2015年中国LED植物照明出口月度监测报告

植物工厂现状与发展战略年来，植物工厂在东亚、欧美，尤其在日本、中国、韩国、美国、新加坡等国家和地区发展迅速，一些国际知名企业（如飞利浦、GE、三菱等）也纷纷介入植物工厂的技术研发与产业推广，全球植物工厂呈现极为活跃的发展势头。

植物工厂通常被定义为一种通过设施内高精度环境控制，实现作物周年连续生产的高效农业系统，是由计算机对作物生长过程的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境要素进行自动控制，不受或很少受自然条件制约的省力型生产方式。

根据笔者的理解，植物工厂的得名可能源于现代制造工厂的概念，即以生产货物或产品为目标的工业建筑物，在这种建筑物内按照一定的流程进行产品由初级零部件、组装件到成品化的生产。

植物工厂的生产对象为园艺作物，按照工厂的定义应具备两个条件：一是作物的生产流程极为清晰，即播种、育苗、定植、收获、包装等分工明确；二是环境（温度、湿度、光照、CO2、气流以及营养元素等）相对可控，不受或少受外界气候的影响。

根据这种理解，完全密闭环境下以人工光源与营养液栽培为核心的蔬菜多层工厂化生产应属于植物工厂范畴（狭义），可控温室环境下以营养液栽培（水培或基质培）为核心的蔬菜花卉工厂化生产也应属于植物工厂范畴（广义），只不过欧美（仅承认狭义的植物工厂）与亚洲的学者（承认广义、狭义均为植物工厂）对植物工厂定义的意见不一致，争论仍将会持续。

由于植物工厂充分运用了现代装备、生物技术、营养液栽培与信息技术等手段，技术高度密集，多年来一直被国际上公认为设施农业的高级发展阶段，是衡量一个国家农业高技术水平的重要标志之一，受到世界各国的广泛关注。

发展背景及意义植物工厂之所以受到世界各国的高度关注，原因是多方面的，概括起来主要有以下几个方面：一是全球人口的快速增长，可用耕地的不断减少，如何利用有限的耕地满足人们日益增长的对食物的需求已经成为全球性难题；二是随着城市化的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们对洁净安全农产品的需求越来越迫切；三是农业从业人口老龄化，年轻人不愿务农的现象日趋严重，吸引年轻人务农已经成为全球面临的重大课题。

LED灯行业发展趋势分析LED灯产业整体规模在经受了连续以30%以上增长率的高水平进展后进入普遍的放缓期，LED照明产品出口增速照旧高于全国各行业出口平均水平。

在全球能源短缺的背景下，LED灯将渐渐成为照明领域的主流产品，引领照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一场照明光源的革命。

以下对LED灯行业进展趋势分析。

LED凭借寿命长、耗能低、光源体积小、成本相对经济等诸多优势渗透率不断提升，LED灯市场规模快速扩张。

2022年中国LED灯市场规模突破150亿元，LED灯行业分析估计2022年中国LED市场规模将达458亿元。

此外，LED灯市场受益于LED灯升级更新速度加快，产品单价提升，有望获得更高的成长速度。

LED灯被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、一般照明和城市景观照明等领域。

现从三大趋势来分析LED灯行业进展趋势。

随着技术、产品的成熟和相关概念的普及，估计2022年全球LED灯可达134亿美元。

LED灯行业进展趋势分析，工业及商业为才智照明最大的应用场域，由于数字化的特征，才智照明将为这两个领域带来更多新的商业模式和价值增长点。

四大利基照明市场，包含植物照明、医疗照明、渔业照明与海运港口照明。

LED灯行业进展趋势分析，其中以美国及中国市场快速拉升植物照明需求，植物工厂建设及温室照明需求为主要动能。

LED灯行业进展趋势分析，新兴国家经济进展带动基础建设以及城市化率的提高，大型商业设施以及基础建设与工业区兴建刺激LED照明需求。

此外，各国家和地方政府的节能减排政策如能源补贴、税收优待等，大型标案项目如路灯换装、居民及商业区改造等，以及照明产品标准认证的完善，都在促进LED照明推广。

其中以东南亚中的越南市场与印度市场成长最为快速。

将来，随着照明节能技术的不断进展，传统照明市场的主角正由白炽灯转换为LED灯，以及物联网、下一代互联网、云计算等新一代信息技术的广泛应用，才智城市已成为必定趋势。

