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农业照明发展现状及其技术难题解析

2019-07-09 18:35:52来源:励志吧0次阅读

农业照明发展现状及其技术难题解析

原标题:农业照明发展现状及其技术难题解析

为推进设施研发及产业化发展,需解决的科学问题包括:1、光质生物学弄清单一光质及复合光质对植物和食用菌生长发育和产量品质影响的生理代谢生物学及蛋白组学机理;生类及品种间光质适应性和利用差异性机理;光质与其它因子互作的生物学机制;设施生物光质数量属性有效阈值和基准值(如补偿点饱和点与光阈值)等;2、逆境光质生物学明确单色及复合弱光强光及连续光照下光合机构代谢系统运转效率的响应机理及其农学意义等需解决的技术问题包括:(1)建立设施园艺各生产领域特定生物生长发育优质高产所需的光照配方;(2)制定农业生物境控制策略;(3)研发LED光源装置灯具及计算机智能控制系统。

随着世界人口增加,农产品需求持续增加,而农业资源不断减少,污染日益严重,气候变化及其灾害逐年增多,农田生态系统的生产力及其稳定性大幅下降,粮食和食物产出难以,食物数量安全与质量安全问题日益凸显设施园艺是可控农业,生产稳定性高,在保障食物安全和农产品有效供给方面发挥着不可或缺的作用,已成为现代农业主体设施园艺可通过控制促进或延迟农业生物的生长发育与繁殖过程,按照人类的时空要求获得所需要的植物和食用菌产品我国设施园艺栽培面积高居世界首位,已近400万公顷,产值超万亿元。

设施园艺要实现可持续发展迫切需要综合性、全面智能化控制技术的支撑,以克服逆境,创造适宜的生产条件。光照是设施园艺生产重要的因子,为了获得较高的产量和高品质农产品,生产过程中园艺设施内包括光照在内所有与农业生物生产相关的因子都有必要实现人工或智能调控。设施园艺生产系统内因子控制越多越精准,越是符合园艺生物需求,就更有利于设施园艺生产潜力的发挥。纵观设施园艺控制技术发展历程,光照是继温度、湿度、CO2浓度、气流等因子之后,园艺设施中最后一个实现智能控制的重要因素。其主要原因是在发光二极管(Light-emitting diode,LED)这种固态半导体电光源出现之前,传统电光源作为执行机构均无法实时调控其光强和光质成分,无法实施智能控制。现今,基于LED光源良好的可控性和光电优势,采用LED补光或人工境调控可以很好地克服不适光照条件对园艺生物生产的制约,对保障设施园艺优质、高产和稳产至关重要。

境调控为物调控,生态安全,负效应少。设施园艺境调控已经成为现代农业发展的内在要求与客观需求,以保障现代农业高产、优质、高效、稳产。设施园艺作为可控的农业生产方式,发展境调控技术是其内在要求,更是客观需求,主要表现在两个方面。其一,温室人工补光十分必要,需求迫切。补光方式包含两类,一是通过可见光调控(PAR),强化光周期和光合作用;二是通过UV和FR调控形态和品质。温室人工补光必要性主要基于以下几点。

(1)弱光寡照。夏季连阴雨天、冬季连阴雪天等导致的设施弱光寡照常造成的严重的生产危害,导致作物减产甚至绝收。

(2)雾霾天气。2012年以来,我国雾霾天气的发生频率、持续时间及影响地域范围呈逐年增加的趋势,雾霾发生时段长达7个月(10月至次年4月)。雾霾天气条件下光照强度下降20%-90%,严重影响作物的光合作用,开花结果,并易孳生病虫害,造成作物减产甚至绝收。而且,冬春季雾霾频发期与设施园艺生产关键期重合,加剧了危害程度,对菜农收益影响巨大。

