智能控制在農(nóng)業(yè)照明的應用研究

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2014-08-29

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 1應用現(xiàn)狀

　　1.1智能控制照明在農(nóng)業(yè)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(zhì)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(nóng)業(yè)植物工廠化、生產(chǎn)精細化及設施智能化的栽培裝置系統(tǒng)，商業(yè)照明，包括智能控制光照技術(shù)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(xiàn)新鮮蔬菜的周年供應，節(jié)省大量的運輸成本。這在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中開辟了一條新的途徑。

　　1.1.2 應用智能控制照明是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)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(shù)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(fā)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(xù)陰雨霧霾天氣的頻度增加，農(nóng)田作物穩(wěn)定收成已變得不可靠。

　　所以，要提高農(nóng)作物的光合作用效率，促進農(nóng)作物生長，減少農(nóng)作物種植過程中農(nóng)藥和激素的大量使用，CE認證，發(fā)展高效無污染的綠色農(nóng)業(yè)，則應將光環(huán)境調(diào)控技術(shù)用于蔬菜設施栽培中。它是一項節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟有效且簡便易行的物理新方法，具有突出技術(shù)優(yōu)勢。因此，采用智能控制光照植物工廠高產(chǎn)栽培是農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個趨勢。

　　農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式經(jīng)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(fā)展。植物工廠化栽培模式是基于無土栽培的最新發(fā)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(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的高級階段。可實現(xiàn)按計劃的周期穩(wěn)定生產(chǎn)，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)模式的里程標志。

　　1.1.3 促進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)向綠色環(huán)保轉(zhuǎn)變

　　自然界中，太陽的光照度隨地理緯度、季節(jié)和天氣狀況的不同而變化。溫室內(nèi)的光照度除與上述因素有關(guān)外，還與溫室結(jié)構(gòu)、管理措施及材料的透光性能等密切相關(guān)。由于溫室覆蓋材料、灰塵以及結(jié)構(gòu)遮光等因素的影響，溫室內(nèi)的光照質(zhì)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(jié)，太陽高度角低，日照時間短，溫室內(nèi)光照度往往不能滿足農(nóng)作物生長的需求。光照不足嚴重抑制溫室的果蔬發(fā)育、植株生長遲緩及病害更嚴重導致大幅減產(chǎn)及品質(zhì)下降。農(nóng)作物主要依賴激素和農(nóng)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(diào)節(jié)植物的補光，增加光照時數(shù)、改善室內(nèi)光譜分布及促進植物生長，促進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)向綠色環(huán)保轉(zhuǎn)變。

　　1.2 農(nóng)業(yè)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(shù)革命來改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的傳統(tǒng)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(lǐng)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(fā)出各種各樣的植物工廠，為未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(nóng)業(yè)中的應用主要包括植物生產(chǎn)、養(yǎng)殖業(yè)、微藻培養(yǎng)、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(nóng)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(fā)了智能控制LED照明產(chǎn)品，可以發(fā)射促使農(nóng)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(jīng)濟部——栽培基地

　　2010年6月，韓國知識經(jīng)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(shù)的研發(fā)，2010年底已完成芯片開發(fā)，并建造495㎡規(guī)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(yè)同步開創(chuàng)

　　早在2009年，中國農(nóng)業(yè)科學院的研發(fā)團隊已成功研制出了國內(nèi)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(nóng)業(yè)大學農(nóng)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(nèi)首個開辟“農(nóng)業(yè)照明主題區(qū)”，迎合產(chǎn)業(yè)及市場發(fā)展求，特邀 LED 業(yè)者與植物工廠方案業(yè)者及農(nóng)業(yè)相關(guān)部門參與。十二五規(guī)劃的“智能化植物工廠生產(chǎn)技術(shù)研究” 項目于 2013 年的上半年在北京正式啟動，植物工廠節(jié)能光源應用及光環(huán)境智能控制技術(shù)課題成為熱點。智能控制技術(shù)已成功應用于植物的栽培，并在植物補光、組培、植物工廠領(lǐng)域取得重要進展。

　　在各國爭相發(fā)展之際，以農(nóng)業(yè)大國自稱的中國，也順應這一發(fā)展趨勢，積極加入到智能控制農(nóng)業(yè)照明這一領(lǐng)域，并攜手國際LED大廠成立LED植物工廠研發(fā)戰(zhàn)略聯(lián)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(chǎn)業(yè)。我國農(nóng)業(yè)照明用燈數(shù)量在 1-5 億支以上，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展及用燈數(shù)量的增多，在今后幾年估計會增至 5-10 億只以上。因此農(nóng)業(yè)照明的需求十分迫切，農(nóng)業(yè)照明及其智能調(diào)控裝備產(chǎn)業(yè)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(yè)者嗅到補助商機。國內(nèi)進軍農(nóng)業(yè)照明應用領(lǐng)域的廠家很多，主要分布在華南地區(qū)。

　　1.3 智能控制在農(nóng)業(yè)照明的應用范圍

　　農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎，日常生活中的肉蛋奶、蔬菜、花卉、瓜果、食用菌等農(nóng)副產(chǎn)品的很大一部分都是在設施條件下生產(chǎn)出來的，智能控制補光與照明是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域最重要的應用方式，根據(jù)動植物發(fā)育的不同需求，采用不同波長的單色光組合起來形成農(nóng)用照明系統(tǒng)，并通過對光強、光質(zhì)和光周期的調(diào)整，實現(xiàn)節(jié)能與高效生產(chǎn)，已經(jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要應用方向。目前，智能控制在農(nóng)業(yè)的應用已經(jīng)擴展到植物培育、畜禽養(yǎng)殖、食用菌生產(chǎn)、微藻繁殖、害蟲誘捕、誘魚等眾多領(lǐng)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(diào)節(jié)、光生態(tài)形成等幾個方面,植物對光的吸收不是全波段的,而是根據(jù)生長周期具有選擇性。光調(diào)節(jié)植物整個生長發(fā)育，以便更好地適應外界環(huán)境。這種依賴光控制細胞的分化、結(jié)構(gòu)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(tài)建成光控制發(fā)育的過程。光在光形態(tài)發(fā)生中起的是信號作用，與在光合作用中起能源作用不同。