118㊀㊀农机使用与维修2024年第4期植物工厂内LED 光调控在果树栽培中应用的研究进展王文明1,2,潘丽芹1,2,徐森富1,2(1.台州科技职业学院,浙江台州318020;2.台州市园艺生物技术重点实验室,浙江台州318020)摘㊀要:相比露天栽培和大田生产,植物工厂具有不受气候条件影响㊁自动化程度高㊁空间单位面积利用率高㊁可周年不间断连续生产等突出优点㊂该文重点阐述和分析了植物工厂内发光二级管(LED )光调控在果树栽培中的应用,从光质㊁光周期㊁光照度三个角度出发,总结LED 光调控对果树生长发育与生理生化的影响,并提出存在的问题,展望了未来的发展趋势㊂关键词:植物工厂;LED 光调控;光照;环境控制;果树栽培中图分类号:S233.4㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Adoi :10.14031/ki.njwx.2024.04.034Research Progress of LED Light Regulation in Plant Factories for Fruit Tree CultivationWANG Wenming 1,2,PAN Liqin 1,2,XU Senfu 1,2(1.Taizhou Vocational College of Science and Technology,Taizhou 318020,China ;2.Taizhou Key Laboratory of Horti-cultural Biotechnology,Taizhou 318020)Abstract :Compared with open -air cultivation and field production,plant factories have outstanding advantages such as independent of climatic conditions,high degree of automation,high utilization of space unit area,and continuous pro-duction on an annual basis.The article focuses on the research progress of LED light regulation in fruit tree cultivation in plant factories,summarizes the effects of LED light regulation on fruit tree growth and development and physiology and biochemistry from three perspectives of light quality,photoperiod and light intensity,and presents the problems and prospects for future development trends.Keywords :plant factory;LED light control;light illumination;environmental control;fruit tree cultivation基金项目:农业农村部园艺作物种质资源利用重点实验室开放课题(NYZS2023006);台州市科技局农业科技计划项目(23nya20)作者简介:王文明(1991 ),男,哈尔滨人,博士,讲师,研究方向为智能农机机械装备㊂通讯作者:徐森富(1969 ),男,浙江仙居人,硕士,教授,研究方向为现代园艺技术与装备㊂0㊀引言植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统,可实现对植物生长的温度㊁湿度㊁光照㊁二氧化碳浓度以及营养液等环境因子进行高精度自动化控制,使设施内植物的生长发育不受或很少受自然条件制约,从而实现周年不间断生产㊂近年来,随着信息技术的不断发展,植物工厂技术已广泛应用于种苗㊁蔬菜㊁水果㊁花卉㊁中药材等作物的规模化生产中,在果树栽培领域也应用广泛,已成为我国果业发展的新业态,可扩大优良果品栽培区域,延长鲜果供应期,对我国果业发展具有重要意义㊂本文从光质㊁光周期和光照度三个角度综述了植物工厂中LED 光控制在果树栽培中的应用,旨在为果树设施栽培的研究提供参考㊂1㊀LED 光调控技术植物工厂使用的光照条件包括光质㊁光照度和光周期等参数,这些参数对果树生长发育至关重要,是设施果树栽培运行的关键因素之一㊂光调控技术利用LED 