LED植物照明的发展优势及全球研究进程分析

　　1964年世界首个红色LED研制成功，之后黄色LED出现，直到1994年蓝色、绿色LED才研制成功。但由于其亮度差、价格昂贵等条件的限制，一直无法作为通用光源推广应用。

　　随着人们对半导体发光材料研究的不断深入，LED制造工艺的不断进步和新材料的开发应用，LED的发展取得了突破性进展，价格也大幅度下降，其应用于植物设施栽培的研究逐渐被各国学者关注。尤其是在超高亮度LED开发成功后，被广泛应用于植物生理或栽培领域的研究，如光形态发生、光合作用及叶绿素合成研究等。

　　发展优势

　　（1）高效无公害

　　21世纪将是生态农业的世纪，而物理农业是实现生态农业的主要途径之一，在众多的物理学科知识中，光学在其中起着至关重要的作用，因此，有学者认为“光的世纪”即将来临。如何在太阳光照不足情况下调控特定人造光源对绿色植物实施不同“光肥”，不仅促进作物生长发育，还可以达到增产、高效、优质、抗病、无公害的目的，这对于促进中国现代农业的发展具有非常重要的现实意义。

　　（2）节约能源

　　LED以其固有的优越性正吸引着世界的目光，特别在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下。将LED应用于植物设施栽培领域具有很多优势：可提供多种纯正单色光和复合光谱，可根据不同作物及不同生长发育时期提供相应的光谱组合；具有PPFD可调的特性，可以模拟太阳光强度的变化；发光频率与占空比可调节的特性可以提供高频间歇给光模式，有利于探讨光合作用中明期和暗期的控制机理，并可以扩大节能空间。

　　全球努力

　　LED在植物生理与植物栽培领域的应用研究已经引起全世界的广泛关注。

　　以日本和美国为代表的发达国家不仅深入研究LED对植物生长发育的调控机理，更注重积极研究将LED广泛应用于植物设施栽培领域的技术和产品。（1）美国国家航空航天局把LED补光设施作为宇宙基地等闭锁式生命维持系统的相关技术之一开展研究。（2）日本的闭锁式LED植物工厂的研究已经进入实用化阶段；CCS公司制作的植物生长系统通过生长控制软件控制LED照明，能实现不同光质的自动控制；新型LED光源组培容器“Uni-PACK”也研制成功，具有提高组培空间利用率、有效波长利用率和照明效率，降低组培苗生产成本等优势。

　　中国植物设施栽培领域的LED应用机理研究还处于起步阶段。借鉴国外研究成果，进一步系统深入研究LED应用于中国设施栽培领域的基础理论十分必要。值得注意的是，不同植物不同生长时期所需的光谱组合、PPFD及光照周期存在一定差异，虽有一些国外文献报道应用红蓝LED等光谱组合对不同植物生长发育和形态建成影响的研究，但缺乏结合不同物种不同时期生长特性，分析植物对LED光质调控响应机理的研究，因此也未能给出不同植物在不同生育期中最佳LED光谱组成、PPFD及光照周期的可靠参数和系统资料。

　　此外，中国虽然是植物设施栽培面积大国，但在设施栽培领域具有自主知识产权的LED技术产品的研发基本还是空白，急需工程学科和植物学科的研究者共同合作，研制开发出符合中国生产实际的LED植物光源、照明自动控制系统、新型植物生长调控装置和大型植物工厂化育苗设施等。随着LED技术的发展与生产成本的逐年下降，特别是随着中国半导体照明工程的启动，相信在不久的将来，与LED相关的各种技术和产品将广泛应用于植物设施栽培的生产实践中。