農業照明痛點及發展瓶頸分析

OFweek半導體照明網訊 在線沙龍《光亞展回顧特輯》上，不少人表現出了對農業照明的極大興趣。農業照明的市場潛力巨大，這是毋庸置疑的結論，中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所研究員楊其長曾指出，現代農業幾乎所有領域都與人工光有密切關係！尤其在種植業（設施園藝、都市農業等）、畜禽養殖業（設施養殖）、水產業（設施養殖、誘魚等）、種植業（露地生產，植保誘蟲等）、其他（食用菌、微藻等）對人工光源需求迫切。僅就蔬菜這一項，我們可以作一個簡單的設想，2014年全年中國僅蔬菜消耗總量大約為1300億人民幣，如果未來5年、10年、20年，有30%的蔬菜是通過農業照明來實現，那麼這個農業照明的市場有多大可想而知。

但正如沙龍上，「十二五」國家科技重點專項（半導體照明專項）專家組專家楊海峰、北京世紀金沙江創業投資管理有限公司高級副總裁丁建華、中國之光網及農業照明網總經理洪兵所言，農業照明市場巨大，但基於農業照明涉及面的複雜性等原因，做大、做深並不是一件容易的事情。目前，農業照明痛點仍存，各種探索仍在進行。

基礎層面：農業照明涉及面的複雜性

復旦大學電光源研究所劉木清、朱雪菘從下面五個層面闡述了這點。

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範圍內，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，後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。總體來說，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採用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、農業照明的複雜性

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複雜性特點，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，由於是活動的，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（穩態還是脈衝）等。

以上兩個方面，決定了農業照明的複雜性，儘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複雜化。

三、農業照明的試驗難度

農業照明的複雜性決定了農業照明研究的試驗難度，體現在具體實驗上就是試驗的變數太多。儘管主要試驗光照的情況，通過研究不同的光照條件，如照射強度、光譜、照射時間、照射周期、照射方式等情況下動植物的生長情況，並期望固定其他農業條件如溫度、濕度、空氣、水分、營養成分、種子等。但是這兩類因素可能相互影響，因而在實際的實驗研究中，要考慮的試驗變化條件非常多，同時每個條件，出於生物統計學的考慮，也要具有一定的樣本。這就使得試驗條件多、樣本多，再加上每個試驗條件需要一定的生長時間，最後造成農業照明研究的情況是：試驗樣本非常多、試驗時間跨度很長，農業照明成為了費時、費力、費空間的研究。舉 1個例子，如果設置 3種光照條件變數，如光譜、強度、照射時間，每種變數採用10個分立值，則可知共有1 000種條件，加上生物條件如果10種，那就是10000種情況，如果每種情況10個樣本，那就是100000個樣本，如果每個樣本要進行2個月，那麼可以想像這個試驗的難度。因此實際的研究，被迫採用減少試驗變數以及減少每種試驗變數的數量，筆者在閱讀相關文獻時，常發現採用的光照條件僅僅在10種以內，有可能出現所採用的試驗條件中，沒有最優的，因而不能搜尋出最佳結果。

曾經報道過的鐵皮石斛補光試驗，在1個大棚里共6條苗床（佔地一畝），安裝以及調試了153隻LED燈具和8盞熒光燈，644個樣本的標記。數據採集進行了7個月，已完成了3批近20萬個數據，通過分析得到最佳光照條件。現場情況如圖1、2、3所示。

如圖 3中可見， 113種不同的光環境組合環境中，僅有2種試驗條件出現最佳的鐵皮石斛生長情況，且這兩種生長情況明顯比其餘生長情況優越得多。而其餘111種光照條件下，生長情況比熒光燈對照組及無光照組沒有太大的區別。可以想像，如果試驗10種或者20種條件，很可能沒法搜尋出最佳的光照條件。

在LED之前，對採用傳統光源進行補光也進行了大量的研究，但由於傳統光源靈活性不夠，很難實現多種光照條件，往往只能研究簡單的幾種光照條件，如前文所說的常採用10餘種。因此，在LED很容易實現各種光照條件的情況下，重新詳細的研究並篩選最佳光照條件，有很大的實際意義。

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