光源进行综合调控,满足果树在生长发育不同时期对光量的需求,突破自然环境限制,实现精确供光㊂与传统照明条件不同,LED 作为冷光源具有体积更小㊁发热少㊁效率更高㊁波长可调性更强等优点,广泛应用于近年来的设施栽培中㊂1.1㊀光质对果树生长和品质的调控作物光合作用以红橙光和蓝紫光为吸收峰值区域,光谱能量分布是影响植物生理过程的重要属性㊂不同波段范围内的光具有不同的生物学效应,不同光质对作物细胞分裂和器官分化的作用也不同㊂研究发现,即使在同一作物的不同器官培养中,光质也会表现出明显差异[1-2]㊂短波光不利于葡萄试管苗的生长和生根,而长波光则有利于难生2024年第4期农机使用与维修119㊀根的试管苗[3]㊂对于香椿苗来说,红光处理可以促进其株高㊁鲜质量㊁干质量和可溶性糖含量的增加,蓝光处理则可以提高叶绿素含量和可溶性蛋白质含量[4]㊂另外,张斌斌等[5]研究表明,通过调节光的颜色可对红叶桃产生不同影响,红㊁黄色可以改善叶片的红色色泽,而蓝㊁绿色会使叶片偏向绿色,白色过滤膜则效果较差㊂陈光彩等[6]研究表明,单色红光处理可增加香蕉组培苗的根数和根长,低蓝光处理有助于根的伸长,而红蓝光混合(80%R+ 20%B)处理则能有效促进香蕉组培苗的溶糖和光合色素的积累㊂黄文静等[7]研究显示,LED红光和蓝光分别能促进火龙果幼苗植株的增高和茎围增大㊂当采用复合红蓝光(6ʒ4)时,火龙果出苗时间最短,增殖系数高,生根率达到100%㊂马绍英等[8]指出,在LED红+蓝光下,葡萄试管苗的增殖倍数㊁冠鲜质量㊁根鲜质量㊁叶面积㊁叶绿素含量㊁净光合速率和叶绿荧光参数均最高;胡萝卜素含量则最低㊂余阳等[9]通过对嫁接的 夏黑 葡萄进行不同光质处理发现,红光处理有利于提高叶绿素含量和过氧化物酶(POD)[1]活性,而蓝光处理则有助于提升超氧化物歧化酶(SOD)活性和降低丙二醛(MDA)含量,光质还可以明显促进 夏黑 葡萄的生长㊂通过以上研究可知,不同的LED光谱对果树体内功能性化学物质的影响也会各不相同㊂这表明光质对果树生长发育的调节具有复杂性,并且每个果树品种对光的需求不同,因此会呈现出不同光生物学效应㊂红光可以促进植物形态变化和碳水化合物的合成,同时增加酶活性;而蓝光则可以促进植物营养成分的累积㊂因此,采用合理的红蓝复合光可以促进植物形态建成,实现更好的生长效果㊂1.2㊀光照度对果树生长和品质的调控植物的生长发育和营养物质含量受光照度影响,过弱或过强的光照都会产生不利影响㊂适宜的光照度能稳定增加植物的光合速率和蒸腾速率,提高物质生产能力和生长发育速度㊂尹魁林等[10]研究表明,对移栽前的冬枣试管苗进行渡光处理,可有效提高其栽植成活率㊂对于云南蓝果树幼苗来说,适度遮阴能促进幼苗个体发育,在光照度为60%时最为适宜,过低或过高的光照度均不利于其生长发育和光合作用[11]㊂马宗桓[12]指出遮光处理也对果实的品质有一定影响,不同遮光处理下果实中单宁及花青素含量降低,酒石酸㊁苹果酸和乳酸含量增加㊂果袋透光率小于50%时单宁和类黄酮物质的合成明显受到抑制,且果实的转色时间会延迟㊂综合来看,合理的光照度可以促进果树生长并增加干物质量积累㊂在相同光照度下,使用红蓝光混合可以促进果实和植株初级代谢产物的积累和生理变化,并通过光量调节营养品质指标㊂不同光照度下果树活性成分存在明显变化,特别是在高光照度下,应适当遮挡植株关键部位,以防止高光照度对叶片器官的损伤和光合作用的破坏㊂1.3㊀光周期对果树生长和品质的调控光周期是光环境调控中的重要属性,通过匹配果树育苗体内时钟周期,可获得更多光合作用优势㊂通过对幼苗光周期的调控,可调节其营养物质的积累,有助于生物量积累和品质改善㊂光周期调控可解决果树栽培中因地理位置㊁季节变化㊁光照不足等问题,可缩短果树培养周期,根据需光量的不同对光周期进行分段管理,通常延长果树苗的光周期可促进其生理代谢与生长过程㊂朱开元等[13]研究结果表明,延长光周期培育罗汉松和鸡爪槭,苗高增幅分别达到17%和20%,但新根数分别下降了31%和21%,光周期延长也使鸡爪槭苗木的生物量和氮(N)㊁磷(P)㊁钾(K)含量显著增加,延长光周期会同时提高苗木对N的吸收和利用效率,但是不会影响养分淋溶㊂吴鹏飞等[14]指出,冬季雾霾天对温室设施草莓进行LED补光处理,可以显著提高草莓植株生长量㊁净光合速率㊂由此看来,果树植株能通过光受体感知光周期变化,并调节其生理生化特性以适应当地环境㊂在自然条件下,短日照往往限制了果树植株的生长和发育,从而减少产量和品质㊂因此,在人工条件下,可以通过补光来延长每天的光周期,提高果树植株的生长发育水平,促进干物质的积累,加快花芽分化并调节其生理特性和开花反应㊂2㊀存在的问题果树栽培的光调控是一个复杂的问题,尤其是植物工厂内不同光照条件对不同果树品种的栽培效果需要具体分析㊂利用LED光源的电能消耗是整个植物工厂的主要能源消耗,需要从装备设计开发㊁精准调控等多方面实现资源高效利用㊂目前果树工厂化栽培光调控技术主要存在以下问题: 