(3)高纬度地区光周期调控。在高纬度短日照地区迫切需要进行延长光周期的调控,增加光照时数。

(4)长日照植物生产需求。在日照时间不足地区生产长日照植物需要增加光照时数,促进其完成生长周期。总之,为克服上述设施园艺生产的境问题,进行人工智能补光是直接有效的途径。其二,完全人工光设施生产境调控。精准智能化境调控是人工光植物组培、植物工厂、食用菌工厂和育苗工厂等领域优质高产、能耗与生产效率的决定性因素,必要性十分突出。通过境调控,可改善作物形态,增加产量,并按照人类需求定向增加有益化学物质的含量,降低无益物质的积累,提高农产品的能值和营养保健价值,实现真正意义的优质生产。

传统照明是视觉应用,是通过人工光或自然光组成的照明系统(照明装置)将具有特定光度、色度要求的光,按科学设计的分布特性,传递到目标客体,供人类,获取信息。农业照明是包含视觉和非视觉功能的照明应用方式,传统农业照明是指按照农业生产各领域的生产目标要求,利用光电光源人为创造适宜境或弥补自然光照的不足,调控农业生物的生长发育和繁殖的一种农艺措施。LED的出现推动农业照明进入了新的发展阶段,称之为农业半导体照明,属于现代农业照明的范畴的新型照明方式。农业半导体照明是指采用半导体电光源及其智能化管控装备,按照农业生物的境需求规律和农业生产各领域的生产目标要求,人为创造适宜境或弥补自然光照的不足,调控农业生物的生长发育和繁殖,以实现优质、高产、高效、稳产生产目标的一种农艺措施。农业半导体照明的特征:

(1)农业半导体照明的电光源是半导体固态光源-发光二极管等现代电光源;(2)电光源光谱可精准调控,光强、光质和光周期可进行实时的管控;(3)能够满足现代农业生产各个领域境调控的需求,实现高产、高效、优质、稳产的目标;(4)农业半导体照明既包含视觉照明范畴,也包含了非视觉范畴。其中,植物和食用菌照明属于前者,畜禽养殖照明属于视觉范畴;(5)农业半导体照明可彻底突破自然光照明的昼夜和年际光周期规律,按照需求完全控制光照条件;(6)境调控需要与其它要素控制协同进行,综合协同调控。设施园艺半导体照明是设施园艺工程学科的新兴研究分支,是农业半导体照明的最重要组成部分,是半导体照明非视觉应用的重要领域,我国设施园艺需要大力研发半导体照明技术装备,加快应用进程与产业化发展。

设施园艺半导体照明研究的生产系统主要是设施园艺生产系统,生类涵盖蔬菜、花卉、种苗、食用菌、药用植物等等,其应用领域多样,各领域生物形态多样,境需求差别迥异。总结而言,设施园艺境调控的应用领域如下:

日前,飞利浦照明宣布,公司位于的农业LED照明解决方案事业部增加了两名员工,分别是Ries Neuteboom与Jan Chechalk,他们都将成为北..[详细]

但正如沙龙上,十二五国家科技重点专项(半导体照明专项)专家组专家峰、世纪金沙江创业投资管理有限公司高级副总裁丁建华、中国之光及农业照明总经理..[详细]

据日本株式会社专家预计,2017年全球仅LED植物生长灯预计在3亿美元左右,中国植物工厂未来有望达到日本植物工厂10倍以上的规模。除此之外,补光、育苗(种)..[详细]

传统照明是视觉应用,是通过人工光或自然光组成的照明系统(照明装置)将具有特定光度、色度要求的光,按科学设计的分布特性,传递到目标客体,供人类,获取信息。[详细]

LED农业领域的应用可以说是时下的热点,每每提及都会引人关注。不论是垂直农业、都市农业,现代农业越发展,与人工光的关系越发密切,具有多种优势的LED光源有着..[详细]

1月19日,广东现代农业应用示范挂牌成立,该位于佛山高新区新光源产业的创新中心内。同日进行的第二届农业照明发展论坛上,多位与会专家均认为,随着以..[详细]

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现代化农业在发展,农业照明需求在扩大,再加上LED照明技术的进步及在农业照明中的应用范围扩展,各种因素都传递着LED在农业照明市场的潜力,农业照明也被认为是..[详细]

现代设施农业的发展迫切需要智能境调控与半导体照明技术的支撑,克服光照逆境,创造适宜境,实现高效、优质、稳定,而传统光源的光谱不可调控,LED农业..[详细]

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