設(shè)施農(nóng)業(yè)半導(dǎo)體照明的應(yīng)用領(lǐng)域
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)照明應(yīng)用領(lǐng)域多樣，各領(lǐng)域生物形態(tài)各異，光環(huán)境需求差別較大，光環(huán)境調(diào)控策略不同?？偠灾饕ㄒ韵聨讉€領(lǐng)域。
第一，是設(shè)施園藝領(lǐng)域。我國設(shè)施園藝栽培面積已近400萬hm2，人工光栽培面積(組培、植物工廠、食用菌工廠)達(dá)5000hm2以上，產(chǎn)值超過萬億元，且呈逐年上升趨勢。在設(shè)施園藝領(lǐng)域光環(huán)境調(diào)控的模式包括以下幾個方面。
①溫室補(bǔ)光。我國日光溫室和連棟溫室面積在100萬hm2以上，為了克服弱光寡照逆境，増加植物的光合產(chǎn)量，延長織物光照的光周期，必須進(jìn)行人工補(bǔ)光。
②食用菌工廠。食用菌是重要的蔬菜和藥食同源保健品，2012年我國食用菌生產(chǎn)總量近3000萬t，產(chǎn)值超過1500億元，占世界總產(chǎn)量的70％以上。目前，食用菌生產(chǎn)工廠化程度高，多數(shù)食用菌對光強(qiáng)要求不高，但光質(zhì)要求苛刻，產(chǎn)量品質(zhì)效應(yīng)大，光環(huán)境調(diào)控非常重要。
③植物工廠。植物工廠作為設(shè)施園藝的最高級發(fā)展階段，可用于蔬菜、苗木(蔬菜苗、水稻、煙草等)、中草藥等的規(guī)模化生產(chǎn)。據(jù)估算，人工光植物工廠葉菜生產(chǎn)效率是露地40～108倍，智能化人工光源及其光環(huán)境調(diào)控對其生產(chǎn)效率起到?jīng)Q定性作用。
④植物組培。植物組培是種苗快繁、脫毒的重要手段，完全采用人工光照進(jìn)行生產(chǎn)，對人工光源的需求極大。而且，植物組培能耗較大，亟需LED節(jié)能光源替代傳統(tǒng)光源，大幅降低電能消耗。我國是全球工廠化植物組培育苗的生產(chǎn)基地和出口基地，也是全球最大的組培苗消費(fèi)市場。自20世紀(jì)90年代中期以來，中國大陸承接了全球工廠化組培育苗的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，現(xiàn)在這一產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移過程已經(jīng)完成。據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計，截至2007年底，全國年產(chǎn)量年產(chǎn)值200億元左右。
⑤設(shè)施芽苗菜生產(chǎn)。設(shè)施芽苗菜生產(chǎn)需要光環(huán)境調(diào)控，在產(chǎn)量和品質(zhì)形成與高效生產(chǎn)方面具有重要應(yīng)用價值和實(shí)踐意義。
⑥活體與離體蔬菜儲運(yùn)保鮮。LED光源在采后的儲運(yùn)過程中的保鮮與營養(yǎng)品質(zhì)保持、營養(yǎng)液光催化處理方面均有應(yīng)用價值。
⑦在太空保障系統(tǒng)中應(yīng)用，生產(chǎn)糧食和蔬菜作物等。
⑧植物生長箱、家庭種植和陽臺種植補(bǔ)光應(yīng)用。通常芽苗菜類需要光強(qiáng)在7～15umol/m2?s，葉菜類需要200～300umod/m2.s，而果菜、果樹類需要550umol/m2?s以上的光能。
第二，設(shè)施畜禽養(yǎng)殖領(lǐng)域。設(shè)施畜禽養(yǎng)殖是滿足肉蛋奶需求的主要生產(chǎn)方式。2011年，我國僅家禽飼養(yǎng)業(yè)的產(chǎn)值已達(dá)6500億元，有4000萬養(yǎng)禽農(nóng)戶和企業(yè)。近幾年，規(guī)模化養(yǎng)殖進(jìn)一步擴(kuò)大。研究表明，人工照明的顏色、強(qiáng)度、時長及間斷控制等都會對養(yǎng)殖動物的行為習(xí)性、生理特性、生長發(fā)育等產(chǎn)生應(yīng)激，最終影響動物的生長發(fā)育與繁殖性能。