1)现有的光源设备成本较高,增加了植物工厂120㊀㊀农机使用与维修2024年第4期的建设和维护成本,当前使用的LED光源容易出现光衰减,影响植物的生长效果和经济效益㊂2)光质是影响果树叶片细胞内活性物质生物合成的主要因素,其对果树次生代谢产物的影响机理尚未清晰,今后应加大相关方面的研究㊂同时,现有关于光调控的研究大多集中在红㊁蓝或红蓝组合光,对某一光质波段内不同波长光的研究较少㊂此外,还应拓展如紫外光㊁远红光㊁绿光等其他不同光质组合对果树代谢和生长发育影响差异的相关研究㊂3)目前,现有果树品种对于植物工厂环境的适应性相对较差㊂缺乏专门针对工厂化栽培而培育出来的果树品种,这一点也成为制约果树规模化生产的重要因素㊂同时,光调控技术基础研究薄弱,对不同果树品种所需的光量和在不同时期对于光照度的需求了解不够充分,由此导致在实际操作过程中难以制定最佳的光照方案以及科学合理的光周期,但实际上每一种果树品种都有其独特的生长规律和光合作用机制㊂4)植物工厂环境自动化控制技术落后㊂植物工厂形成了一套特殊的小区气候环境,其中光照调控对果树的生长发育和生理生化产生较大影响,光照的精确控制是果树工厂化生产的关键㊂与欧美等发达国家相比,我国的植物工厂自动化控制技术还存在一定差距㊂许多工艺仍需要人为监测和调节,缺乏智能化决策系统并且缺乏作物表型方面的传感器,这使得难以精准感知作物的生长需求,也就无法按需提供最佳光配方㊂5)光源强度和波长的调节要结合植物生理特征和光照周期等因素,在实际操作中需要有一定的专业知识和技能㊂这些问题需要技术研究和改进,并与相关领域的专业人士㊁政府机构和公众共同努力,从而使植物工厂光调控技术更加完善和成熟㊂3㊀植物工厂光调控技术未来的发展趋势首先,互联网技术将有望实现专家远程对植物工厂进行精准决策㊂这将实现植物工厂各子系统的智能化集成,并提高作物生长状态㊁环境等信息的实时监测㊂同时,通过专家决策可以保障多系统协同作业和自动化操作,并为无人值守植物工厂的实现奠定坚实基础㊂其次,应加强研发高精度㊁低成本的传感器设备,使之与多传感器融合技术结合起来为自主决策提供原始数据㊂最后,人工智能技术的快速发展和广泛应用将帮助植物工厂实现更加精确㊁便捷和高效的光配方优化,从而最大限度地提高作物生长发育的质量和数量㊂这些发展趋势将继续推动植物工厂光调控技术的创新和升级,为实现大规模农业生产㊁促进可持续发展作出积极的贡献㊂参考文献:[1]㊀陈永快,王涛,兰婕,等.植物工厂内LED光调控在作物栽培中的研究进展[J].江苏农业科学,2020,48(23):40-46.[2]㊀刘盛雨.光质对血橙果实多甲氧基黄酮及花青素积累的调控作用[D].重庆:西南大学,2021.[3]㊀李胜,李唯,杨德龙,等.不同光质对葡萄试管苗根系生长的影响[J].园艺学报,2005,32(5):872-874.[4]㊀张立伟,刘世琦,张自坤,等.不同光质下香椿苗的生长动态[J].西北农业学报,2010,19(6):115-119.[5]㊀张斌斌,蔡志翔,沈志军,等.光质对红叶桃叶片呈色的影响[J].果树学报,2013,30(4):602-607. [6]㊀陈光彩,潘彤彤,毛琪,等.LED红㊁蓝光源对香蕉组培苗生长的影响[J].中国南方果树,2019,48(2):59-66.[7]㊀黄文静,杨光柱,郑丽萍,等.不同光质对火龙果胚培养苗生长发育的影响[J].中国果树,2014(4):46-49,86.[8]㊀马绍英,李胜,张真,等.LED光源不同光质下葡萄试管苗增殖和叶绿素荧光动力学特征[J].甘肃农业大学学报,2013,48(1):56-62.[9]㊀余阳,刘帅,李春霞,等.LED光质对 夏黑 葡萄光合特性和生理指标的影响[J].果树学报,2015,32(5):879-884.[10]尹魁林,张琼.不同因素对冬枣试管苗过渡移栽成活率的影响[J].落叶果树,2014,46(2):8-10. [11]张珊珊,杨文忠,康洪梅,等.光强和土壤含水量对云南蓝果树幼苗生长及光合特征的影响[J].东北林业大学学报,2018(3):16-23.[12]马宗桓.光照强度对葡萄果实品质及花青苷合成的调控机理研究[D].兰州:甘肃农业大学,2019. [13]朱开元,刘慧春,周江华,等.延长光周期对罗汉松和鸡爪槭苗期生长及养分吸收利用的影响[J].浙江大学学报:农业与生命科学版,2016,42(2):190-198.[14]吴鹏飞,王丽娟,刘昭,等.LED补光对设施草莓生长及果实品质的影响[J].北方园艺,2016(21):48-50.(01)。

