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设施园艺照明的电光源发展历程

至今,电光源栽培植物的历史已有150多年。事实上,植物的人工光栽培与人类照明技术的发展及人类对植物光生物学的认识和电光源技术的发展紧密相关,大致经过白炽灯照明( Incandescent lighting)、开放电弧照明( Open are lighting)、封闭气体放电(Enclosed gaseous discharge)和LED固体照明4个阶段。

最早将LED光源用于植物栽培研究的是日本。此后,美国NASA将LED用于宇宙基地等闭锁式生命维持系统的照明。自20世纪80年代开始,发达国家(如美国、日本、荷兰等)开始了有关LED光源作为植物生长光源的可行性研究,重点开展了LED光质对植物组培苗、蔬菜和粮食作物的生长发育,甚至产量影响的相关研究。

20世纪90年代中期,NASA开始筛选和发展LED光源用于植物栽培( Goins等,1998;Kim等,2005),发展出了许多专门用于航天飞机和国际太空站使用的光照系统。这些研究结果为LED光源在设施园艺各生产领域的应用莫定了植物光质生物学基础。

我国农业半导体照明技术研发起步较早,已经有20年的研究时间,以中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所、南京农业大学、中国科学院半导体研究所为代表的科研机构在植物工厂、植物组培、种苗培育、温室补光、畜禽养殖等领域LED光质生物学、LED光源装置创制、半导体照明控制系统等方面取得了大量有益的研究成果,获得近百项具有自主知识产权的专利,推出了多种系列化的灯带、灯管、面板灯、筒灯、行间补光灯、球泡灯等灯具产品,部分成果已经达到国际先进水平,为我国农业半导体照明技术研发与产业发展莫定了科学基础。

然而,由于研发资金缺乏,参与单位较少,我国在农业光生物学基础与应用基础方面的研究系统性、深入性不足;此外,由于企业积极性不高,相关人财物投人很少,我国在农用LED光源装置产品化方面极度欠缺,研究成果多停留在试验样品验证和田间试验阶段,推广应用尚需时日,需要更多科研投入和研发资金投入,以推进农业半导体照明产业的发展。

2010年起,我国的农业半导体照明产业开始起步,但缺乏实力强的大中型企业参与,国家和企业的相关研发费用投入很低。农业生产的部分领域已经推出LED光源产品,但部分生产领域LED光源产品尚属空白,相比国际上飞利浦等照明公司,我国农业半导体照明尚未形成产品合力与规模效应。与国际上相比,在光环境智能化控制技术与装备研发方面更是滞后,牵制了LED光源装置、产品的推广应用。

广东伟照业光电节能有限公司于2010年起步涉足LED植物照明光源的生产和研发,“白手”进行植物照明光谱光质的研究实验,积极和国内芯片生产公司合作,抱团发展壮大, 一代一代地对LED照明光源进行更新换代升级,伴随着几年的艰苦发展,截至目前已经拥有成熟且完善的植物光谱数据库,千余中植物配光方案,二十余种适应不同种植环境的补光灯具产品。

农业经营者已经意识到农业半导体照明的生产效益,应用积极性较高,但苦于高性价比LED照明装备和应用技术,导致全国农业半导体照明应用规模较小,亟待提高。总之,我国农业半导体照明技术装备与产业发展与国际水平差距明显,主要原因在于我国农业半导体照明技术研发、照明产品及其智能化装备开发、照明产品推广应用链条未曾打通,产学研结合不足,国家扶植政策不到位,迟滞了产业的推进过程。但是伴随着这几年技术的成熟和进步,随之带来的成本降低,LED植物补光灯具产品越来越多的被国人所接受,并且已经开始规模化的应用于室内园艺和农业生产。

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