浅析LED在农业照明领域研究进展及应用现状

浅析 LED 在农业照明领域研究进展及应用现状一、现代农业照明光源的需求农业是国民经济的基础，日常生活中的肉蛋奶、蔬菜、花卉、瓜果、食用菌等农副产品的很大一部分都是在设施条件下生产出来的，其中农业照明起到了极为重要的作用。总体上来看，在现代农业的很多领域，如设施植物生产、集约化养殖业、水产捕捞、病虫害防治、食用菌生产及微藻繁殖等，都与人工照明有着极其密切的关系。植物生产对人工照明的需求方面，俗话说“万物生长靠太阳”，光照是地球上生物赖以生存与繁衍的基础，作物的光合作用离不开光照，光照条件的好坏直接影响作物的产量和品质。自然界中，太阳的光照随地理纬度、季节和天气状况的不同而变化，高纬度地区冬季日长变短以及其它地区冬春季节连阴、雨、雪、雾天气等特定气候条件下，光照强度和光照时间不足的现象时有发生，因此，在现代植物生产系统中(如温室、大棚等)人工补光已经成为高效生产的重要手段。此外，在密闭式人工光生产系统，如植物工厂、组培车间、育苗工厂等，采用完全人工光进行光合作用，因此也离不开对人工照明光源的需求。在养殖生产对人工照明的需求方面，集约化养鸡场、养猪场等都在封闭或半封闭环境下进行饲养，人工光源不仅能起到照明的作用，而且对畜禽生产性能也会产生重要影响。大量的研究表明，在畜禽养殖过程中，照明光源的颜色与波长、光照的时间与强度、光照期与黑暗期的配合等都会对畜禽的生产性能、生理特性、行为特性、体质健康等产生显著影响。适宜的人工照明，能够克服了畜禽繁殖生理机能季节性限制，使其遗传潜力能最大限度地发挥出来，增加畜禽养殖的经济效益。在水产捕捞与灯光诱鱼对人工照明的需求方面，自公元 8 世纪开始，人们利用鱼对光的敏感性，就采用灯光进行集鱼与捕鱼。多年来，世界各地一直存在使用火或其他形式的灯光捕鱼的方法，如今这些捕鱼方法已经成为许多国家现代渔业的一个重要特征。一些学者还对不同颜色光源的诱鱼效果进行了试验，结果表明，蓝光具有更深的水体穿透性，使用以蓝色为主体的人工光源可以取得更好的捕捞效果。在人工微藻对照明的需求方面，近年来，随着全球资源、能源及环境危机的加剧，开发利用光合自养生物微藻，直接将太阳能及 CO2 转化成人们生产生活需要的医药、生物基化学品 (如天然色素、异戊二烯等)和生物能源( 如乙醇、丁醇、生物柴油等)，已经成为世界各国关注的焦点。光照是影响微藻细胞生长及生化成分变化最重要的因子之一，对微藻的生长、繁殖、藻体颜色、细胞形态及代谢产物含量均有重要的影响，人工光源逐渐作为有效手段在微藻繁殖中得到广泛应用。此外，在现代农业生产过程中，众多领域，如病虫害防治、食用菌生产等，也对人工光源具有广泛的需求。长期以来，在农业照明领域使用的人工光源主要有高压钠灯、荧光灯、金属卤素灯、白炽灯等，这些光源的突出缺点是能耗大、运行成本高，能耗费用约占系统运行成本的 40%60% 。因此，开发出高光效、低能耗的节能光源一直是农业领域人工光照明应用的重要课题。近年来，随着 LED 技术的快速发展，使低能耗、高光效光源在农业领域的应用成为可能。与传统人工光源相比，LED 不仅节能效果显著，而且还可进行光量、光质(红/蓝光比例或红/远红光比例等)的任意调整，以满足动植物生产的各种生理需求，实现高效化生产。因此，LED 被认为是21 世纪农业领域最有前途的人工光源，具有良好的发展前景。二、 LED 农业照明领域研究进展1.LED 植物照明研究进展长期的研究表明，植物光合作用在可见光光谱(380760nm)范围内所吸收的光能约占其生理辐射光能的 60%65% ，其中主要以波长 610720nm( 波峰为 660nm)的红、橙光(约占生理辐射的 55%左右)以及波长 400510nm( 波峰为 450nm)的蓝、紫光(约占生理辐射的 8%左右)为吸收峰值区域。