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農業照明追捧LED背后的5大難題剖析
發布時間:2015-08-21

近年來,隨著紅光、藍光以及遠紅外大功率單色LED技術的快速發展,LED在農業照明領域的應用引起了廣泛的關注。就農業照明的多學科性、復雜性、試驗難度、光選擇性與光譜加權性以及評價指標的多樣性等核心問題進行了初步探討,并以鐵皮石斛補光等實驗作為實例進行了充分的討論。農業照明有著廣闊的應用前景,有必要憑借農業科學的研究進一步探索照明優化條件。

引言

地球上的絕大多數動物與植物的生長都離不開太陽光的照射,但在不同區域和不同時間,太陽光的供應是有限及有區別的,避開光照的周期,仍然有很多光照不足的情況,因而人工光源在動植物的生長中的補光應運而生。在LED技術之前,主要依靠高壓鈉燈、熒光燈等光源進行,然而這類傳統光源在光譜與能量上很不靈活,且由于動植物的多樣性,不同的物種對人工補光要求可能不同,使得人工補光的應用發展緩慢。

LED是近年來快速發展的照明技術。除了光效、壽命等方面較傳統光源具有很大優勢外,LED在光譜空間、時間、及尺度空間等的巨大靈活性,造就了 LED在動植物補光上巨大的應用前景。同時,近年來LED技術不斷完善,光效等不斷提高,價格快速下降,推動了LED用于農業照明的實質性進展。但由于農業照明涉及面的復雜性,使得目前LED用于農業照明總體上是處于不斷的試驗摸索階段,有很多理論問題與實踐問題尚未解決,本文試圖在這些方面進行一些片面的闡述。

一、農業照明的多學科性

如果把植物照明與動物照明納入農業照明范圍內,則其所涉及的學科包括植物學、動物學、生物統計學、照明技術、控制技術等。前三者是生物學的領域,后兩者是照明技術的領域,學科跨度很寬,在這幾門學科中,照明技術是技術手段,而生物學領域的內容是實驗過程與結果評判??傮w來說,生物學領域的知識是進行農業照明的最重要部分,但目前農業照明主要指的是采用LED的照明技術,而LED的高度靈活性,使得進行農業照明過程中,作為主體的農業或者生物領域的科學家,需要照明學家的高度配合,以實現各種動植物物種的最佳照明條件,同時照明學科在視覺領域的成功完善,也是農業照明值得借鑒的。因此,農業照明的學科與技術進步,需要農業及生物領域的科學家與照明領域的科學家密切配合。

二、農業照明的復雜性

作為1項與農業相關的科學與技術,農業照明繼承了農業科學的復雜性特點,如前所述,其中包括兩個方面:農業與照明。

前者研究的物種非常多,且每1個物種,影響的條件因素也非常多。如植物生長的幾個基本要素,陽光、空氣、水,除此之外,種子、土壤、周邊環境如溫度、濕度、氣候的變化等,也影響植物的生長。而動物方面,由于是活動的,包括的因素更多,即使所有這些條件一致,各個動植物個體的生長情況也可能有差異,這就決定了進行農業照明研究時必須以生物統計學的方法進行研究。

另外在照明方面,也存在多個變數,包括照明的光譜、強度、時間與周期、光形式(穩態還是脈沖)等。

以上兩個方面,決定了農業照明的復雜性,盡管通過調控光的強度優化動植物的生長,可以保持其他條件相同的情況下進行,但可能存在的各種條件的相互影響將使研究問題更加復雜化。

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