LED光源在农业照明领域的市场需求分析[1]

　　随着LED 技术的发展，美国、日本、韩国等纷纷将LED 农业照明应用作为重要的发展方向，国内外的众多厂商也纷纷进军农业照明领域。LED 光源在农业照明中的应用主要包括植物生产、养殖业、微藻培养、食用菌生产等，在欧美国家应用非常广泛，并取得了良好的经济效益。2010 年4 月，日本的三菱化学公司采用废旧大型集装箱，将其改造成植物工厂辅以现代信息管理技术和LED 为光源进行作物的光合作用。为适应新生的植物工厂的需求，日本昭和电工专门为“植物工厂”开发了LED 产品，可以发射促使农作物生长的特定波长的红光，目前已

　　被日本10 多家植物工厂采用，2010 年的销售额达10 亿日元[1]。欧洲尤其是北欧地区的LED 农业照明也发展迅速，北欧地区由于地理位置原因，长期处于半极昼和半极夜状态，气温和光照均不利于农作物的生长，采用了温室加LED 照明技术后，农产品质量大幅度提高，并最大限度地满足了本国的农产品供应。美国农业部则拨出巨额资金资助Purdue 大学进行LED 照明技术的研究，用于改善不良自然环境下的农业发展状况。

　　目前，国内农业照明中已开始采用LED，如陕西杨凌农业示范区建立太阳能光伏LED 植物工厂等。除了一些应用外，LED 在农业领域应用的相关技术研发也逐渐受到关注。2010 年12 月“植物工厂创新成果发布会”在中国农业科学院举行，北京中环易达设施园艺科技有限公司推出了家庭版植物工厂以及家庭园艺系列产品，并分别与荷兰飞利浦照明、日本三菱化学、松下(中国)电工、台湾亿光、扬子电器、欧琳集团等数十家国际知名企业签署战略合作协议，就LED 植物照明光源、工业控制、空调环境控制、营养液制剂等领域的技术创新、市场开发等达成一致。

　　1 LED 光源在农业照明领域的优势分析

　　近年来随着农业生产中温室大棚的大面积推广，人工气候室的研究进展以及农业科技化水平的提高，进行温室合理给光以及降低给光成本的研究已显得越来越重要，新型节能高效给光措施更成为研究的热点，新型发光材料的成功研制为这一问题的解决提供了契机。新型高效节能LED 植物灯正是最佳选择。LED 灯具有光效高、发热低、体积小、寿命长等诸多优点，在农业照明领域优势很明显。主要表现为生物能效高、可大大提高植物栽培密度、

　　LED 农业照明应用产生的节能效果显著等。

　　LED 农业照明光源是一种特殊的照明工具，植物生长需要太阳光，而LED 农业照明光源就是利用太阳光的原理，用灯光代替太阳光成为植物生长发育环境的一种光源。目前传统的人工照明光源与LED 照明光源相比存在着欠缺：首先人工照明光源光谱基本为线状谱线，与植物光合吸收光谱匹配不理想。能够被植物吸收的只是个别波段的光，其他波段的光都被浪费，不节能。再者由于白炽灯泡、日光灯管、钠灯等耗电量较大，同时产生很多的热辐射，不能对植物近距离照射，对植物生长光激励效率不高，大大增加了人工光照成本，因而除在一些高附加值的花卉种植和人工气候室试验中有所应用外，并没有在农业生产上得到广泛应用。

　　光环境是植物生长发育不可缺少的重要物理环境因素之一，通过光质调节，控制植株形态建成是设施栽培领域的一项重要技术。光线光谱对植物光合作用有直接影响的主要是红光和蓝光，红光主要集中在630～660 nm， 其作用是帮助植物开花结果，蓝光主要集中在450～470 nm，其作用是帮助植物长茎生叶[2]。应用测试结果表明，LED 农业照明光源的波长非常适合植物的生长、开花、结果[3]。一般室内植物花卉会随着时间延长长势越来越差，主要原因就是缺少光的照射，通过适合植物所需光谱的LED 灯照射，不仅可以促进其生长，而且还可以延

　　长花期，提高花的品质。而把这种高效光源系统应用到植物大棚、温室等设施农业生产以及育种上，可以产生以下作用：①作为补充光照，在一天的任何时间都可以增强光照， 可以延长有效照明时间。②无论在黄昏还是夜晚，可以有效延长和科学控制植物所需要的光照。③在温室或植物实验室可完全替代自然光促进植物生长。对于绝大多数种植者来说，LED 植物灯是代替日照的最佳光源。因为它的光谱完全根据植物生长所需的光谱设计，并具有高亮度和超长使用寿命等特性。④彻底解决育苗阶段看天吃饭的情况，可根据苗株交货期合理安排时间。

　　在温室里具有全光谱的光照对植物生长来说至关重要。早期所使用的植物照明光源非全光谱光源，无法全面提供植物生长需要的光照。现在最新推出的植物生长高光通钠灯具有全光谱特性，可提供植物生长所需的全部光照，能够极大地缩短植物生长所需要的时间。因而它的出现是植物照明领域的技术革命， 现已成为此行业光源的最佳选择，广泛应用于水溶液培养、播种、育种、花卉栽培等领域。

　　2 LED 光源在农业照明领域的市场需求分析

　　传统农业生产中使用的照明灯具以高压钠灯、荧光灯和白炽灯为主。其中高压钠灯和白炽灯主要在冬春光照时间短或阴雨天时用于温室补光，由于高压钠灯的发光效率高、使用寿命长，故使用面积较广。以一套温室使用的飞利浦高压钠灯灯具(包括灯管、整流器以及反光灯罩)为例，功率为400 W，价格为300～400 元，发光效率可达120 lm /W，光通量达47 000 lm，平均使用寿命为24 000 h。目前，世界玻璃温室面积约4.9 万hm2， 而中国约为0.35 万hm2，按照每15 m2 一支钠灯计算，中国需要230 万4386支高压钠灯才可以基本满足生产需要，如此，光源装置就需要一次性投入7～9 亿元，而整个世界的需求达到了3 200 万支， 一次性需求投入达到了近百亿元。若世界上所有这些温室补光用高压钠灯运行1 h，将会消耗电1 300 万kWh。计算全世界283 万hm2 的农业温室LED 照明补光需求的话，其数字将会再翻几十倍之多。

　　目前密闭式植物生长系统(如植物组培、植物工厂、食用菌工厂等)中普遍使用荧光灯作为人工照明光源，其中以组培生产中的使用最为普遍。以使用飞利浦T5 三基色荧光灯灯管的普通10 m2 组培室为例，每根灯管长86 cm，直径16 mm，功率为28 W，价格为18～20 元，发光效率可达到100 lm /W，光通量2 900 lm，使用寿命24 000 h。在组培室中常 根据灯管长度设置组培架， 每层面积为90 cm×50cm，共3 层，一个10 m2 组培室可摆放10 个3 层栽培架，每层5 根灯管，共需150 根灯光。据农业部统计， 截至2007 年底， 植物组培的总面积在2 000万m2 以上，而在这基础上每年产量大于千万株的组培公司，中国就有300 家之多，植物组培的年产值已突破了200 亿元大关。按一年300 个光照日，植物组培16 h / d 光照时间，全国2 000 万m2 的植物组培面积，则需要至少3 亿根荧光灯，需要投入50～60亿元人民币，照明每年耗电总量至少需400 亿kW·h[4]。