第1篇一、引言光源科学作为一门跨学科的研究领域，涉及物理学、化学、生物学等多个学科，主要研究光源的产生、传播、转换和应用。

随着科技的不断发展，光源科学在照明、医疗、农业、工业等领域发挥着越来越重要的作用。

本报告将对光源科学的发展历程、研究现状、关键技术及未来发展趋势进行总结。

二、光源科学的发展历程1. 古代光源古代人类最早使用的是天然光源，如太阳、火光等。

随着文明的进步，人们开始利用人工光源，如蜡烛、油灯等。

这些光源虽然在一定程度上满足了人类的需求，但存在亮度低、能耗大、污染严重等问题。

2. 19世纪光源科学的发展19世纪，随着电的发现和应用，电光源逐渐取代了传统光源。

这一时期，白炽灯、荧光灯等电光源相继问世，极大地改善了照明条件。

同时，人们对光源科学的研究也取得了突破性进展。

3. 20世纪光源科学的发展20世纪，光源科学得到了空前的发展。

激光、LED、光纤等新型光源相继问世，推动了照明、通信、医疗等领域的技术革新。

同时，光源科学的研究方法、理论体系也不断完善。

4. 21世纪光源科学的发展21世纪，光源科学进入了高速发展时期。

纳米光源、生物光源、量子光源等新型光源不断涌现，为人类带来了前所未有的光明。

此外，光源科学在能源、环境、生物医学等领域的研究成果也日益丰富。

三、光源科学的研究现状1. 光源类型（1）传统光源：包括白炽灯、荧光灯、卤素灯等。

（2）新型光源：包括LED、激光、光纤等。

（3）特殊光源：包括红外光源、紫外光源、激光光源等。

2. 光源应用（1）照明：包括室内照明、室外照明、道路照明等。

（2）通信：包括光纤通信、卫星通信等。

（3）医疗：包括激光手术、光动力治疗等。

（4）农业：包括植物生长灯、病虫害防治等。

（5）工业：包括激光加工、光纤传感等。

3. 研究方法（1）实验研究：通过实验手段研究光源的物理、化学特性。

（2）理论研究：运用数学、物理学等方法研究光源的理论体系。

（3）模拟研究：通过计算机模拟研究光源的传播、转换和应用。