因此，开发出以这两个波段(特别是波峰) 为主体的植物人工光源将会大大提高其光能利用效率。近年来，随着 LED 技术的不断进步，为实现这一目标提供了可能。LED 能够发出植物生长所需要的单色光(如波峰为 450nm 的蓝光、波峰为 660nm 的红光等 )，光谱域宽仅为20nm，而且红、蓝光 LED 组合后，还能形成与植物光合作用与形态建成基本吻合的光谱，光能利用效率达 80%90% ，节能效果极为显著。LED 光源这种独特的性能，为其在植物生产系统，如温室大棚、植物组培、遗传育种、植物工厂等领域人工照明的应用，提供了广阔的发展空间。LED 用于植物栽培多年来，国内外学者围绕 LED 植物照明应用进行了不懈的探索，Bula 等(1991) 利用 660nm 红光 LED 与蓝色荧光灯组合，进行了莴苣的栽培试验，获得成功。以色列卡纳塔克邦大学设施技术发展研究中心(2001)用红光、蓝光及其组合 LED 对百合属植物的幼芽分化再生进行研究，结果表明红蓝光组合 LED 与其它光源相比更能促进花芽分化，更适合幼芽生长，植株大小和干、鲜重都有明显的增长。Yanagi 等(1996)使用红光 LED 与蓝光 LED来探讨光质与光量对莴苣生长与光形态建成的影响，将莴苣栽培于纯蓝光 LED(170mol m-2s-1)的环境中，证实可分化生长，虽然干物重小于纯红光或红蓝光组合下的植株，但纯蓝光下的植株显得更加矮壮和健康。Kozai 等(1999)使用 LED 脉冲光对莴苣的生长以及光合成反应的影响进行研究，结果表明，在周期为 100s 以下的脉冲光条件下，莴苣生长比连续光照射条件下的促进效果提高了 20%，从而证实了采用不同频率脉冲光照射莴苣可以加速其生长的设想。Tanaka 等(1994) 通过对 LED 植物栽培的实用化研究，探讨了脉冲光照射周期与占空比对植物生长的影响，结果表明，占空比达 25%50%时，可加速植物生长。Heo 等(2002)研究发现，荧光灯+ 红色 LED，荧光灯+远红外LED 复合光照处理，比单一荧光灯处理能显着提高万寿菊的气孔数量。Okamoto 等(1996)使用超高亮度红光 LED 与蓝光 LED，在红蓝光比值(R/B)为 2：1 时，可以正常培育莴苣。美国航空航天局(NASA，1992)针对宇宙基地闭锁式生命维持系统(Controlled Ecological Life Support System, CELSS)的植物生产特点，把 LED 光源列为空间植物栽培系统首选光源，并委托 Wisconsin 大学等单位开展研究，探索利用最小面积生产出可供一个人在太空中生活的必需食物，目前已经研究出利用 614m2 就能提供一个人需要的面粉、豆、薯、菜、番茄、玉米等食物的生产模式。郭双生等(2003)在模拟空间舱内环境温度控制在 22、相对湿度70%、CO2 浓度 500molmol-1、光照周期 24h(亮)/0h(暗)的条件下，利用红、蓝光 LED 的 4 种不同组合作为照明光源，在多孔管和多孔陶瓷颗粒无土栽培装置下进行植物栽培试验，结果表明红蓝光 LED 组合下的植株生长基本正常，90% 红光 LED+10%蓝光 LED 更为适宜。这一结果对太空农业 LED 的应用也具有重要的参考价值。魏灵玲等(2007)利用红色 LED(660nm)+蓝色LED(450nm)进行了黄瓜的育苗试验，结果表明，LED 的红蓝光比值(R/B)为 7：1 时，黄瓜苗的各项生理指标最优，LED 的能耗与荧光灯相比为 1：2.73 ，节能效果显着。