集約化養(yǎng)雞場、養(yǎng)豬場等都必須采用人工光照明，人工照明在畜禽養(yǎng)殖業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。對于動物養(yǎng)殖來說，可以根據(jù)不同的養(yǎng)殖目的(如產(chǎn)肉、產(chǎn)蛋、產(chǎn)奶等)，采用特定波長的LED實(shí)施光照促進(jìn)動物生產(chǎn)率，減少飼料添加劑及激素的使用，實(shí)現(xiàn)高效綠色生產(chǎn)。泮進(jìn)明等(2013)綜述了雞規(guī)模養(yǎng)殖LED光環(huán)境調(diào)控技術(shù)的研究現(xiàn)狀。
在肉雞方面，通過LED的光色、光照度與光周期等因子的調(diào)控，可影響小腸黏膜結(jié)構(gòu)來提高營養(yǎng)吸收和促進(jìn)生長，通過影響衛(wèi)星細(xì)胞增殖及肌肉纖維發(fā)育提高屠宰性能與雞肉品質(zhì)，同時影響行為和健康，增強(qiáng)免疫力，降低死亡率和疾病發(fā)生率等。在蛋雞和種雞方面，通過對光環(huán)境進(jìn)行調(diào)控，可影響其飼料消耗，并促進(jìn)促黃體素和促卵泡素等激素的釋放來影響性成熟、開產(chǎn)日齡、產(chǎn)蛋率等，同時提高種雞的受精孵化率，改善雞蛋品質(zhì)情況，有效降低啄癖現(xiàn)象。
第三，設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖和遠(yuǎn)洋捕撈領(lǐng)域，利用光信號控制趨光性、光周期。LED誘魚燈和LED誘蟲燈具有重要用途，具有節(jié)能、生態(tài)、高效的應(yīng)用優(yōu)勢。對于海洋捕撈來說，可以應(yīng)用特定波長的LED光源，進(jìn)行海產(chǎn)品的誘導(dǎo)，提高捕撈量。現(xiàn)在，利用聚漁燈的有卷網(wǎng)、收線網(wǎng)、撈魚網(wǎng)、搬網(wǎng)、釣魚等，不同的魚根據(jù)各自的照度滯留，照度分布對魚滯留影響有待研究。魚的視網(wǎng)膜有450mm、530mm和620nm最大光感度的3個椎體，還有對UV輻射有最大光感度的第四椎體。多數(shù)海產(chǎn)魚的最大光覺在480～510mm附近，不同魚眼對光譜的視覺有差異。水產(chǎn)養(yǎng)殖中利用可見光的周期變化控制魚類的成熟過程，針對不同魚的種類進(jìn)行照明亮度和光周期的控制。利用UV照射在海水中產(chǎn)生氧化劑促進(jìn)與排卵有關(guān)的荷爾蒙合成。
第四，UV-LED殺菌，利用光的光化學(xué)功能。用于各種無土栽培場所營養(yǎng)液消毒和養(yǎng)殖水的消毒。其中，以波長253.7nm的UV-C輻射殺菌功能最佳。
第五，微生物和微藻培養(yǎng)領(lǐng)域。LED在微生物和微藻培養(yǎng)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，在微生物和微藻培養(yǎng)時，可以采用促進(jìn)有益微生物繁殖培育增殖的特定波長的LED實(shí)施光照，實(shí)現(xiàn)高效率、密集產(chǎn)量的微生物反應(yīng)過程。
最后，植物保護(hù)應(yīng)用需求旺盛，通過誘蟲捕蟲、規(guī)避抑制行動控制病蟲害的發(fā)生幾率。運(yùn)用昆蟲的趨光性捕獲、驅(qū)除的方法。采用昆蟲能見度光譜(300-450nm)接近的LED燈引誘害蟲。運(yùn)用昆蟲的視覺器官(復(fù)眼)的明適宜，降低活動能力的原理，減少蛾類等在夜間活動的昆蟲飛來，或控制昆蟲活動的方法。
可采用500～600m的黃色LED燈、熒光燈，光強(qiáng)達(dá)到數(shù)個流明。對于農(nóng)業(yè)害蟲的物理防治來說，可以采用特定波長的LED光源，引誘并滅殺害蟲、減少農(nóng)藥施用量，做到安全綠色生產(chǎn)。利用病蟲和昆蟲趨光性和光質(zhì)偏好，通過人工燈具光環(huán)境動態(tài)調(diào)節(jié)進(jìn)行誘殺，可降低農(nóng)藥使用量，提高植物保護(hù)的耙標(biāo)的專一性，減少生態(tài)擾動，減少因病蟲害導(dǎo)致的糧食損失。
