LED在我國農業相關領域的研究與應用

范國成，王偉新，林雄杰，胡菡青，杜云貴，蔡子堅，阮傳清，劉 波

(1.福建省農業科學院果樹研究所 350013;2.福建省農業科學院科研處;3.福建圣元電子科技有限公司;4.福建省農業科學院農業生物資源研究所)

LED又稱發光二極管 (light emitting diode，LED)，是一種可以有效把電能轉化成電磁輻射的裝置，被稱為世界上最新的第四代光源，已在農作物生產、食用菌栽培、畜禽養殖、害蟲誘捕等方面開展了廣泛試驗。本文對LED在農業相關領域的研究進展作簡要介紹，并就推進農用LED產品研發和應用提出相應的建議。

1 LED光源在農業相關領域的研究

相較于傳統的光源，LED具有光強可調整、光質可調控、冷卻負荷低等特性，在農業相關領域開展了廣泛的研究，取得了可喜的進展。

1.1 農作物生產

LED光譜域寬±20 nm，波長與植物光合作用和形態建成的光譜范圍吻合［1］。作為人工光源或者補光光源在植物工廠、組織培養室、植物生長箱中的利用已成為研究熱點，包括不同光質、光強、光周期、光照方式對蔬菜、花卉和糧經作物等［2］的生長發育、形態建成、植物生理、品質性狀等影響，以及LED光源在減少能耗、降低成本中的作用，初步明確LED不僅能夠調控植物的生長發育和形態建成，提高品質，而且能夠大大減少能耗，應用前景廣闊。

1.2 食用菌栽培

光照是食用菌生長發育過程中一個不可忽略的因素，不同品種食用菌對不同波長可見光的反應不一，不同生長發育階段對光照強度、光質要求均有差異［3］。普遍認為食用菌營養生長階段不需要光誘導，而營養生長向生殖生長階段轉變則需要適量的光誘導。目前盡管LED光源在食用菌工廠化企業廣泛應用，但一般都只根據經驗進行調控光照，沒有確切的理論依據。因此，有必要開展食用菌生長各階段光生物學試驗，研究各主栽食用菌所需的光質、光照強度以及光照周期等指標參數，實現食用菌產業的跨越發展。

1.3 畜禽養殖

隨著LED等單色光源的出現，國內外圍繞畜禽對光質、光強與光周期等需求機理進行了研究，初步探明了畜禽對光環境需求的相關參數。利用LED燈照射AA肉雞，在其生長前期采用綠光或藍光照射，能降低料肉比，促進肉雞的生長發育;生長后期采用藍光照射，能顯著提高其生產性能［4］。已有的研究表明，通過適當的LED光照調節，能夠顯著促進畜禽生長，提高其免疫力，大大提高畜禽養殖的生產潛力。

1.4 害蟲誘捕

利用趨光性進行預測預報和物理防治是害蟲防治的有效方法之一。目前我國市場上的LED殺蟲燈大都是 (365±50)nm的紫外燈，隨著燈光誘殺應用的范圍加大，其非選擇性缺陷亦日益暴露，在誘殺害蟲的同時，對有益昆蟲、天敵及非靶標昆蟲也有不同程度的誘殺［5］。現有研究顯示，LED殺蟲燈殺蟲效果比黃板好、成本低，且夜間的效果顯著高于白天。因為誘蟲燈不僅直接對害蟲達到誘殺的作用，還干擾害蟲取食、交尾、產卵等行為活動［6］。以LED為誘殺光源，結合太陽能光伏，可以研制出波長范圍窄、殺蟲效果好的太陽能專用殺蟲燈，供邊遠果園及稻田使用。

2 LED光源與普通人工光源能耗對比

目前設施農業主要采用熒光燈作為人工光源，其電能轉化效率僅為20%左右，而紅外和熱能消耗約占70%，使得環境溫度上升，加大了空調降溫耗電量，致使運行成本提高。LED不依靠燈絲發熱來發光，在同樣光照效果的情況下，LED耗電量是白熾燈的1/8，是熒光燈的1/2，對節約能源、減少溫室效應十分有利，如果采用太陽能光伏LED照明，其節能效果更加顯著。

3 推進農用LED產品研發和應用的建議

我國對LED光環境調控技術與機理研究還處于起步階段，這與我國LED產品研發起步晚，以及LED本身的一些缺點如亮度低、PN結散熱困難、光斑、亮度和色度均勻性差、價格高等不無關系。因此，需要光電技術的發展與完善，以及相關政策法規的出臺。

首先加大投入，提高LED產品的研發力度，生產出全色域、高亮度、價格適中的LED，解決LED在農業照明中的高成本問題。

其次，加快LED照明產品相關標準規范和檢測方法的制定。目前我國還沒有正式照明LED的國家標準和行業標準，產品質量得不到保障，致使市場無序競爭。應當加快LED產品及其應用的標準化和規范化工作的步伐，使產品的研發既有章可循，又有明確的目標和方向，也能規范LED照明產品的生產，提高產品質量，促使產品的使用更加科學合理。

再次，加強LED在農業領域研發應用上的科研立項，開發出符合我國生產實際的LED植物光源、照明自動控制系統和大型植物工廠化育苗光環境調控設施。

最后，采取補貼政策，對研發和使用LED產品的企業和農戶進行補貼，加快產品的推廣，推動精細農業的發展。

［1］劉再亮，馬承偉，楊其長.設施環境中紅光與遠紅光比值調控的研究進展［J］.農業工程學報，2004，20(1):270－273.

［2］楊雅婷，程瑞峰，楊其長，等.LED光源不同R/B處理對甘薯組培苗品質及節能效果的影響 ［J］.中國農業氣象，2010，31(4):546－550.

［3］李玉，于海龍，周峰，等.光照對食用茵生長發育影響的研究進展 ［J］.食用菌，2011(2):3－4.

［4］曹靜，陳耀星，王子旭，等.單色光對肉雞生長發育的影響［J］.中國農業科學，2007，40(10):2350－2353.

［5］鞠倩，曲明靜，陳金鳳，等.光譜和性別對幾種金龜子趨光行為的影響 ［J］.昆蟲知識，2010，47(3):512－516.

［6］段云，武予清，蔣月麗，等.LED光照對棉鈴蟲成蟲明適應狀態和交尾的影響［J］.生態學報，2009，29(9):4727－4731.