到目前为止， LED 已成功用于多种植物的栽培试验，包括：莴苣、胡椒、胡瓜、小麦、菠菜、虎头兰、草莓、马铃薯、白鹤芋以及藻类等。上述研究表明，LED 作为植物照明光源可以广泛应用于设施栽培、组培培养、植物工厂等众多领域，具有促进植物生长、调节植物形态以及节能环保等多方面优势。2.LED 养殖业照明研究进展人工照明是畜禽养殖业尤其是集约化畜禽舍环境控制的重要手段之一，长期以来，养殖业领域使用的人工光源主要有白炽灯、荧光灯等，不仅能耗较大，而且也难以实现针对畜禽的生理需求进行光质调控，影响畜禽生产效率的提高。近年来，随着 LED 等单色节能光源的出现，国内外学者围绕畜禽对光色、光强与光周期等光环境指标与生长性能的关系进行了深入研究，探明了畜禽对光环境需求的相关参数。通过研究发现，AA 肉鸡生长前期采用绿光 LED 或蓝光 LED 照射，生长后期采用蓝光LED 照射，能显著促进肉鸡的生长发育，提高生产性能; 肉鸡生长早期(0-7d)选用绿光 LED 照明，可不同程度地改善肉鸡小肠黏膜结构，提高小肠对营养物质的吸收能力，从而促进肉鸡生长发育;蓝、绿光 LED 照明可使视网膜面积、视网膜节细胞(RGCs)总数增加;从视网膜的中央区到周边部，绿光组的 RGCs 密度梯度下降幅度和蓝光组的 RGCs 大小梯度增大幅度最明显。也有的学者研究发现，蓝光可在一定程度上抑制肉鸡因注射脂多糖(LPS)刺激引起的体增重下降以及应激激素和细胞因子 IL-1 水平的升高，并可提高细胞免疫和体液免疫功能。采用绿光LED、蓝光 LED 及其组合对 Anak 肉鸡生长影响的研究结果表明，4d 后绿光下鸡增重最大，10d 后用蓝光下也有进一步促进肉鸡增重的效果。我国学者通过 LED 光源对种鸡的光色、光强与光周期优化指标的系统研究，确定了调控光色、光强和光周期来改善鸡的生理节律、摄食行为、生长发育、繁殖性能的技术指标体系，消减了诸如禽产品“污染”(如药物残留、激素残留等)的负面影响，大大提高了鸡的生产潜力。以上这些研究表明，LED 在畜牧业中的实际应用是可行的，通过适当的 LED 光照调节，能够显着促进畜禽生长，提高其免疫力，大大提高畜禽养殖的生产潜力。三、 LED 农业照明应用现状人工补光与照明是 LED 农业领域最重要的应用方式，根据动植物发育的不同需求，采用不同波长的单色光组合起来形成农用照明光源，并通过对光强、光质和光周期的灵活调整，实现节能与高效生产，已经成为现代农业的重要应用方向。目前，LED 在农业上的应用已经扩展到植物照明、畜禽养殖照明、食用菌生产、微藻繁殖、害虫诱捕、诱鱼等众多领域，前景极为诱人。1. LED 植物照明应用现状植物照明是 LED 农业应用最为广阔的领域之一，温室大棚、植物组培、植物工厂以及食用菌生产等众多场合均可采用 LED代替传统光源。目前，LED 植物照明光源主要应用场合包括：(1)温室补光光是作物生长最重要的环境因子之一，荷兰学者认为：“1%的光照就是 1%的产量” ，可见光照在作物生产中的重要程度。温室本身的光照比露地要低得多，尤其在冬春季节和连阴、雨、雪、雾等天气条件下，光照不足的状况会更加明显，常常会限制温室作物的产量和品质，人工补光已经成为温室高效生产的重要手段。目前，温室的人工补光光源主要有高压钠灯、低压钠灯、金属卤化物灯和荧光灯等，这些光源的红外和绿光等光谱成分较大，作物光合作用所需的红、蓝光谱成分相对较少，光能利用率低，耗能大，运行成本高。近年来，随着 LED 光源的快速发展，尤其是大功率 LED 芯片产品的开发成功，为温室补光提供了新的手段。