淺論植物照明里的紫外光，探UV LED應(yīng)用前景

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、新型農(nóng)業(yè)的理念灌注和呼聲日高，隨著城市化發(fā)展越來激烈，耕地面積日漸變得稀缺，環(huán)境也因經(jīng)濟(jì)形態(tài)的長期化而日漸變得惡劣，因之食品安全問題也日益突出。隨著“農(nóng)業(yè)科技發(fā)展“十二五”規(guī)劃(2011-2015年)”指出“是全面建設(shè)小康社會(huì)的關(guān)鍵時(shí)期，是在工業(yè)化、城鎮(zhèn)化深入發(fā)展中同步推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的攻堅(jiān)階段，確保國家糧食安全、農(nóng)民增收和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的任務(wù)更加艱巨，必須加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)科技支撐能力。”植物工廠的理念也乘著政策新風(fēng)中得到蓬勃發(fā)展進(jìn)入實(shí)質(zhì)應(yīng)用階段。

2016年我國超越照明技術(shù)應(yīng)用取得階段性進(jìn)展。神舟十一號(hào)載人飛船在太空中進(jìn)行了種植生菜的科學(xué)試驗(yàn)，LED植物光照成為神舟飛天的一大亮點(diǎn)。2016年，半導(dǎo)體照明應(yīng)用市場(chǎng)需求可謂東邊日出西邊雨，LED照明等傳統(tǒng)的替代市場(chǎng)正加速滲透，植物光照等新興細(xì)分市場(chǎng)成為市場(chǎng)熱點(diǎn)。同時(shí)，“十三五”半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)規(guī)劃將在2017年初發(fā)布，《規(guī)劃》的出臺(tái)將對(duì)產(chǎn)業(yè)下一步發(fā)展重點(diǎn)、發(fā)展方式等明確方向。

國家“十三五”規(guī)劃的到來，更將“LED節(jié)能光源、立體無土栽培、光溫耦合節(jié)能環(huán)境控制、營養(yǎng)液調(diào)控、基于網(wǎng)絡(luò)的智能管理、人工光植物工廠、自然光植物工廠集成示范等”七大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，以緩解日益突出的食品危機(jī)，進(jìn)而促進(jìn)了與之相關(guān)的各類學(xué)科研究。作為七大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域中的“LED節(jié)能光源”，我們的UV LED在植物工廠領(lǐng)域可謂舉足輕重、前景遼闊。

露地農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率與光照條件的好壞直接關(guān)系，那么，光照的飽和獲取就得取決于天氣影響的嚴(yán)重程度了，同樣地，植物生長的快慢與天氣影響光照關(guān)系直接。植物工廠理念的里有眾多優(yōu)勢(shì)：生產(chǎn)效率高、可控性好、應(yīng)用前景廣闊。植物工廠里人為利用電光源為植物延長、補(bǔ)充太陽光照的不足，提供所需的光照，通過與無土栽培、特殊營養(yǎng)液、通風(fēng)、恒溫恒濕等技術(shù)手段和技術(shù)設(shè)備的應(yīng)用，無疑是一種高效、無害、高科技農(nóng)業(yè)模式。

太陽光中不同光譜對(duì)植物光合作用貢獻(xiàn)大小不一，僅400~700nm范圍的光為植物光合作有效輻射，與植物的碳水化合物合成光反應(yīng)過程。根據(jù)可見光與不可見光區(qū)分，不可見光里就含了波長小于380nm的波段，此一波段稱為“紫外光”(簡(jiǎn)稱UV)，對(duì)植物作有效輻射，UV和遠(yuǎn)紅外光對(duì)植物生長發(fā)育具有調(diào)控功能，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

以植物工廠泮密閉式玻璃溫室或日光溫室結(jié)構(gòu)，以太陽光為主要光源，故室內(nèi)的UV輻射分布與玻璃、遮陽網(wǎng)、大棚膜的材質(zhì)透光性密切相關(guān)，以上材料對(duì)自然光的吸收、過濾、遮擋、老化等因素影響，紫外光(UV)對(duì)于這些覆蓋材料的透過率僅在15.9~21.1%，大大降低了太陽光的利用質(zhì)量，也大大折損了紫外光(UV)的輻射量。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)工廠里的植物UV輻射還受到傳統(tǒng)補(bǔ)光燈具所含的UV輻射成分、光照分布極度不均勻的原因，又為達(dá)到精確應(yīng)用紫外光(UV)對(duì)植物生長施加影響。

目前，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植或人工栽培以熒光燈、汞燈、高壓鈉燈等燈具僅是與LED所發(fā)出的紅藍(lán)光組合光源為主要光譜，很明顯缺乏紫外光譜的組成成分。因設(shè)施內(nèi)紫外光缺失，導(dǎo)致植物嚴(yán)重的生長和品質(zhì)問題，補(bǔ)光的優(yōu)化高效光譜的組成技術(shù)需求十分迫切，LED作為節(jié)能、可控、可調(diào)、高效的新型應(yīng)用光源在核心技術(shù)層面不斷取得突破和應(yīng)用技術(shù)不斷延伸。植物工廠對(duì)紫外光的利用和調(diào)節(jié)對(duì)保證優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)非常重要，應(yīng)用人工控制紫外光(UV)光源補(bǔ)充UV輻射技術(shù)，能減少化學(xué)方法導(dǎo)致植物徒長和改善植物品質(zhì)，是生產(chǎn)綠色有機(jī)食品的重要保證。可是，迄今關(guān)于中長波紫外光補(bǔ)光對(duì)于蔬菜類的營養(yǎng)品質(zhì)，尤其是抗氧化物的調(diào)控機(jī)制研究甚少!缺乏對(duì)紫外光有效管理的技術(shù)和裝備。

UV人工光調(diào)控在實(shí)現(xiàn)設(shè)施園藝優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)方面有很好的應(yīng)用價(jià)值，但在應(yīng)用時(shí)應(yīng)對(duì)作物的種類、應(yīng)用目標(biāo)作為選擇應(yīng)用劑量、照射時(shí)機(jī)以保證應(yīng)用安全，在作物種類選擇上，蔬菜、藥用植物、花卉和果樹都可應(yīng)用。應(yīng)用目標(biāo)主要是控制植物的徒長和提高作物的品質(zhì)，如提高蔬菜中抗氧化物的含量、增加藥用作物中次生代謝物質(zhì)的累積、加快花卉葉片和花瓣中顯色物質(zhì)的合成累積等。為了控制好紫外光(UV)效果，UV輻射量必須控制好，如采用短期小劑量、間歇反復(fù)照射、采前短期照射等方法合理使用劑量。

因此，UV LED的出現(xiàn)并在農(nóng)業(yè)照明領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用于各種植物的人工光照，其節(jié)能環(huán)保、冷光源、使用壽命長、體積小、光質(zhì)純、光效高、波長類型豐富、光譜能量易復(fù)合、調(diào)制便捷等突出的優(yōu)勢(shì)，必將助力新一輪植物工廠模式里，能更合理地利用光源、波長頻段，達(dá)到不同的植物對(duì)光的不同需求，達(dá)到增產(chǎn)、環(huán)保、無公害的目的!