人工光植物栽培發(fā)展歷程與電光源革新及人類(lèi)對(duì)植物光生物學(xué)認(rèn)識(shí)進(jìn)程密切相關(guān)。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，LED半導(dǎo)體光源技術(shù)快速發(fā)展為光質(zhì)生物學(xué)的研究提供了工具，助推了ED作為人工光源進(jìn)行植物培養(yǎng)的進(jìn)程。目前，作為設(shè)施園藝的最高形式，基于植物生物學(xué)需求特性實(shí)施高精度環(huán)境智能控制的LED光源植物工廠快速發(fā)展。
智能型植物工廠生產(chǎn)運(yùn)行不僅要求環(huán)境因子控制、水肥供給與調(diào)配控制的自動(dòng)化，也需要在育苗、移栽、采收等生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，減少人為活動(dòng)對(duì)生產(chǎn)空間的干擾與污染。植物工廠運(yùn)行及生產(chǎn)的智能化管理與控制都需要消耗電能。人工光植物工廠的能耗構(gòu)成包括光源、空調(diào)、泵動(dòng)系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、檢測(cè)控制系統(tǒng)等。
就人工光植物工廠而言，能耗最大的是光照系統(tǒng)，占總能耗的60％以上；其次是空調(diào)系統(tǒng)，占30％以上，其余管控系統(tǒng)消耗能源相對(duì)較少。目前，運(yùn)行能耗成本已成為植物工廠運(yùn)行成本的構(gòu)成主體，是植物工廠運(yùn)行成本居高不下的重要原因。因此，減少光照系統(tǒng)的能耗，已成為植物工廠節(jié)能增效的主要途徑。
植物工廠的生產(chǎn)核心是植物按照人的食物需求快速生長(zhǎng)，獲得優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品。故此，一切關(guān)系到植物健康和生產(chǎn)效率的環(huán)境因子、營(yíng)養(yǎng)因素和管理要素都需實(shí)施控制。光作為環(huán)境信號(hào)和光合作用的能量的唯一來(lái)源，是設(shè)施植物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)形成的必需環(huán)境要素。
自然界中，太陽(yáng)光照隨地理緯度、季節(jié)和天氣狀況的不同而變化，高緯度地區(qū)以及其他大多數(shù)地區(qū)冬春季節(jié)因連陰天、雨雪霧和霾天氣，以及大氣污染和浮塵等因素的影響，光照時(shí)間不夠、光照強(qiáng)度不足和光質(zhì)欠缺現(xiàn)象嚴(yán)重，嚴(yán)重影響作物尤其是設(shè)施園藝作物的生長(zhǎng)發(fā)育和優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)。
同時(shí)，在高緯度地區(qū)光照時(shí)間不足、低緯度地區(qū)因陰雨天氣導(dǎo)致弱光寡照等現(xiàn)象致使日光溫室、塑料大棚等設(shè)施內(nèi)光環(huán)境（光強(qiáng)、光質(zhì)和光周期)不能滿足設(shè)施作物的生長(zhǎng)發(fā)育與產(chǎn)量品質(zhì)形成的需求，限制了設(shè)施園藝生產(chǎn)潛力。另外，人工光栽培規(guī)模大幅增加。很顯然，適宜的人工光環(huán)境調(diào)控在設(shè)施園藝優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、生態(tài)、安全生產(chǎn)中具有不可或缺的作用。
只有根據(jù)設(shè)施植物的光生物學(xué)需求，設(shè)置人工光環(huán)境及管理策略，進(jìn)行動(dòng)態(tài)智能化管理，才能讓設(shè)施園藝徹底擺脫自然條件的制約，實(shí)現(xiàn)人為操控。同時(shí)，傳統(tǒng)人工光源光譜能量分布固定，無(wú)法凋控，僅能控制光強(qiáng)和光周期，光合有效輻射比例小，無(wú)效熱輻射較多，光效低，耗能高，造成設(shè)施園藝生產(chǎn)能耗居高不下，亟待解決。
設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)人工照明的需求逐年提升，人工補(bǔ)光與光環(huán)境精準(zhǔn)調(diào)控已經(jīng)成為決定設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)量品質(zhì)及生產(chǎn)效率的重要技術(shù)。長(zhǎng)期以來(lái)，由于設(shè)施園藝整體環(huán)控性能差，光環(huán)境調(diào)控也是生產(chǎn)短板。另外，植物光生物學(xué)，特別是植物光質(zhì)生物學(xué)規(guī)律不清晰，無(wú)法制定節(jié)能高效的光環(huán)境調(diào)控策略，也阻礙了農(nóng)業(yè)照明的發(fā)展。最后，傳統(tǒng)電光源可控性差，無(wú)法按照植物的需求進(jìn)行光質(zhì)、光強(qiáng)和光周期的調(diào)控，難以滿足農(nóng)業(yè)照明的實(shí)踐和按需照明的環(huán)保理念。農(nóng)業(yè)照明具有領(lǐng)域多、生物原理與調(diào)控指標(biāo)復(fù)雜、燈具專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、控制系統(tǒng)精準(zhǔn)等特點(diǎn)。
隨著高精度環(huán)境控制型設(shè)施園藝形式植物工廠的發(fā)展，以及半導(dǎo)體光源LED的技術(shù)成熟化和進(jìn)步為人工光環(huán)境調(diào)控逐步走向?qū)嵺`提供了契機(jī)，按照植物光生物學(xué)要求，按需供光，分段管理，智能化管控，最大程度地提高了光環(huán)境調(diào)控的生物效益，為應(yīng)對(duì)弱光寡照脅迫，調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)形成提供了新的有效手段。