常用的 LED 温室补光光源主要有两种，一种是垂直照射的 LED 点光源，灯具采用类似于高压钠灯的圆头灯结构;一种是穿插于植株之间进行侧面照射的 LED 带光源，灯具常常采用柔性灯带。目前，LED 光源用于温室人工补光仍处于小规模示范阶段。(2)植物工厂植物工厂是通过计算机对设施内植物生育过程的温度、湿度、光照、CO2 浓度和营养等环境条件进行高精度控制，实现农作物周年连续生产的高效农业系统，被认为是 21 世纪农业取得革命性突破的重要技术手段之一。目前，植物工厂有两种主要型式：一种是以温室为主体的太阳光和人工光并用型植物工厂，其光源系统与温室补光完全一致;另一种是以封闭的隔热空间为主体的人工光完全控制型植物工厂，这种植物工厂是在完全人工环境下进行植物生产的方式，受外界气候影响小，可周年连续生产，空间利用率和单位面积产量高，但空调和照明耗电大、运行成本高也是限制其发展的重要瓶颈。因此，节能降耗已经成为人工光完全控制型植物工厂的重要课题。高效率人工光源的应用是解决植物工厂能耗问题的重要手段，目前植物工厂的人工照明光源主要有高压钠灯和荧光灯等，能耗高，散热量大，空调运行成本高。LED 的出现为解决植物工厂能耗问题提供了重要手段。1994 年以来，日本开始试用 LED作为植物工厂的照明光源，使用波长为 660nm 的红色 LED 加上5%的蓝色 LED 的组合光源进行人工植物工厂栽培生菜和水稻作物，获得成功。1997 年渡边博之采用水冷模板 LED 光源在植物工厂内种植蔬菜，栽培方式为营养液膜法(NFT)，作物选用生菜、芹菜等，蔬菜定植 2 周后即可收获，在 800m2(8m10m10层)的栽培面积上，每天生产蔬菜 5900 株，年产蔬菜 150 万株。2009 年 2 月，日本 FairyAngel 公司宣布，开始与 LED 照明厂商CCS 联手，开发出使用 LED 照明的蔬菜工厂“AngelFarm 福井” 。2009 年 9 月，中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所成功研制出了国内第一例智能型 LED 植物工厂，建筑面积为200m2，采用 LED 进行人工光育苗生产，取得了良好的运行效果。(3)植物组培育苗植物组织培养是一项可以通过规模化生产，在短时间内获得大量同品质种苗的快速繁育技术。由于组培育苗繁育速度快，不受外界气候、地域和时间等条件的约束，目前已经成为遗传育种、种质资源保护和脱毒快繁的重要手段。但传统的组培光源多为荧光灯，光效低、发热量大，能耗成本占其运行费用的40%50%。应用新型节能光源、减少能耗一直是植物组培领域的一大热点。20 世纪 90 年代以来，世界各国都在积极应用 LED作为组培光源。Nhut 等(2000)开发出了光照强度(45、60、75molm-2s-1)可调，光质比例为 80%红光 LED+20%蓝光与 90%红光 LED+10%蓝光 LED 两种香蕉组培光源，经过试验，认为 80%红光 LED+20%蓝光 LED(60molm-2s-1)的光源具有明显的优势;饶瑞佶、方炜等(2004) 使用超高亮度红光与蓝光 LED开发出可调整光量、光质、发光频率与占空比的组培光源系统，可实现在不提高耗电成本条件下提高马铃薯组培苗的生长速率。徐志刚等(2008)针对组培的特殊需求，开发出了专门用于植物组培的“LED 植物培育智能光控系统 ”。2010 年，台湾亿光电子工业股份有限公司与中国农业科学院合作，开发出了直接采用市电驱动，并与 T8 或 T5 荧光灯管无缝对接的 LED 灯管，以替代目前在植物组培领域广泛使用的荧光灯。