灯频次。4、安全可靠。发热量低，无热辐射，能精确控制光型和发光角度。内置处理系统可以控制发光强度，调整发光方式，实现光与艺术的相结合。5、环保。其为全固体发光体，耐震、耐冲击不容易破碎，可回收，没有污染。光源体积小，易随意组合，便于安装和维护。其节能效果是可在一年之内收回光源节约投资，可获得4～9年的节能净收益。
农业是人们利用动植物的生长发展规律，经过人工培育获得产品的产业。农业是国民经济的基础。在现代农业的很多领域如设施植物生产、集约化养殖业、水产捕捞等，都与人工照明有着极其密切关系。
光照是地球上生物生存与繁衍的基础，植物的光合作用更离不开光照。在自然界，太阳光随着地理纬度、季节和天气的影响而不同。同时光也是植物生长发育的基本要素之一，它是调控植物生长和形态、新陈代谢、基因的表达等。在植物界，占主导地位是绿色植物，其叶体的叶绿素对太阳光有两个吸收高峰即420纳米附近的蓝区和660纳米附近的红区。蓝光可以促进绿叶生长，而红光有助于开花结果以及延长花期。LED发出光为单色光，可以自由选择红外、红色、橙色、绿色等发光光谱，可根据不同的植物需求进行组合利用。这样不仅节能，而且可以提高植物对光能的吸收利用率。
人们在利用人工光源突破自然条件的局限性，使植物不受天气条件的影响，使种苗生产效率提高，这使人工光型植物工厂的发展成为可能。植物照明、温室大棚、植物栽培、植物工厂和食用菌生产等可以采用LED代替传统光源。在LED光源调控一方面降低植物种植或培养的能耗，另一方面选择植物类型的多样型，使对植物光生物更加全面深入研究。到目前为止，LED成功用于多种植物的栽培，其中包括：胡椒、胡瓜、小麦、菠菜等。
植物工厂被认为新世纪取得革命性突破的重要技术手段之一。其通过计算机对设施内植物生长所需要的温度、湿度、光照等进行高精度的控制，以达到农作物周年连续生产的高效农业体系。在节能上LED的工艺应加以改进。LED以节能高效的特有优势吸引全世界的目光，在全球能源短缺的背景下，将会在农业上获得空前的发展。
伴随着LED科技的发展，欧美、日本、韩国等纷纷将LED在农业上作为重要的发展方向。众多厂商进军农业照明领域。全球LED在植物照明的产值从2013年，已呈现高速成长，2017年可达5亿美元。中国的市场也慢慢兴起，未来的发展前景广闊。LED光源在农业领域的应用刚起步，在发展潜力上巨大，它的节能和新型的光源的替代需求，为LED光源的农业应用提供了广阔的市场空间。但其发展有不足和应当采取的措施：
LED新技术在农业发展与不足
人工光利用是在封闭型植物生产体系发展起来的并于80年代进入商业化。前期以高压钠灯为主，其易烧坏、浪费空间距离。后利用荧光灯，其利用率低、能耗高，难以产业化。后期用LED，其特征广泛运用于农作物。但是其价格高。目前国外市场出售LED的栽培光源，但种类较少，没有完全达到自然光，对于谷物、水果、蔬菜等需求以及大型农业实践来说较为困难。LED技术尚待完善。
LED新技术在农业发展中采取的措施
1、降低成本。就目前LED照明的成本偏高，使其在农业发展上的瓶颈，应结合农业自身的特点，去设计专门的LED灯具，降低不必要的设计和生产投入。2、加大技术研发由于农业生物的特殊性，有针对性研制相对应的LED照明光源。在现在LED的发展还处在草创阶段，难以满足社会的庞大需求。3、产品标准化。LED光源在培育苗、植物工厂、食用菌等领域上应用技术已成熟，采取标准化，使一大批农业LED光源的制造企业参与新产品的开发，推动行业的快速发展。4、加大扶持力度。农业的特殊性，光靠農业企业的完成LED的投入，其困难程度较大。国家应加强这个新兴领域的经济和技术的投入，如形成若干的LED农业光源示范工程，形成农业与生物领域的不同应用方向。
结论
LED在农业领域的应用已突显积极地活力。但要实现普及，仍然需要努力。如何进一步提高其光效、降低成本、提高农作物产量等有待解决。在现代科技飞速发展，LED技术不断成熟与完善，在不久的将来LED在农业的领域会大有作为。随着太阳能光伏技术的发展及风能、潮汐能、生物能等的新能源应用，LED与这些新能源结合是必然趋势，实现零污染排放，使工厂化农业、摩天大楼农业等能源利用效果大幅度提高，尤甚者会带来农作物生产体系的重大革命和突破。
参考文献
[1] 杨其长.植物工厂概论[J].北京中国农业科学技术出版社.2005.
[2] 王海鸥.认识照明[J]中国照明电器.2004.
[3] 吴文峰.LED光源照明应用及技术推广[J]半导体照明LED.2004.
