智能控制在農業照明的應用研究

文章來源:恒光電器

發布時間:2014-08-29

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 1應用現狀

　　1.1智能控制照明在農業應用的必要性

　　1.1.1光照是植物生長要素

　　土地資源的緊缺和人口的增長性決定了植物栽培土地的稀缺性。同時，隨著人們生活品質的不斷提高，對綠色、安全和健康食用植物的需求越來越迫切。用于農業植物工廠化、生產精細化及設施智能化的栽培裝置系統，商業照明，包括智能控制光照技術的需求與日俱增。

　　此外，采用智能控制LED照明促進植物生長可滿足偏遠哨所、極地、地下防空洞及小島駐防人員的蔬菜需求，酒店led照明，以及可實現新鮮蔬菜的周年供應，節省大量的運輸成本。這在現代農業領域中開辟了一條新的途徑。

　　1.1.2 應用智能控制照明是現代農業模式的里程標志

　　近年來，隨著大氣污染日益加重，大氣透明系數不斷下降，致使達到地表的太陽輻射日趨減少，植物可接收的太陽光能越來越少，難以滿足植物正常生長發育的需求。此外，酒店led照明，全球天氣變暖導致天氣異常，植物遭遇連續陰雨霧霾天氣的頻度增加，農田作物穩定收成已變得不可靠。

　　所以，要提高農作物的光合作用效率，促進農作物生長，減少農作物種植過程中農藥和激素的大量使用，CE認證，發展高效無污染的綠色農業，則應將光環境調控技術用于蔬菜設施栽培中。它是一項節能環保、經濟有效且簡便易行的物理新方法，具有突出技術優勢。因此，采用智能控制光照植物工廠高產栽培是農業發展的一個趨勢。

　　農業生產方式經歷了從露地栽培向設施栽培模式和無土栽培的重大變革，同時正向工廠化栽培模式發展。植物工廠化栽培模式是基于無土栽培的最新發展，基于智能控制照明的植物工廠化栽培模式能徹底擺脫自然條件的束縛，是現代農業發展的高級階段。可實現按計劃的周期穩定生產，是現代農業模式的里程標志。

　　1.1.3 促進現代農業向綠色環保轉變

　　自然界中，太陽的光照度隨地理緯度、季節和天氣狀況的不同而變化。溫室內的光照度除與上述因素有關外，還與溫室結構、管理措施及材料的透光性能等密切相關。由于溫室覆蓋材料、灰塵以及結構遮光等因素的影響，溫室內的光照質量也要比露地差很多，一般僅為露地的30%～70%，高亮度，尤其是在冬季和早春季節，太陽高度角低，日照時間短，溫室內光照度往往不能滿足農作物生長的需求。光照不足嚴重抑制溫室的果蔬發育、植株生長遲緩及病害更嚴重導致大幅減產及品質下降。農作物主要依賴激素和農藥來抵御由于光照不足引起的種種問題，導致化學品的過量使用和殘留危害人類健康。采用智能控制來調節植物的補光，增加光照時數、改善室內光譜分布及促進植物生長，促進現代農業向綠色環保轉變。

　　1.2 農業智能控制照明倍受各國重視

　　植物工廠通過智能控制LED照明的技術革命來改變農業生產的傳統觀念，提高抵御自然災害的能力。智能控制燈具在植物栽培領域的應用與研究也越來越受到世界各國的廣泛重視，在美國、日本、德國、北歐及加拿大等國家，已開發出各種各樣的植物工廠，為未來農業生產開辟新的道路。

　　1.2.1 日本三菱——集裝箱植物工廠

　　智能控制照明在農業中的應用主要包括植物生產、養殖業、微藻培養、食用菌培育等。2010年4月，日本三菱化學公司用大型集裝箱改造成“植物工廠”，這種“植物工廠”以LED為光源進行農作物的光合作用。為適應新生的植物工廠的需求，日本昭和電工專門為“植物工廠”開發了智能控制LED照明產品，可以發射促使農作物生長的特定波長光，目前已被日本10多家植物工廠采用。

　　1.2.2 韓國經濟部——栽培基地

　　2010年6月，韓國知識經濟部也宣布將投入30億韓元(約合人民幣1650萬元)用于IT—LED栽培核心配件和核心技術的研發，2010年底已完成芯片開發，并建造495㎡規模化智能控制LED照明的栽培基地。

　　1.2.3 中國研究所與企業同步開創

　　早在2009年，中國農業科學院的研發團隊已成功研制出了國內第一例智能型植物工廠，采用智能控制LED和熒光燈為人工光源進行蔬菜種植和種苗繁育，并在長春投入運行。2010年南京農業大學農學院承擔的863計劃項目“半導體照明光源在植物組培中的應用研究”課題。2014年北京照明展，國內首個開辟“農業照明主題區”，迎合產業及市場發展求，特邀 LED 業者與植物工廠方案業者及農業相關部門參與。十二五規劃的“智能化植物工廠生產技術研究” 項目于 2013 年的上半年在北京正式啟動，植物工廠節能光源應用及光環境智能控制技術課題成為熱點。智能控制技術已成功應用于植物的栽培，并在植物補光、組培、植物工廠領域取得重要進展。

　　在各國爭相發展之際，以農業大國自稱的中國，也順應這一發展趨勢，積極加入到智能控制農業照明這一領域，并攜手國際LED大廠成立LED植物工廠研發戰略聯盟。目前，我國設施園藝面積已達337 hm2，其中日光溫室占25%左右，成為效益最大的重要種植產業。我國農業照明用燈數量在 1-5 億支以上，隨著現代農業的發展及用燈數量的增多，在今后幾年估計會增至 5-10 億只以上。因此農業照明的需求十分迫切，農業照明及其智能調控裝備產業的前景誘人。中國植物工廠的建置仍以國家政策為主導，地方政府的積極腳步也讓業者嗅到補助商機。國內進軍農業照明應用領域的廠家很多，主要分布在華南地區。

　　1.3 智能控制在農業照明的應用范圍

　　農業是國民經濟的基礎，日常生活中的肉蛋奶、蔬菜、花卉、瓜果、食用菌等農副產品的很大一部分都是在設施條件下生產出來的，智能控制補光與照明是農業領域最重要的應用方式，根據動植物發育的不同需求，采用不同波長的單色光組合起來形成農用照明系統，并通過對光強、光質和光周期的調整，實現節能與高效生產，已經成為現代農業的重要應用方向。目前，智能控制在農業的應用已經擴展到植物培育、畜禽養殖、食用菌生產、微藻繁殖、害蟲誘捕、誘魚等眾多領域。

　　1.3.1 植物培育

　　植物整個生長過程中，涉及到光合作用、光周期調節、光生態形成等幾個方面,植物對光的吸收不是全波段的,而是根據生長周期具有選擇性。光調節植物整個生長發育，以便更好地適應外界環境。這種依賴光控制細胞的分化、結構和功能的改變，最終會繼承組織和器官的建成，就成為光形態建成光控制發育的過程。光在光形態發生中起的是信號作用，與在光合作用中起能源作用不同。