2.LED 养殖照明应用现状现代养殖业普遍采用人工照明促进生产，尤其在规模化设施养殖场这种需求更加明显。由于人工光源的颜色、强度、时长及间断控制等都会对畜禽的行为习性、生理特性、生长发育等产生影响，最终会影响到畜禽的生产性能。因此，养殖业生产中的照明不仅要低能耗、寿命长，而且还应具备光环境参数的可调控性能。目前，畜牧业养殖生产中的人工光源主要为白炽灯和节能荧光灯，这些光源的缺陷一方面是仅能为畜禽活动提供必需的可视光线，无法胜任对照明颜色、强度、时长及间断控制的调控要求;另一方面，节能荧光灯还含有汞和其他一些有害物质，遗弃后会造成严重的环境污染，欧盟已对节能灯中所含有害物质提出了较严格的限制要求，实行谁生产谁负责的办法。淘汰白炽灯和节能荧光灯已经成为必然趋势，这就为 LED在畜牧养殖上的应用提供了一个非常广阔的空间。近年来，我国学者通过红色、蓝色和白色 LED 光源对家禽生产性能影响的研究，推出了智能化养鸡 LED 光源系统，并在养鸡场投入使用。2010 年 2 月，在亚特兰大国际家禽养殖设备展上，ONCE 公司AGRISHIFT 推出了渐变式禽类养殖 LED 灯，采用定时器来实现对光周期的控制，比较简易，但缺乏对光色、光强和光周期的实时控制，仍有待于进一步改进。目前，畜牧养殖业专用 LED 照明灯具的产品相对偏少，但应用潜力巨大。据有关方面统计，仅我国的集约化蛋鸡场，就需要 100W 的白炽灯泡 370 万只，加上其他畜禽养殖业的照明需求，整个畜禽养殖产业需要照明灯泡数量在 2100 万只以上。如果用 10WLED 产品替代这些灯具的话，不仅可节约 60%以上的电能，而且还可带动照明市场 60 多亿元的产值，前景广阔。以下是繁体版内容: 一、現代農業照明光源的需求農業是國民經濟的基礎，日常生活中的肉蛋奶、蔬菜、花卉、瓜果、食用菌等農副產品的很大一部分都是在設施條件下生產出來的，其中農業照明起到瞭極為重要的作用。總體上來看，在現代農業的很多領域，如設施植物生產、集約化養殖業、水產捕撈、病蟲害防治、食用菌生產及微藻繁殖等，都與人工照明有著極其密切的關系。植物生產對人工照明的需求方面，俗話說“萬物生長靠太陽”，光照是地球上生物賴以生存與繁衍的基礎，作物的光合作用離不開光照，光照條件的好壞直接影響作物的產量和品質。自然界中，太陽的光照隨地理緯度、季節和天氣狀況的不同而變化，高緯度地區冬季日長變短以及其它地區冬春季節連陰、雨、雪、霧天氣等特定氣候條件下，光照強度和光照時間不足的現象時有發生，因此，在現代植物生產系統中(如溫室、大棚等)人工補光已經成為高效生產的重要手段。此外，在密閉式人工光生產系統，如植物工廠、組培車間、育苗工廠等，采用完全人工光進行光合作用，因此也離不開對人工照明光源的需求。在養殖生產對人工照明的需求方面，集約化養雞場、養豬場等都在封閉或半封閉環境下進行飼養，人工光源不僅能起到照明的作用，而且對畜禽生產性能也會產生重要影響。大量的研究表明，在畜禽養殖過程中，照明光源的顏色與波長、光照的時間與強度、光照期與黑暗期的配合等都會對畜禽的生產性能、生理特性、行為特性、體質健康等產生顯著影響。適宜的人工照明，能夠克服瞭畜禽繁殖生理機能季節性限制，使其遺傳潛力能最大限度地發揮出來，增加畜禽養殖的經濟效益。在水產捕撈與燈光誘魚對人工照明的需求方面，自公元 8 世紀開始，人們利用魚對光的敏感性，就采用燈光進行集魚與捕魚。多年來，世界各地一直存在使用火或其他形式的燈光捕魚的方法，如今這些捕魚方法已經成為許多國傢現代漁業的一個重要特征。一些學者還對不同顏色光源的誘魚效果進行瞭試驗，結果表明，藍光具有更深的水體穿透性，使用以藍色為主體的人工光源可以取得更好的捕撈效果。