[关键词]LED 农业 光照
中图分类号：TH409 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
近现代社会，人们面临着三大问题即环境、食品和资源。在过度追求食品产量和质量同时，也造成了环境破坏和资源不合理的利用，尤甚者直接导致食品的安全问题。如何走可持续发展道路，是摆在当今人们的重要课题。实现LED新技术在农业领域的应用，是未来科技发展的走向。
LED是一种半导体固体的发光器件，是利用固体半导体芯片为发光的材料，它将电能转化为可见光和辐射能。它是一种环保、节能、高效的新型发光材料。它具有以下特性：1、发光率高。LED经过几十年的技术改良，其发光率大为提高。其光效将达到50～200流明/瓦，单色好、光谱窄，可直接发出有色的可见光。2、耗电少。LED采用直流驱动，反应快，可以在高频下操作。如：采用光效比荧光灯还要高两倍LED代替一半的白炽灯和荧光灯，可节约60亿原油。具有巨大可观的经济效益。3、寿命长。LED灯体积小、轻、环氧树脂封装，可以承受高强度机械冲击和震动，不轻易碎坏。平均寿命在10万小时。降低灯具的维护费用，避免经常换灯频次。4、安全可靠。发热量低，无热辐射，能精确控制光型和发光角度。内置处理系统可以控制发光强度，调整发光方式，实现光与艺术的相结合。5、环保。其为全固体发光体，耐震、耐冲击不容易破碎，可回收，没有污染。光源体积小，易随意组合，便于安装和维护。其节能效果是可在一年之内收回光源节约投资，可获得4～9年的节能净收益。
农业是人们利用动植物的生长发展规律，经过人工培育获得产品的产业。农业是国民经济的基础。在现代农业的很多领域如设施植物生产、集约化养殖业、水产捕捞等，都与人工照明有着极其密切关系。
光照是地球上生物生存与繁衍的基础，植物的光合作用更离不开光照。在自然界，太阳光随着地理纬度、季节和天气的影响而不同。同时光也是植物生长发育的基本要素之一，它是调控植物生长和形态、新陈代谢、基因的表达等。在植物界，占主导地位是绿色植物，其叶体的叶绿素对太阳光有两个吸收高峰即420纳米附近的蓝区和660纳米附近的红区。蓝光可以促进绿叶生长，而红光有助于开花结果以及延长花期。LED发出光为单色光，可以自由选择红外、红色、橙色、绿色等发光光谱，可根据不同的植物需求进行组合利用。这样不仅节能，而且可以提高植物对光能的吸收利用率。
人们在利用人工光源突破自然条件的局限性，使植物不受天气条件的影响，使种苗生产效率提高，这使人工光型植物工厂的发展成为可能。植物照明、温室大棚、植物栽培、植物工厂和食用菌生产等可以采用LED代替传统光源。在LED光源调控一方面降低植物种植或培养的能耗，另一方面选择植物类型的多样型，使对植物光生物更加全面深入研究。到目前为止，LED成功用于多种植物的栽培，其中包括：胡椒、胡瓜、小麦、菠菜等。
植物工厂被认为新世纪取得革命性突破的重要技术手段之一。其通过计算机对设施内植物生长所需要的温度、湿度、光照等进行高精度的控制，以达到农作物周年连续生产的高效农业体系。在节能上LED的工艺应加以改进。LED以节能高效的特有优势吸引全世界的目光，在全球能源短缺的背景下，将会在农业上获得空前的发展。
伴随着LED科技的发展，欧美、日本、韩国等纷纷将LED在农业上作为重要的发展方向。众多厂商进军农业照明领域。全球LED在植物照明的产值从2013年，已呈现高速成长，2017年可达5亿美元。中国的市场也慢慢兴起，未来的发展前景广闊。LED光源在农业领域的应用刚起步，在发展潜力上巨大，它的节能和新型的光源的替代需求，为LED光源的农业应用提供了广阔的市场空间。但其发展有不足和应当采取的措施：
LED新技术在农业发展与不足
人工光利用是在封闭型植物生产体系发展起来的并于80年代进入商业化。前期以高压钠灯为主，其易烧坏、浪费空间距离。后利用荧光灯，其利用率低、能耗高，难以产业化。后期用LED，其特征广泛运用于农作物。但是其价格高。目前国外市场出售LED的栽培光源，但种类较少，没有完全达到自然光，对于谷物、水果、蔬菜等需求以及大型农业实践来说较为困难。LED技术尚待完善。
LED新技术在农业发展中采取的措施
1、降低成本。就目前LED照明的成本偏高，使其在农业发展上的瓶颈，应结合农业自身的特点，去设计专门的LED灯具，降低不必要的设计和生产投入。2、加大技术研发由于农业生物的特殊性，有针对性研制相对应的LED照明光源。在现在LED的发展还处在草创阶段，难以满足社会的庞大需求。3、产品标准化。LED光源在培育苗、植物工厂、食用菌等领域上应用技术已成熟，采取标准化，使一大批农业LED光源的制造企业参与新产品的开发，推动行业的快速发展。4、加大扶持力度。农业的特殊性，光靠農业企业的完成LED的投入，其困难程度较大。国家应加强这个新兴领域的经济和技术的投入，如形成若干的LED农业光源示范工程，形成农业与生物领域的不同应用方向。
结论
LED在农业领域的应用已突显积极地活力。但要实现普及，仍然需要努力。如何进一步提高其光效、降低成本、提高农作物产量等有待解决。在现代科技飞速发展，LED技术不断成熟与完善，在不久的将来LED在农业的领域会大有作为。随着太阳能光伏技术的发展及风能、潮汐能、生物能等的新能源应用，LED与这些新能源结合是必然趋势，实现零污染排放，使工厂化农业、摩天大楼农业等能源利用效果大幅度提高，尤甚者会带来农作物生产体系的重大革命和突破。
参考文献
[1] 杨其长.植物工厂概论[J].北京中国农业科学技术出版社.2005.
[2] 王海鸥.认识照明[J]中国照明电器.2004.
[3] 吴文峰.LED光源照明应用及技术推广[J]半导体照明LED.2004.