LED智能灯具在农业照明的应用

　　人类目前所面临的食物、能源、资源、环境和人口等问题的解决都与农业生产密切相关，而光照是影响植物生长发育的首要因素，因此，深入研究农业照明对光的需求特性、规律和光控基准，创新性地开发适宜于农业照明的智能控制补光系统，为农业照明提供高效的光照环境是1项重要工作。随着大气污染日益加重，大气透明系数不断下降，植物可接收的太阳光能越来越少，直接影响其生长发育。将补光调控技术用于农业栽培，可提高作物光合作用效率，促进生长并减少农药使用，利于发展高效无污染的现代农业。发展设施农业、观光农业、无土栽培和精准农业等现代生产经营模式，是现代农业模式的里程标志。

　　1、特点及优势

　　1.1 补光特点

　　植物利用太阳光进行光合作用，吸收的可见光光谱在380～760 nm，其中吸收峰值区域为波长610～720 nm红橙光和400～510 nm的蓝紫光。而连续的阴雨天气影响植物生长发育乃致绝收，智能控制补光的研究及发展将解决这一问题，发展不受天气影响的农业种植技术将成为新的方向。

　　影响温室补光的主要因素有光质、光强和光周期等，农作物光合作用以冠层光强补偿达到1 000～3 000 lx为宜，各种农作物对红蓝光（R/B）有特定要求，另外对自然界昼夜交替、周而复始的现象形成了光周期的要求，农作物在漫长的进化过程中适应了这种明暗变化。但是，在冬至前后或连阴天时，自然光照无法满足农作物生长发育需求，则需要通过人工补光来增加光照时间，近年来，温室补光已经成为农业生产的重要手段。

　　1.2 高效智能系统

　　由控制前端（智能手机、平板电脑或控制平台）、传感器（Sensor）、现场总线（Fieldbus）和LED灯组成的植物生长调控系统如图1所示。智能手机、平板电脑（嵌入Android 或iOS 操作系统）通过Wi-Fi无线网络连接控制平台对终端进行控制。终端内置专用通信模块通过ZigBee连接多达100个LED灯组网（可设任意组，灯之间的最大距离15 m）或单点访问，也可对传感器、增氧、浇灌及卷帘等装置进行系统控制。系统利用传感器监测环境温度、湿度和营养液pH值等数据，通过软件汇集到数据库，并指令施肥灌溉系统对植物进行定时、定量及分区分段的精准施肥灌溉，同时利用传感器进行系统监控。根据植物生长需求对LED灯的定时、开关、调光和调色等进行远程集中管理，并通过光配方（Light recipes， LR）对植物的生长和开花周期进行调控。

　　针对不同应用方案及场所，LED补光照明产品可选品种较多。灯泡、面板灯、投光灯、灯带和灯条等是植物工厂的典型LED应用产品，结合应用智能控制系统使农业照明系统更高效节能。

　　1.3 提高密度与节能

　　LED灯属于冷光源，其辐射光谱对植物的热效应小，可实现对植物的近距离补光且避免灼伤。在植物工厂或组培中，可缩短栽培层架之间的距离，提高空间利用率及植物单位空间的栽培密度。温室中的智能控制补光实验表明，使用传统光源（高压钠灯和金卤灯）每平方米需要配备0.5 kW的光源，而LED仅需0.27 kW，其节能量超过50 %。

　　另外，有效利用自然光照、光环境智能控制、提升空间管理和移动反射利用等现代农业照明的技术创新，将有效提高光能利用效率，满足批量生产或提前库存的市场需求。

　　2、农业照明应用

　　通过引进新技术种植蔬菜、水果、花卉及育苗组培，拓展到生态餐厅、农业观光等一系列精准农业模式，采用用以智能控制为基础，由信息技术支持的整套智能农事操作技术与管理系统，是当今农业发展的风向标。

　　2.1 畜禽养殖

　　通过研究红光、蓝光和白光对家禽生产性能的影响，推出系统控制光周期的智能养鸡照明产品，实现渐变式禽类养殖控制，并在养鸡场投入使用。智能系统按特定指标控制色温、光强及照明时长，观察其对畜禽的行为习性、生理特性和生长发育产生影响，并有效促进畜禽的生产性能，因此，养殖业生产中的照明不仅要求低能耗和长寿命，而且还应具备LR的可控性。图2所示为补光在畜禽养殖业的应用。

　　研究发现，在肉鸡（AA肉鸡）生长前期采用绿光或蓝光照射，生长后期采用蓝光照射，能显著促进其生长发育并提高生产性能。若再前期选用绿光照明，可不同程度地改善肉鸡小肠黏膜结构，提高小肠吸收营养物质的能力。此项研究成果可用于改善畜禽的生理节律、摄食行为、生长发育及繁殖性能的技术指标体系，促进畜禽生长及生产潜力，并提高畜禽免疫力。

　　2.2 微藻繁殖

随着全球资源、能源及环境危机加剧，如何开发利用光合自养生物微藻，直接将太阳能及二氧化碳（CO2）转化为人们生活需要的医药、生物