在人工微藻對照明的需求方面，近年來，隨著全球資源、能源及環境危機的加劇，開發利用光合自養生物微藻，直接將太陽能及 CO2 轉化成人們生產生活需要的醫藥、生物基化學品 (如天然色素、異戊二烯等)和生物能源( 如乙醇、丁醇、生物柴油等)，已經成為世界各國關註的焦點。光照是影響微藻細胞生長及生化成分變化最重要的因子之一，對微藻的生長、繁殖、藻體顏色、細胞形態及代謝產物含量均有重要的影響，人工光源逐漸作為有效手段在微藻繁殖中得到廣泛應用。此外，在現代農業生產過程中，眾多領域，如病蟲害防治、食用菌生產等，也對人工光源具有廣泛的需求。長期以來，在農業照明領域使用的人工光源主要有高壓鈉燈、熒光燈、金屬鹵素燈、白熾燈等，這些光源的突出缺點是能耗大、運行成本高，能耗費用約占系統運行成本的 40%60% 。因此，開發出高光效、低能耗的節能光源一直是農業領域人工光照明應用的重要課題。近年來，隨著 LED 技術的快速發展，使低能耗、高光效光源在農業領域的應用成為可能。與傳統人工光源相比，LED 不僅節能效果顯著，而且還可進行光量、光質(紅/藍光比例或紅/遠紅光比例等)的任意調整，以滿足動植物生產的各種生理需求，實現高效化生產。因此，LED 被認為是21 世紀農業領域最有前途的人工光源，具有良好的發展前景。二、 LED 農業照明領域研究進展1.LED 植物照明研究進展長期的研究表明，植物光合作用在可見光光譜(380760nm)范圍內所吸收的光能約占其生理輻射光能的 60%65% ，其中主要以波長 610720nm( 波峰為 660nm)的紅、橙光(約占生理輻射的 55%左右)以及波長 400510nm( 波峰為 450nm)的藍、紫光(約占生理輻射的 8%左右)為吸收峰值區域。因此，開發出以這兩個波段(特別是波峰) 為主體的植物人工光源將會大大提高其光能利用效率。近年來，隨著 LED 技術的不斷進步，為實現這一目標提供瞭可能。LED 能夠發出植物生長所需要的單色光(如波峰為 450nm 的藍光、波峰為 660nm 的紅光等 )，光譜域寬僅為20nm，而且紅、藍光 LED 組合後，還能形成與植物光合作用與形態建成基本吻合的光譜，光能利用效率達 80%90% ，節能效果極為顯著。LED 光源這種獨特的性能，為其在植物生產系統，如溫室大棚、植物組培、遺傳育種、植物工廠等領域人工照明的應用，提供瞭廣闊的發展空間。LED 用於植物栽培多年來，國內外學者圍繞 LED 植物照明應用進行瞭不懈的探索，Bula 等(1991) 利用 660nm 紅光 LED 與藍色熒光燈組合，進行瞭萵苣的栽培試驗，獲得成功。以色列卡納塔克邦大學設施技術發展研究中心(2001)用紅光、藍光及其組合 LED 對百合屬植物的幼芽分化再生進行研究，結果表明紅藍光組合 LED 與其它光源相比更能促進花芽分化，更適合幼芽生長，植株大小和幹、鮮重都有明顯的增長。Yanagi 等(1996)使用紅光 LED 與藍光 LED來探討光質與光量對萵苣生長與光形態建成的影響，將萵苣栽培於純藍光 LED(170mol m-2s-1)的環境中，證實可分化生長，雖然幹物重小於純紅光或紅藍光組合下的植株，但純藍光下的植株顯得更加矮壯和健康。Kozai 等(1999)使用 LED 脈沖光對萵苣的生長以及光合成反應的影響進行研究，結果表明，在周期為 100s 以下的脈沖光條件下，萵苣生長比連續光照射條件下的促進效果提高瞭 20%，從而證實瞭采用不同頻率脈沖光照射萵苣可以加速其生長的設想。Tanaka 等(1994) 通過對 LED 植物栽培的實用化研究，探討瞭脈沖光照射周期與占空比對植物生長的影響，結果表明，占空比達 25%50%時，可加速植物生長。