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LED光源的农业应用

发布日期:2016-03-09 13:47

  
由于受气候变化的影响,严重的干早、洪涝、风暴等自然灾害频繁发生,病虫害危害更加严重,严重威胁着农业的可持续发展。这些威胁伴随着食物供应的短缺使人们转向求助于可控农业(Controlled a幼culture lighting)、室内农业( Indoor farming)和城市农业(如垂直农业,Vertical farming)等设施农业生产模式。上述3种农业方式消除了天气条件的影响,可周年进行作物生产,对辅助城市人口的食物供给和国家未来的食物安全具有重要意义(Yeh和Chung,2009)。基于LED光源的光电优势,LED在农业中的应用潜力巨太.前景广阔。LED光源的农业应用包括种植业和养殖业两个方面。LED光源可提供特定波长的光,有助于植物的光合作用和光形态学建成,调节植物的生长发育、产量和营养品质形成。另外,LED光源可调节畜禽的生长发育与健康水平。研究发现,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;肉鸡生长早期选用绿光LED照明,可不同程度地改善肉鸡小肠猫膜结构,提高小肠对营养物质的吸收能力,从而促进肉鸡生长发育;蓝光、绿光LED照明可使视网膜面积、视网膜节细胞(RGCs)总数增加。众多研究报道表明,通过适当的LED光照调节,能够显著促进畜禽生长,提高其免疫力.提升畜禽养殖的生产潜力。总之,LED在设施农业中的应用是可行的,具有很好的应用前景。设施园艺是设施农业的重要组成部分,是LED光源应用的主要产业方向。 人工光照明(如LED植物灯)和温室补光是LED光源设施园艺应用的重要领域。前者以LED光源作为唯一光源,栽培植物。后者主要存在两种补光方式,即光周期补光(Photoperiodic lighting)和补光照明(Supplemental lighting)。光周期补光仅需要低强度光(I -25moV衬·。)在日落后到日出前这段时间应用,包括连续补光和循环补光(Cyclical lighting)两种方式。循环补光是指在晚上间歇式而非连续地为植物提供光照(Runkle, 2007)。补光照明需要高光强。光周期补光常用于砧木植物(抑制短日照植物开花),促进长日照植物开花,诱导多年生4物早开花。高强度补光常用于提高DLI来促进植物光合作用。表2一1给出了两种补光模式的光照策略。在美国北部和加拿大,每年的10月至来年3月间,每天获得的光总量,即日光积分(DU)不足是限制许多园艺作物生产的因素。一般DLI最小平均值应为10一12mol/㎡·d,小于此值将影响植物生长质量,如扦插苗生根变慢,穴盘苗生根延迟,砧木植物分枝少、茎细。由图2-7(见彩色插图)可知,在光饱和点以下,随着光强的增加植物的净光合速率增加,但增加速率持续降低。所以补光效益在黑暗或背景光照较低时最大。在背景光强中等或强是补光效益低或零。以DU为12一15moV耐·d为标准进行补光。LED可发出多种波段的光,特别是使各种波长光组合对植物生长发育影响的研究成为可能,最后可获得植物生长的最理想的光谱.设里光照系统优化植物生长减少能盆扭耗。 目前,LED光源对设施园艺作物生长发育的影响研究已经有三十几年的历史了,已墓本摸清了LED作为人工光源进行农业生产的可行性及其生物学基础。目前,在集约化养殖、设施园艺(植物组织培养、人工光植物工厂、种苗繁育、温室补光等)领域已广泛研究井勿步进行了应用。近年来,设绝园艺生产上多采用人工光禅补光来阅控设施光环境(光强、光质和光周期),提高作物的光合作用作物生长,达到增产、离效、优质、杭脚的目的。此外,人工照明作为二葬筑业尤其是旅约化畜.*环境控侧的,要手段之一。长期以来.养殖业领域使用的白炽灯、黄光灯等人工光源不仅能耗较大.而且也难以实现针对畜禽的生理需求进行光质调控,制约着畜禽生产效率的提高.LED光源为解决这些问题提供了契机。

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