植物光照技術標準體系的比較研究

李 錦，張云鵬，王 侃，華樹明

(1.國家電光源質量監督檢驗中心(北京)，北京 100022；2.國家節能中心，北京 100045；3.中國照明學會，北京 100009)

引言

光是植物生長發育的重要環境因子，地球上植物發育所需的光源主要來自于太陽輻射。由于植物對光具有選擇性吸收的特征，光合作用和能量轉化最多利用其中5%左右的光合有效輻射[1]。隨著科學技術的進步以及農業與生物產業的快速發展，植物對有效光的利用已經突破單純依靠太陽光的限制，人工光源代替或補充自然光源的不足已經成為現代農業的重要手段。目前，在植物生產系統中應用人工光源的主要有溫室大棚、植物組培、植物工廠、育苗工廠以及病蟲害防治、生物物理防治等領域。

我國現有植物光照市場需求量大，并且隨著現代化農業的不斷發展，需求量還在不斷擴大，產品的安全性、可靠性、長壽命及可盈利性是植物光照產品能否取得市場接受和成功的關鍵。但是，由于光照技術在農業領域的應用跨學科、跨專業、跨領域，植物光照產品也由原來的照明工具變為了生產工具，因此，產品市場推廣應用過程中存在很多的障礙需要解決。筆者通過梳理現有的國內外標準內容，從標準化技術層面進行分析，試圖建立植物光照技術標準化體系，幫助解決植物光照技術的市場推廣痛點問題。

1 植物光照產品在市場推廣中的主要技術障礙

1)產品種類繁多，質量良莠不齊。植物生長用光照產品形式眾多，既有傳統植物光照產品，如金鹵燈、高壓鈉燈、熒光燈等，也有新興的LED植物光照產品，如LED球泡燈、LED平板燈等，并將隨著技術的發展而逐步變化。由于標準制定工作滯后于技術發展，企業為了快速占領市場，都按照自己的需求來進行產品開發和銷售，導致市場亂象，產品質量良莠不齊，嚴重影響用戶對產品的信心。

2)產品規格不統一，客戶無法正確選擇合適的產品。與常規照明產品不同，植物光照產品的光譜分布主要集中在植物所需的400～700 nm[2]范圍，且規格參數也相應不同，例如照明產品的光通量以lm為單位，而植物光照產品通常是以μmol/s為單位。因此常規照明產品的規格劃分規則無法直接應用于植物光照產品，客戶無法正確選擇適合自身需求的產品。

3)產品接口待標準化，彼此間互換性差。植物光照產品不僅種類繁多，同一類型的產品其接口也存在不一致的情況，有的甚至產品第二代新品與第一代同類產品的接口也完全不一致，不僅導致維修時間的增加，還提高了對維修人員的技能要求，增加維護成本和使用難度。

4)缺乏成熟智能化的植物光照系統。植物類型多樣，在生長過程中，需要不同的光譜，光照強度，時長以滿足其光照需求，這就需要智能化的植物光照系統。但是市場上缺乏成熟的智能植物光照系統。

5)應用場景多，應用標準缺失。植物光照類產品應用在植物生長的不同階段又可分為育苗燈、組培燈、生長燈、頂光/株間補光燈、花期誘導燈等。作為生產工具，在不同的應用場景，植物對光譜分布、光輻射通量、光均勻度、光周期等要素的需求都不完全相同，因此，植物光照類的應用標準還需要做大量的工作去補充完善。

2 植物光照產品的標準化現狀分析

由于植物生長光照領域在光電參數、植物光生理反應、使用環境、測量方法等方面以及定義、術語方面均不同于通用照明，其標準化工作是一個全新的體系。

2.1 國際標準和技術規范現狀分析

國際電工委員會IEC、國際照明委員會CIE、國際標準化組織ISO等國際標準化機構正在積極探索植物光照領域相關標準工作的開展，但到目前為止，還未發布正式標準。一些非官方的組織機構，開展了一些團體標準和技術規范的制定工作如表1所示。但由于缺失植物光照領域的標準框架體系，這些標準和技術文件存在一些問題：

1)數量不夠，沒有頂層設計，不成體系，比較凌亂；2)不符合產業需求，技術數據不統一，沒有共同的技術語言，無法交流，客戶不知如何使用；3)長期規劃和短期需求的合理規劃、有機結合度不夠。

表1 植物光照領域國際標準和技術規范

2.2 國內標準現狀分析

中國標準化組織及一些社會團體在植物光照領域很活躍，開展了一些標準化工作，如表2所示，但存在的問題基本與國際標準的情況一致。

表2 植物光照領域國內國家標準、行業標準和部分團體標準

綜上所述，雖然國內外標準化組織和機構都在積極投入開展植物光照領域的標準化工作，但是植物光照領域的標準化建設是一個系統工作，目前還處于起步階段。

3 植物光照技術標準體系的建議

植物光照是生物學、設施園藝學、植物生理學、植物營養學、光生物學、電學等多學科交叉和有機結合發展的產物，因此，除了需要學科間充分協作，標準體系的頂層設計也至關重要。只有從全局的角度出發，對不同層次，不同維度的要素統籌規劃，標準工作的開展才能有的放矢，各標準組織機構之間才能實現資源共享，信息互聯互通。

通常標準體系包括：基礎標準、安全標準、性能標準和設計應用標準。植物光照技術標準體系可根據圖1進行規劃設計。整個體系架構中，藍色版塊是目前已經開展的標準工作，主要側重基礎標準部分，而安全標準、性能標準和設計應用標準由于其難度較大，目前推進緩慢。紅色部分是保障產品質量、客戶應用便利安全的基本標準要求，應該在近期集中資源推進完成，尤其是接口標準。目前市場植物光照產品品類多、應用環境差異較大、隨著智能化程度的提高，可調光植物光照產品的應用也越來越普遍。接口的標準化在系統設計過程中發揮著重要的作用，機械安裝和電氣連接接口標準的建立不僅可為設計實現互操作性與低成本，而且可以減少設計、安裝和維護所需的時間。紫色部分需要跨學科、跨領域的專家共同投入研究，難度大、周期長，作為中長期規劃，可以成熟一個就推進一個。

4 結語

綜上所述，通過標準化手段、標準體系建設可以保證產品質量，維護消費者利益，規范市場準入準則，協調社會各方利益，建立穩定的秩序。但植物光照技術的標準體系建設工作任重而道遠，中國照明學會作為CIE的國內唯一技術對口單位將發起倡議，積極協調推進國際組織在植物光照技術國際標準領域的工作開展。同時，中國照明學會農業照明專委會和標準化委員會，也將積極推進團體組織和機構間的合作，按照標準體系內容的輕重緩急，逐步完成標準的搭建。

圖1 植物光照技術標準體系Fig.1 Standard system of plant lighting technology