Heo 等(2002)研究發現，熒光燈+ 紅色 LED，熒光燈+遠紅外LED 復合光照處理，比單一熒光燈處理能顯著提高萬壽菊的氣孔數量。Okamoto 等(1996)使用超高亮度紅光 LED 與藍光 LED，在紅藍光比值(R/B)為 2：1 時，可以正常培育萵苣。美國航空航天局(NASA，1992)針對宇宙基地閉鎖式生命維持系統(Controlled Ecological Life Support System, CELSS)的植物生產特點，把 LED 光源列為空間植物栽培系統首選光源，並委托 Wisconsin 大學等單位開展研究，探索利用最小面積生產出可供一個人在太空中生活的必需食物，目前已經研究出利用 614m2 就能提供一個人需要的面粉、豆、薯、菜、番茄、玉米等食物的生產模式。郭雙生等(2003)在模擬空間艙內環境溫度控制在 22、相對濕度70%、CO2 濃度 500molmol-1、光照周期 24h(亮)/0h(暗)的條件下，利用紅、藍光 LED 的 4 種不同組合作為照明光源，在多孔管和多孔陶瓷顆粒無土栽培裝置下進行植物栽培試驗，結果表明紅藍光 LED 組合下的植株生長基本正常，90% 紅光 LED+10%藍光 LED 更為適宜。這一結果對太空農業 LED 的應用也具有重要的參考價值。魏靈玲等(2007)利用紅色 LED(660nm)+藍色LED(450nm)進行瞭黃瓜的育苗試驗，結果表明，LED 的紅藍光比值(R/B)為 7：1 時，黃瓜苗的各項生理指標最優，LED 的能耗與熒光燈相比為 1：2.73 ，節能效果顯著。到目前為止， LED 已成功用於多種植物的栽培試驗，包括：萵苣、胡椒、胡瓜、小麥、菠菜、虎頭蘭、草莓、馬鈴薯、白鶴芋以及藻類等。上述研究表明，LED 作為植物照明光源可以廣泛應用於設施栽培、組培培養、植物工廠等眾多領域，具有促進植物生長、調節植物形態以及節能環保等多方面優勢。2.LED 養殖業照明研究進展人工照明是畜禽養殖業尤其是集約化畜禽舍環境控制的重要手段之一，長期以來，養殖業領域使用的人工光源主要有白熾燈、熒光燈等，不僅能耗較大，而且也難以實現針對畜禽的生理需求進行光質調控，影響畜禽生產效率的提高。近年來，隨著 LED 等單色節能光源的出現，國內外學者圍繞畜禽對光色、光強與光周期等光環境指標與生長性能的關系進行瞭深入研究，探明瞭畜禽對光環境需求的相關參數。通過研究發現，AA 肉雞生長前期采用綠光 LED 或藍光 LED 照射，生長後期采用藍光LED 照射，能顯著促進肉雞的生長發育，提高生產性能; 肉雞生長早期(0-7d)選用綠光 LED 照明，可不同程度地改善肉雞小腸黏膜結構，提高小腸對營養物質的吸收能力，從而促進肉雞生長發育;藍、綠光 LED 照明可使視網膜面積、視網膜節細胞(RGCs)總數增加;從視網膜的中央區到周邊部，綠光組的 RGCs 密度梯度下降幅度和藍光組的 RGCs 大小梯度增大幅度最明顯。也有的學者研究發現，藍光可在一定程度上抑制肉雞因註射脂多糖(LPS)刺激引起的體增重下降以及應激激素和細胞因子 IL-1 水平的升高，並可提高細胞免疫和體液免疫功能。采用綠光LED、藍光 LED 及其組合對 Anak 肉雞生長影響的研究結果表明，4d 後綠光下雞增重最大，10d 後用藍光下也有進一步促進肉雞增重的效果。我國學者通過 LED 光源對種雞的光色、光強與光周期優化指標的系統研究，確定瞭調控光色、光強和光周期來改善雞的生理節律、攝食行為、生長發育、繁殖性能的技術指標體系，消減瞭諸如禽產品“污染”(如藥物殘留、激素殘留等)的負面影響，大大提高瞭雞的生產潛力。