LED植物照明的發(fā)展優(yōu)勢及全球研究進(jìn)程分析

　　1964年世界首個(gè)紅色LED研制成功，之后黃色LED出現，直到1994年藍色、綠色LED才研制成功。但由于其亮度差、價(jià)格昂貴等條件的限制，一直無(wú)法作為通用光源推廣應用。

　　隨著(zhù)人們對半導體發(fā)光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷進(jìn)步和新材料的開(kāi)發(fā)應用，LED的發(fā)展取得了突破性進(jìn)展，價(jià)格也大幅度下降，其應用于植物設施栽培的研究逐漸被各國學(xué)者關(guān)注。尤其是在超高亮度LED開(kāi)發(fā)成功后，被廣泛應用于植物生理或栽培領(lǐng)域的研究，如光形態(tài)發(fā)生、光合作用及葉綠素合成研究等。

　　發(fā)展優(yōu)勢

　?。?）高效無(wú)公害

　　21世紀將是生態(tài)農業(yè)的世紀，而物理農業(yè)是實(shí)現生態(tài)農業(yè)的主要途徑之一，在眾多的物理學(xué)科知識中，光學(xué)在其中起著(zhù)至關(guān)重要的作用，因此，有學(xué)者認為“光的世紀”即將來(lái)臨。如何在太陽(yáng)光照不足情況下調控特定人造光源對綠色植物實(shí)施不同“光肥”，不僅促進(jìn)作物生長(cháng)發(fā)育，還可以達到增產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、抗病、無(wú)公害的目的，這對于促進(jìn)中國現代農業(yè)的發(fā)展具有非常重要的現實(shí)意義。

　?。?）節約能源

　　LED以其固有的優(yōu)越性正吸引著(zhù)世界的目光，特別在全球能源短缺的憂(yōu)慮再度升高的背景下。將LED應用于植物設施栽培領(lǐng)域具有很多優(yōu)勢：可提供多種純正單色光和復合光譜，可根據不同作物及不同生長(cháng)發(fā)育時(shí)期提供相應的光譜組合；具有PPFD可調的特性，可以模擬太陽(yáng)光強度的變化；發(fā)光頻率與占空比可調節的特性可以提供高頻間歇給光模式，有利于探討光合作用中明期和暗期的控制機理，并可以擴大節能空間。

　　全球努力

　　LED在植物生理與植物栽培領(lǐng)域的應用研究已經(jīng)引起全世界的廣泛關(guān)注。

　　以日本和美國為代表的發(fā)達國家不僅深入研究LED對植物生長(cháng)發(fā)育的調控機理，更注重積極研究將LED廣泛應用于植物設施栽培領(lǐng)域的技術(shù)和產(chǎn)品。（1）美國國家航空航天局把LED補光設施作為宇宙基地等閉鎖式生命維持系統的相關(guān)技術(shù)之一開(kāi)展研究。（2）日本的閉鎖式LED植物工廠(chǎng)的研究已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化階段；CCS公司制作的植物生長(cháng)系統通過(guò)生長(cháng)控制軟件控制LED照明，能實(shí)現不同光質(zhì)的自動(dòng)控制；新型LED光源組培容器“Uni-PACK”也研制成功，具有提高組培空間利用率、有效波長(cháng)利用率和照明效率，降低組培苗生產(chǎn)成本等優(yōu)勢。

　　中國植物設施栽培領(lǐng)域的LED應用機理研究還處于起步階段。借鑒國外研究成果，進(jìn)一步系統深入研究LED應用于中國設施栽培領(lǐng)域的基礎理論十分必要。值得注意的是，不同植物不同生長(cháng)時(shí)期所需的光譜組合、PPFD及光照周期存在一定差異，雖有一些國外文獻報道應用紅藍LED等光譜組合對不同植物生長(cháng)發(fā)育和形態(tài)建成影響的研究，但缺乏結合不同物種不同時(shí)期生長(cháng)特性，分析植物對LED光質(zhì)調控響應機理的研究，因此也未能給出不同植物在不同生育期中最佳LED光譜組成、PPFD及光照周期的可靠參數和系統資料。

　　此外，中國雖然是植物設施栽培面積大國，但在設施栽培領(lǐng)域具有自主知識產(chǎn)權的LED技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)基本還是空白，急需工程學(xué)科和植物學(xué)科的研究者共同合作，研制開(kāi)發(fā)出符合中國生產(chǎn)實(shí)際的LED植物光源、照明自動(dòng)控制系統、新型植物生長(cháng)調控裝置和大型植物工廠(chǎng)化育苗設施等。隨著(zhù)LED技術(shù)的發(fā)展與生產(chǎn)成本的逐年下降，特別是隨著(zhù)中國半導體照明工程的啟動(dòng)，相信在不久的將來(lái)，與LED相關(guān)的各種技術(shù)和產(chǎn)品將廣泛應用于植物設施栽培的生產(chǎn)實(shí)踐中。