以上這些研究表明，LED 在畜牧業中的實際應用是可行的，通過適當的 LED 光照調節，能夠顯著促進畜禽生長，提高其免疫力，大大提高畜禽養殖的生產潛力。三、 LED 農業照明應用現狀人工補光與照明是 LED 農業領域最重要的應用方式，根據動植物發育的不同需求，采用不同波長的單色光組合起來形成農用照明光源，並通過對光強、光質和光周期的靈活調整，實現節能與高效生產，已經成為現代農業的重要應用方向。目前，LED 在農業上的應用已經擴展到植物照明、畜禽養殖照明、食用菌生產、微藻繁殖、害蟲誘捕、誘魚等眾多領域，前景極為誘人。1. LED 植物照明應用現狀植物照明是 LED 農業應用最為廣闊的領域之一，溫室大棚、植物組培、植物工廠以及食用菌生產等眾多場合均可采用 LED代替傳統光源。目前，LED 植物照明光源主要應用場合包括：(1)溫室補光光是作物生長最重要的環境因子之一，荷蘭學者認為：“1%的光照就是 1%的產量” ，可見光照在作物生產中的重要程度。溫室本身的光照比露地要低得多，尤其在冬春季節和連陰、雨、雪、霧等天氣條件下，光照不足的狀況會更加明顯，常常會限制溫室作物的產量和品質，人工補光已經成為溫室高效生產的重要手段。目前，溫室的人工補光光源主要有高壓鈉燈、低壓鈉燈、金屬鹵化物燈和熒光燈等，這些光源的紅外和綠光等光譜成分較大，作物光合作用所需的紅、藍光譜成分相對較少，光能利用率低，耗能大，運行成本高。近年來，隨著 LED 光源的快速發展，尤其是大功率 LED 芯片產品的開發成功，為溫室補光提供瞭新的手段。常用的 LED 溫室補光光源主要有兩種，一種是垂直照射的 LED 點光源，燈具采用類似於高壓鈉燈的圓頭燈結構;一種是穿插於植株之間進行側面照射的 LED 帶光源，燈具常常采用柔性燈帶。目前，LED 光源用於溫室人工補光仍處於小規模示范階段。(2)植物工廠植物工廠是通過計算機對設施內植物生育過程的溫度、濕度、光照、CO2 濃度和營養等環境條件進行高精度控制，實現農作物周年連續生產的高效農業系統，被認為是 21 世紀農業取得革命性突破的重要技術手段之一。目前，植物工廠有兩種主要型式：一種是以溫室為主體的太陽光和人工光並用型植物工廠，其光源系統與溫室補光完全一致;另一種是以封閉的隔熱空間為主體的人工光完全控制型植物工廠，這種植物工廠是在完全人工環境下進行植物生產的方式，受外界氣候影響小，可周年連續生產，空間利用率和單位面積產量高，但空調和照明耗電大、運行成本高也是限制其發展的重要瓶頸。因此，節能降耗已經成為人工光完全控制型植物工廠的重要課題。高效率人工光源的應用是解決植物工廠能耗問題的重要手段，目前植物工廠的人工照明光源主要有高壓鈉燈和熒光燈等，能耗高，散熱量大，空調運行成本高。LED 的出現為解決植物工廠能耗問題提供瞭重要手段。1994 年以來，日本開始試用 LED作為植物工廠的照明光源，使用波長為 660nm 的紅色 LED 加上5%的藍色 LED 的組合光源進行人工植物工廠栽培生菜和水稻作物，獲得成功。1997 年渡邊博之采用水冷模板 LED 光源在植物工廠內種植蔬菜，栽培方式為營養液膜法(NFT)，作物選用生菜、芹菜等，蔬菜定植 2 周後即可收獲，在 800m2(8m10m10層)的栽培面積上，每天生產蔬菜 5900 株，年產蔬菜 150 萬株。2009 年 2 月，日本 FairyAngel 公司宣佈，開始與 LED 照明廠商CCS 聯手，開發出使用 LED 照明的蔬菜工廠“AngelFarm 福井” 。2009 年 9 月，中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所成功研制出瞭國內第一例智